关于高强度铝合金的铸造工艺和热处理工艺的探讨

李宏新 王景浩 凯斯曼秦皇岛汽车零部件制造有限公司

一、铸造大型熔模精密铸件的工艺分析

（一）明确铸件特点和材料成分

为有效说明高强度铝合金铸造工艺，文章以铸造某大型熔模精密铸件生产实践为例。在该生产工艺中，要求铸造某呈锥形的大型熔模精密铸件，铸件材料为高强度铝铜合金，铸件外形尺寸为（φ200mm～380mm）×500mm，其壁厚最大值与最小值分别为35mm与3.5mm。设计将4根筋条置于该铸件的外圆方向上，各筋条与其两端则为受力部位。该铸件用的高强度铝铜合金材料中，铜元素含量在4.6%～5.3%，锰元素含量在0.3%～0.5%，钛元素含量控制在0.15%～0.35%，此外有部分镉元素、锆元素、硼元素与钒元素等。

（二）制定铸造方案

在对该熔模精密铸件进行铸造时，选择采用高强度铝铜合金材料与硅溶胶熔模精密铸造工艺方式。在设计浇注系统时，采用底注与侧注相互结合。由周围布设的四根立柱与缝隙式浇道相互组合，考虑到在重力浇铸过程中，直浇道底部会受到金属液的冲击影响，导致流动性较差，因此相关工艺人员经过综合考虑，最终决定使用蛇形直浇道。严格按照相关规定要求，对使用的高强度铝合金材料进行全面的质量检验，确保其各项杂质含量均与规定要求相符后，需要工作人员准备精铝锭与各种中间合金，并将回炉料用量控制在总炉料的30%范围内。考虑到此次熔模精密铸造中所选用的高强度铝铜合金中含有一定量的杂质元素铁，因此工作人员最终选用石墨坩埚对其进行熔炼。

二、高强度铝合金的热处理

（一）确定热处理工艺方案

在进行高强度铝合金热处理工艺设计时，相关工作人员充分立足实际，并严格遵循国家相关规定要求，制定出科学合理的热处理工艺方案，对各项相关工艺参数进行统一明确，从而为之后的高强度铝合金热处理奠定坚实基础。一般情况下，在对高强度铝合金进行热处理时，工件的保温时间应当在9～20 h，并依照实际情况合理选用冷却方式，在工件完成固溶处理后及时对其进行冷却。用浓度为6%～10%的适量UCON水溶性作为冷却介质，使得铸件能够获得更理想的处理效果。在时效处理过程中，工作人员选用相适宜的箱式循环空气过滤器，并对时效温度进行严格控制。通过使用专门的固定工装从而有效控制铸件变形，使得铸件的热处理效率能够得到进一步提升。

（二）把控热处理工艺要点

对高强度铝合金铸件进行热处理的主要目的，在于使得铸件的力学性能可以得到有效强化，从而获得更高的铸件机械性能。根据上文可知，高强度铝合金虽然与普通铝合金材料相比，具有强度更高的优势特性，但其在实际铸造过程中，因受到各种因素的影响，出现疏松、夹渣以及其他铸造缺陷的可能性也相对较高，从而对高强度铝合金铸件的力学性能产生不利影响。因此在该熔模精密铸件的生产过程中，工作人员在使用热处理工艺技术时，首先需要对固溶温度进行科学设定，当固溶温度过低且保温时间低于9h的情况下，强化相将难以充分溶入铝基体元素中。其次，工作人员需要重视对淬火时的铸件冷却速度进行严格控制，零件装炉应保持足够间隙，避免其相互交叠从而导致铸件无法迅速均匀冷却。此外，如果淬火水温超过规定标准值，也会对高强度铝合金铸件冷却速度产生不利影响。

在该采用高强度铝合金材料生产的大型熔模精密铸件中，为有效提升铸件力学性能，设定热处理工艺参数时，通过充分结合实际情况，在严格依照相关标准要求下，将合金的固溶温度设定在530～540℃，固溶保温时间控制在10～18 h，时效温度则控制在170～180℃，时效保温时间最短不应少于4 h.最长不应超过6 h。对经过热处理的高强度铝合金铸件，要求对其进行分装，避免将高度与厚度值均相对较大的铸件进行相互叠放和叠装，淬火水温控制在43～45℃。对于出炉的高强度铝合金熔模精密铸件，其转移至淬火槽的时间不超过20 s，通过对这一转移时间进行严格控制，能够有效达到保证铸件整体力学性能的目的。在对该高强度铝合金铸件进行热处理的过程中，如果环境温度不足10℃，则在转移出炉铸件至淬火槽时，其时长需严格控制在15 s以内。在条件允许的情况下，工作人员通过在铸件车间中安装设置智能温度调控装置，确保环境温度始终稳定在10℃以上，避免铸件温度骤降较多而影响固溶效果，最终导致铸件无法获得良好的力学性能。根据大量的实际相关性能检测数据显示，高强度铝合金大熔模精密铸件通过使用上述工艺参数进行热处理后，铸件抗拉强度达到470 MPa以上，平均断后伸长率为3%，最高可达到4.5%，由此可见热处理工艺的合理使用确实能够有效提升高强度铝合金铸件的力学性能。

三、结语

综上所述，在制备高强度铝合金铸件时，相关工作人员充分立足实际，始终认真遵循相关规定要求与技术规程，合理选用与之相适宜的铸造工艺与热处理工艺方案。并对其中的各项关键要点，包括合金熔化温度、精炼温度及其他各项热处理工艺参数等进行严格控制。通过工作人员严格控制铸件铸造过程与热处理过程的各项工艺参数，及时发现其中存在的问题并进行相应处理，通过合理的铸造工艺、热处理工艺，从而全面提升高强度铝合金铸件的力学性能与整体冶金质量水平。