浅析高强铝合金部件的铸造及热处理工艺

随着航空航天及汽车领域中零部件集成化、轻量化的要求越来越高。轻质、高强铝合金在优化铸造性能及热处理工艺方面，已成为高强铝合金发展的必然趋势。本文通过分析高强铝合金部件的铸造和热处理工艺，推广高强铸造铝合金在生产中的实际应用。提高铝合金铸件的性能和质量，加深对高强度铝合金铸造和热处理工艺的进一步研究，以便能够最大程度地满足实际生产活动的需要，确保在实践中获得预期效果。不断研究新的技术理论将有助于改进高强铝合金的铸造及热处理工艺，提高高强铝合金部件的质量和性能。

1 铸造高强铝合金概述

铸造铝合金是指在纯铝中加入其它金属元素通过铸造方法浇铸毛坯或零件的铝合金材料。铸造铝合金的化学成分和加工方式与形变铝合金存在差异性。高强度铸造铝合金具有强度高、耐久性好、经济性好、耐腐蚀等优点。相关材料的国外研究者，通过添加不同的元素来调整高强铝合金的硬度和强度，其合金化程度越来越高。同时，通过采用先进的纯净化熔炼技术攻关，保障了铝合金的杂质含量越来越低，纯度越来越高，目的是让不同元素之间的组合达到最佳配合比

。然而，我国高强铝合金的研究起步较晚，虽然在高强铝合金研发方面投入了大量的人力物力，但研究成果与国外先进国家仍存在差距。经过多年研究，在专业化铸造及热处理工艺探索方面也取得了很大进展。目前，我国高强铝合金已大量用于航空航天及民用领域，如航空发动机壳体的生产。

铸造高强铝合金可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金和铝稀土合金。不同类型的铝合金具有不同的性能。A1-Si系合金它的铸造性能好，强度中等，除过共晶合金外，一般具有中等的切削和焊接性能，主要用于中等载荷的结构零件和形状复杂的壳体类零件中

。A1-Cu系合金其具有良好的综合性能，如较高的强度和塑性，良好的高温性能，易于切削加工，但该合金凝固区间大，合金的偏析及热裂倾向大。如目前国内强度最高的ZL205A铸造铝合金其强度可达500Mpa以上，可达到或高于部分钢铁材料的强度水平，可用于承受大载荷的结构零件，图1是河北钢研德凯公司生产的部分ZL205A熔模精密铸件。A1-Mg系合金其具有很好的力学性能，即较高的强度和良好的延伸性能，不仅抗蚀性能稳定，同时还具有良好的切削性能，主要用于制造耐腐蚀部件。Al-Zn系合金具有很好的力学性能和韧性，但铸造性能和抗蚀性能较差，高温性能不好，密度较大，应用较少。Al-Re系合金是新型合金，主要特点是热膨胀系数低，铸造件性能优良，气密性高，不易发生热裂和疏松。铝稀土铸造合金，因混合稀土与其他元素形成难溶的金属间化合物，分布在晶界，起高温强化作用，可在温度300℃～400℃下长期工作。

2 铸造高强铝合金的铸造工艺

高强铝合金铸件的制备工艺包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、泡沫型铸造、低压铸造等等。砂型铸造是以原砂为骨料的铸造工艺，其生产的铝合金铸件最大尺寸达2000mm以上，是目前铝合金铸件主要的铸造方式。用其生产的铸件尺寸精度达到CT8级，表面粗糙度Ra≤12.5μm，但是该铸造方式浇铸过程中的粘结剂分解产生大量气体，因此对环境有一定影响。金属型铸造是将金属液在重力作用下注入金属铸型中进行凝固的过程，该法一般用于生产中小型铸件，且铸件结构较为简单，但由于金属铸型导热能力好，金属液凝固速度快，导致铸件晶粒细小，铝合金铸件的强塑性均较好。熔模铸造可生产大型复杂结构件，可实现近终成型的铸造方式，其生产的铸件尺寸精度可达CT6级，表面粗糙度Ra≤6.3μm，可实现铸件不加工或少加工的目的，特别适应目前航空航天领域部件高质量、轻量化、集成化的目的，深受行业青睐。石膏型铸造是另外一种实现大型复杂薄壁铝合金铸件的铸造方式，以此方法生产的铸件最小壁厚小于1mm，但是由于石膏导热能力差，铸造工艺控制不当极易出现针孔、疏松等缺陷。低压铸造是利用气体压力将金属液压入铸型，使金属液在压力的作用下充型凝固的铸造工艺，这种方法特别有利于复杂薄壁铝合金铸件的制备，且铸件力学性能好、工艺出品率高，目前也已大量应用于铝合金铸件产品的生产中。

3 铸造高强铝合金的热处理工艺

铝合金的优越性反映在大量合金的开发和商业应用上，其具有良好的机械和物理性能，可以对零件进行退火、固溶热处理、淬火、沉淀硬化、时效或上述方法结合的热处理措施来实现。在热处理过程中，铝合金共晶相的溶解度随着温度的升高而增加，析出相的形成和分布直接影响材料的性能。除了与可溶性元素和化合物相关的相和形态变化外，其他效应伴随着高温热处理过程，如：凝固组织中的偏析现象被减少或消除，由凝固或预先淬火引起的残余应力降低，不溶相可能会发生物理变化，腐蚀敏感性可能会受到影响等等。中国热处理标准化委员会规定了工业使用的标准铝合金热处理实践要求，划分了不同的铝合金热处理的不同状态：铸态（F）、退火（T2）、固溶加自然时效（T4）、固溶加不完全人工时效（T5）、固溶加完全人工时效（T6）、固溶加稳定化处理（T7）、固溶加软化处理（T8）、高低温处理（T9）。热处理的特定标准和使用通常由制造商根据需要制定相应工艺规范或与卖方单独协商。

在高强度铝合金的铸造和热处理过程中，制定和实施工艺方案时，应充分考虑高强度铝合金的冶金质量、尺寸精度及性能一致性。由于铝合金铸件结构及合金成分的影响，必须优化铸造铝合金的机械性能。并通过100%X射线检测铸件质量，以确保高强度铝合金铸造和热处理工艺的有效性。

4 高强度铝合金铸造难点分析

在实践中，高强度铝合金铸件的铸造方法仍有改进空间。铸造高强铝合金作为大型复杂薄壁异形结构铸件的主要铸造方式，在原材料纯净度、铸造方法选择方面都有非常高的要求。例如，复杂薄壁多油管路铸件，在实际铸造过程中，对铸造方法的要求非常高。以下分析了铸造的难点和问题。具体体现在：

常规的热处理工艺通常是基于高强度铝合金铸造行业的技术规范和要求。但是当用于执行不同铸件及不同铸造方式时，热处理工艺就会产生差异。其难点主要体现在：铸件尺寸大、结构复杂、壁厚差异大，热处理过程的组织调控难度加大，最终导致力学性能控制一致性困难。由于铸件结构、尺寸和壁厚的影响，铝合金在热处理过程中不同厚度冷却速度差异大，导致铸件组织差异大、铸件变形控制难以达到预期效果，图4是不同淬火温度和铝合金铸件厚度的冷却速率。热处理工艺进行过程中缺乏参考材料，各制造商一般都会将自己的热处理工艺规范作为商业秘密保护起来，这增加了实际热处理的难度，大大增加了高强度铝合金热处理的难度，导致高强度铝合金的适用范围受到损害。

中国科技教育的由来与现状 中国早在2001年就对STEM教育有了关注，并将其由国外引入。随着时间的推移，对STEM教育的研究在2016达到高潮，教育领域意识到STEM教育的重要意义，积极推动STEM教育。在一些学校中，除学科实验室之外，科创教育联盟理工实验室也已经完成建设，中小学引进并开设相关课程，一些教育研究团队致力于开发系列课程。

高强铝合金在铸造过程中，不同部位的铸造质量出现差异，会出现力学性能一致性差的情况。但是，铸造高强铝合金要求具有较高的机械性能。为了满足实际生产工艺的需要，保证铸造过程中良好的力学性能。通过提高铸造工艺力学性能参数的合理性，为扩大高强铝合金的适用范围提供坚实基础。大型复杂铸件由于各部位凝固顺序及凝固速度的差异导致各部位组织性能差异大，力学性能的一致性很难得到满足，对铸造产品的质量和可靠性构成潜在威胁。图3是某ZL116合金某大型结构件不同部位的组织图（T6态），图中可以看出铸件2图晶粒组织更加细小，该部位的强度和塑性也更优。

铸造高强铝合金的铸造壁厚较薄，几何尺寸普遍偏大，铝合金充型时间相对较长。在高强铝合金铸造成型过程中，部分铸造件直径达2000mm，高度一般大于250mm。在实际铸造中，铝合金填充方式的整个时间比其他中小型合金填充方式要长得多，经常出现充型不完整的情况。而且成形过程需要的时间相对较长

，这给高强度铝合金的质量保证带来了重大挑战和困难。

5 热处理工艺难点分析

首先从犯罪主体的年龄上来说，必须是年满十六周岁的具有刑事责任能力的自然人，同时这里的醉酒需要达到一定的标准，如果不符合标准只能认定为“酒后驾驶”，达不到醉驾标准只需要承担相应的行政责任，而不需要承担刑事责任。其次，有些学者在该罪名主体的研究上，会将无证驾驶和醉酒驾驶进行某种程度上的混淆，因为我国新的道路交通法规定，无证驾驶的行为人需要处以一定的行政拘留和罚款，但是无证同时醉驾的行为人是不是构成醉酒型危险驾驶罪呢？笔者认为这个答案是肯定的。醉驾之所以受到处罚是出于对其行为的危害性考虑，跟其行为人有没有驾驶证并没有直接的影响，可以作为醉驾行为的一个严重结果。

6 高强度铝合金铸造及热处理工艺方案分析

随着社会物质生活水平的不断提高，社会大众对高品质羊肉需求量不断增加，这直接促进了羊养殖产业的发展，羊养殖规模不断向集约化和规模化方向发展。但在羊养殖中，散养养殖模式依然占据主导地位，由于养殖技术和养殖观念比较落后，在对羊群进行常规疫苗免疫接种后，寄生虫病防治并没有引起养殖户的重视。该病的病原多种多样，不同的消化道线虫造成的临床症状存在较大差异性，常表现混合感染。因此，在做好消化道线虫病诊治前，一定要明确消化道线虫的种类，然后采取针对性措施进行诊治。

6.1 可靠的铸造工艺方案分析

应考虑高强度铝合金铸件的原材料的杂质含量，以确保合金熔化的纯净度。以保证其获得良好的铸造效果，并优化其安全性能。通过了解和掌握高强铝合金在铸造过程中的合金配比、铸造温度和工作过程是一项重要的试验研究。为了保证高强度铝合金满足相应质量要求，保证良好的铸造效果和高效的铸造工艺，应考虑以下几个方面：了解合金中的杂质含量，评估铸件的机械性能，改进铸造工艺。首先，从原材料方面选择合适的高强度铝合金原料，评估每个制造商的产品是否符合材料选择标准，并评估铸件的机械性能，确保选材质量。其次，通过测定高强度铝合金的抗拉强度和屈服强度，严格保证高强铝合金的伸长率，了解添加不同合金的功能特性，确保铸造铝合金的质量和可靠性

。为了提高铸造方案的适用性和合金的熔炼效果，通过计算机动态模拟分析，对铸造方案中存在的问题进行详细的分析，并采取相应的措施加以解决。同时，合理设置铸造工艺参数，确保铸件化学成分的均匀性和稳定性，提前制定完善的工艺方案。与相关技术操作人员和相关技术理论进行仔细思考和讨论，及时、准确的发现不合适的工艺方案并进行调整，确保方案的适用性。

循环经济以资源的高效利用和循环利用为核心，在循环经济产业链当中，废塑料回收利用是不可或缺的重要组成部分。中国是全球最大的废塑料再利用国家之一，据预测到2025年，中国的城市固体废物产生量或将达到世界总量的近四分之一。提高废塑料回收利用率，对于发展可循环经济有着极大的促进作用。

6.2 科学的热处理工艺方案分析

在制定高强度铝合金的热处理工艺时，应根据其功能特性确定适当的热处理参数，为后续热处理方案的实施提供坚实基础。在研究高强度热处理工艺方案时，应确定相应的热处理参数。对热处理温度范围、热处理时间进行调整，应特别注意热处理工艺参数的合理性，以确保相关参数在热处理过程中的有效性。充分研究铸件热处理过程的变形规律，采用反变形工装设计，对热处理过程铸件的变形情况加以控制，保证铸件尺寸偏差。

7 结语

提高高强铝合金铸件的生产加工水平，必须充分考虑各种热处理技术的优势。为延长铸件寿命提供可靠的技术保证。因此，在今后高强度铝合金的生产过程中，应充分重视铸造和热处理工艺，明确工艺操作要点。提高操作人员的责任感，实现工艺的有效控制，促进高强铝合金生产加工的持续改进，促进工业经济的稳定发展。在先进的操作技能和理论知识的引导下，铸件也可以满足生产本身的标准要求。因此，将先进的理论和技术知识整合到生产和铸造系统中是非常有用的。正确认识高强铝合金铸造技术的应用和探索，提高高强铝合金的铸造效率。目前，我国对超强铝合金热处理的研究和开发相对缓慢，在热处理研究方面与国际水平存在一定差距。只有加大投入研究资源，才能使我们的研究成果得到进一步提高。

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