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      海洋材料(27):話說海洋鑄造鋁合金ZL104

      2016年02月02日 11:29 22231次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿   作者:

             ZL104合金也是熱處理可強化Ai-Si-Mg系鑄造鋁合金,具有優(yōu)良的鑄造工藝性能和氣密性,同時其強度高于ZL101ZL102等合金的,但形成針孔的傾向較大,熔煉工藝較為復雜。
      該合金適于砂型或金屬型鑄造各種復雜薄壁零件,也可以采用壓鑄工藝,適合于鑄造承受中等載荷、工作溫度不超過180℃的艦船箱類和發(fā)動機零件等,是一種應用較為廣泛的海洋工程和設施的鑄造鋁合金。相似的國外合金有美國的360、日本的AC4A、ISOAl-Si10Mg,德國的G-AlSi10Mg。鑄造方法、鑄件尺寸大小和復雜程度一般不受限制,主要為大型復雜砂型和金屬型鑄件。承力件均在固溶處理與人工時效狀態(tài)下應用。
      ZL104合金的標定(GB/T 1173)化學成分如下(w%):Si80~10.5,Mg0.17~0.35Mn0.2~0.5,S鑄件的Fe0.6,J鑄件的Fe0.9,Cu0.1,Zn0.25,(Ti+Zr0.15,Sn0.01Pb0.05,雜質總和:S鑄件1.1J鑄件1.4,其余為Al
      熔煉-鑄造
      ZL104合金的熔煉可在不同加熱方式爐中進行,仔細清理溶化坩堝與工具,噴涂料應預熱烤干。保持爐料表面清潔(無銹蝕、油污)和溶化工具、精煉變質劑等干燥,是減少合金熔煉吸收氫氣的重要措施,同時在空氣濕度較大的條件下,可采用覆蓋溶劑,并盡可能降低熔煉溫度,縮短熔煉時間。
      應進行精煉,以便有效地去除氣體與夾雜,精煉劑為固體氯化物,如六氯乙烷等或含氯混合氣體如氟利昂-氮混合氣體等。合金的含硅量較高,應通過變質處理細化處理細化共晶組織,改善材料塑性,可采用鈉變質劑,如5%NaCl+30%NaF+10%KCl+10%Na3AlF6,用量為爐料質量的2%~3%,變質溫度710~750℃。也可以采用氯化鍶或鋁-鍶中間合金作為變質劑。
      為獲得致密鑄件,在澆注過程中應保持熔體平穩(wěn)流動,防止從空氣和鑄型中吸收氫,對于重要的大型復雜鑄件建議采用壓力釜澆注,壓力0.5~0.6N/mm2
      為保證鑄件的力學性能,應嚴格控制合金的化學成分,硅含量在上限時,可提高合金強度和流動性,降低硅含量對減少集中縮孔的形成有益;鎂是合金的主要強化元素,其含量為0.2~0.25%時可獲得好的綜合性能;鐵是降低合金力學性能的主要雜質元素。
      物理化學性能
      ZL104合金的溶化溫度577~600℃,熔煉溫度不宜超過750℃,澆鑄溫度680~750℃,熱導率及比熱容見表1。20~100℃的線膨脹系數(shù)1.7×10-6/℃,20~200℃的22.5×10-6/℃,20~300℃的23.5×10-6/℃。100~200℃的23.3×10-6/℃,200~300℃的25.5×10-6℃。密度2650kg/m3。20℃時電阻率46.8nΩ·m,無磁性。
      ZL104合金表面易生成薄而致密的氧化膜,可防止進一步氧化,有高的抗腐蝕性能,即使在潮濕的大氣中也有相當強的抗腐蝕性能,并無應力腐蝕開裂傾向,為提高合金的抗腐蝕能力,應嚴格控制雜質鐵和銅的含量。
      力學性能
      ZL104合金的標定(GB/T1173)單鑄試樣的最低力學性能見表2。Tb狀態(tài)SB鑄件的布氏硬度HB=70,J鑄件T6狀態(tài)的HB=75。ZL104-T6合金SB鑄件的高溫持久強度R100200℃時的78N/mm2,250℃時的49N/mm2,300℃時的27N/mm2;砂型、變質ZL104-T6合金的高溫蠕變強度9.8N/mm2ZL104合金的正彈性模量E=69GN/mm2,切變模量G=27GN/mm2,泊松比μ=0.33。合金的高低溫力學性能見表3。
      熱處理及工藝特性
      ZL104合金的相組成為α-Al+Mg2Si+Si,Mg2Si是主要強化相,固溶處理時溶入基體,而在時效時以介穩(wěn)定相(GPIGPⅡ或β')彌散析出。共晶硅在變處理后細化,由片狀轉變?yōu)轭w粒狀。三元共晶熔點(α-Al+Mg2Si+Si)為550℃,二元共晶α-Al+Si的熔點577。熱處理過燒后,組織中出現(xiàn)Si相聚集變粗,共晶復溶特征。合金的雜質相有骨骼狀的AlFeMnSi和針狀的β(Al9Fe2Si2)。
      一版形狀比較簡單的鑄件可在室溫水中淬火,大型復雜零件則應在沸水、油或CL-1有機淬火劑中淬火,以減少內應力和防止鑄件變形。
      ZL104合金有有優(yōu)良的鑄造工藝性能,用澆鑄砂型模棒狀試樣流動長度法測定700℃的流動性為359mm,無熱裂傾向,線收縮率為1%,體收縮率為3.2%~3.4%。合金結晶間隔小,在消除針孔的條件下,可以達到很高的致密度和氣密性。
      ZL104合金的壁厚敏感效應隨鑄件壁厚增加或冷卻速度降低而上升,α-Al枝晶和共晶組織都變粗,而力學性能則降低。
      該合金有良好的可焊性,可采用氬弧焊、氣焊等焊接或補焊。焊接接頭熱處理后的拉伸性能與基體的性能大體相同。補焊鑄造缺陷通常采用相同成分的填充金屬,已經熱處理的鑄件焊補后應進行重復熱處理。
      ZL104合金鑄件可采用硫酸陽極氧化處理,用重鉻酸鉀封孔,但由于含硅量高,氧化表面外觀效果不好,而對于針孔度超過3級的鑄件,則不允許陽極氧化處理,可采用涂漆保護。
      ZL104合金的含硅量高,可切削加工性能差,但熱處理后基體硬度提高,切削加工性能有所提高。

      海洋27

      責任編輯:于璐

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