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铸造铝合金管坯的制备及楔压致密化工艺的研究

王灿让  
【摘要】:铸造铝合金由于浇铸性能好、比强度高、生产成本低等优点被广泛应用于汽车、轨道交通等领域。但是铸造类合金在传统铸造过程中容易吸氢氧化,出现气孔、缩孔、针孔、疏松等缺陷。这些缺陷使得铸造铝合金很难达到完全致密化,严重影响合金性能,以至于铸造铝合金的强度以及韧性难以满足关键零部件的要求。尤其是目前受到设备吨位及成本的制约,对于大尺寸铸造铝合金成形管坯的后续加工及致密化难以实现。为了减少甚至消除铸造合金的缺陷,使铸造铝合金满足工程应用要求,本论文选择两类应用最为广泛的铸造铝合金,Al-Si系铸造铝合金和Al-Zn系铸造铝合金。采用传统的重力铸造技术制备出Al-7Si(A356)、Al-12Si、Al-20Si以及Al-Zn合金中的ZL401管坯。采用多道次局部小变形累积实现整体变形的楔形压制工艺对铸造合金管坯进行楔形压制。通过对不同变形程度下的合金微观组织、密度、XRD、力学性能及拉伸断口进行对比,研究了管坯的楔压变形对铸造合金性能的影响。得到以下结论: 1.通过重力铸造的方法制备出Al-7Si(A356)、Al-12Si、Al-20Si和ZL401铝合金管坯。将楔形压制工艺首次应用于铸造管坯件上,通过小吨位压机实现了铸造铝合金的后续致密化加工,得到了整体高致密度,外形圆整,力学性能良好的合金管坯。 2.重力铸造的A356合金压制前抗拉强度、屈服强度、延伸率和相对密度分别为148MPa、133MPa、2.5%、95.6%。通过楔形压制,它们分别提高到224MPa、201MPa、7.3%、99.6%,合金中的微观孔洞基本消失。铸造Al-12Si合金经过楔形压制,气孔和疏松减少甚至消除,微观组织得到明显改善。重力铸造的Al-12Si合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为142MPa、113MPa、1.7%。通过楔形压制,它们分别提高到197MPa、172MPa、5.5%。铸造Al-20Si合金通过楔形压制使合金管坯中的气孔和疏松减少、消除,管坯有效致密化。并且使得初生硅破碎,在а(Al)基体上分布更加均匀,显微组织明显改善。重力铸造的Al-20Si的抗拉强度、屈服强度、延伸率、密度以及硬度分别从112MPa,82MPa,1.2%,2.48g/cm3,59.3HB,提高到了203MPa,172MPa,5.2%,2.68g/cm3,71.5HB。断口的断裂类型也从脆性断裂方式向韧性断裂转变。 3.铸造ZL401合金经过楔形压制,微观组织得到明显改善,合金组织中的孔洞由铸造时的80μm减小的3-5μm,甚至消失。重力铸造ZL401的抗拉强度和延伸率分别从161MPa,3.3%提高到了232MPa,7.2%。断口的断裂类型从脆性断裂方式向韧性断裂转变。


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