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间接挤压铸造高强韧铝合金的研究

王利波  
【摘要】:随着现代工业的发展,对零部件同时具有强韧化和轻量化的要求越来越迫切。这就为高强韧铝合金的发展提供了契机。本课题以高速机床主轴轴承保持架为对象,以Al-Cu合金为研究合金,采用间接挤压铸造的方式成形,研究了挤压铸造工艺参数、元素含量、热处理工艺等因素对铸件力学性能和显微组织的影响,同时对铝铜合金热裂倾向的影响因素进行了初步研究和探讨。 试验结果表明,适合本合金的最佳间接挤压铸造工艺参数为比压80MPa,模具温度200℃,浇注温度750℃,保压时间16s。此工艺参数下的合金铸态下的力学性能为:抗拉强度240~260 MPa,伸长率为9~11.5%。工艺参数对合金的热裂倾向有一定程度的影响。其基本规律为浇注温度和模具温度对热裂倾向的影响最大,其次是保压时间,比压对热裂倾向的影响最小。实验中还对V、Zr、Mn三种合金元素的含量做出了调整。结果发现,V降低合金的热裂倾向,Zr增大热裂倾向,而Mn则在0.7%含量时热裂倾向最低。调整合金元素的含量后可知,V为0.15%、Zr为0.12%、Mn为0.5%时合金的力学性能最高。热处理为Al-Cu合金的主要强韧化方式。通过525℃×9h固溶处理,Al-Cu合金的力学性能得到提高:σ_b=360.9MPa,δ_5=18.4%。采用525℃×9h+175℃×15h的T6处理后,Al-Cu合金铸件的强度最高,σ_b=465MPa;合金的硬度随着时效时间的延长而增加,最大为HB126;而伸长率则随着时效处理的保温时间的延长而下降。研究结果表明,在适当的间接挤压铸造工艺参数下,通过调整合金元素的含量及后续热处理制度可以获得高强韧Al-Cu合金,其中热处理强化效果显著。 最后,采用优化的合金成分,并在最佳的间接挤压铸造工艺参数下,成功试制了铝铜合金轴承保持架铸件。


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