隨著近幾年ZL20合金(以下簡稱ZL20合金)在航天航空受力結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，如何解決因該合金鑄造性能差而產(chǎn)生的一系列問題，成為鑄造技術(shù)人員不得不面對的一大課題。本文通過對該合金的鑄造工藝及熱處理過程分析，探討該合金在熔模 鑄造中的應(yīng)用。
1、ZL20合金的成分性能及特點
ZL20合金是北京材料 院在20世紀(jì)70年代研制的一種鋁銅系鑄造鋁合金，是目前強(qiáng)度較高的鑄造鋁合金之一，主要應(yīng)用于承受高載荷零件，如掛梁、輪毅、框架、導(dǎo)彈舵面及某些氣密性零件。此合金的特點是：成分復(fù)雜(合金元素達(dá)7種之多)，成分范圍非常窄，雜質(zhì)含量控制很低，合金溫度間隔寬，流動性差，收縮率大，氣密性差，熱裂傾向大，因此易產(chǎn)生偏析、疏松、夾渣、針孔等鑄造缺陷。
2、大型熔模 鑄件生產(chǎn)工藝
2.1鑄件特點
某錐形鑄件材料為ZL20，外形尺寸為φ200~φ387mm)x520mm，壁厚 厚37.5mm， 薄3.8mm，在外圓方向上均布4根筋條，且4根筋條及兩端均為受力部位，因此要求鑄件具有和良好的結(jié)構(gòu)對稱性，其內(nèi)部冶金質(zhì)量要達(dá)到HB962-90中II類鑄件要求。
2.2工藝方案
采用硅溶膠熔模 鑄造，組合工藝，采取底注加側(cè)注的組合方式，4周為4根立柱加縫隙式澆道，組合完畢后整個模組高度750mm。由于采用重力澆注，所以金屬液會對直澆道底部產(chǎn)生巨大的沖擊，而且流動 不穩(wěn)定，因此選用了蛇形直澆道。
3生產(chǎn)中存在問題及解決措施
3.1存在問題
(1)偏析：鑄件在薄壁處出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。
(2)疏松、裂紋：在4根筋的根部為厚薄不均勻地方，大部分鑄件因此處疏松、裂紋而報廢。(3)夾渣：由于鑄件輪廓尺寸較大( 高到750mm)，雖然采用了蛇形澆道，但鑄件仍產(chǎn)生了大量的夾渣。
(4)針孔：該鑄件在X光透視時發(fā)現(xiàn)大面積針孔缺陷，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。
(5)力學(xué)性能偏低。
3.2解決措施
為了 解決上述缺陷， 先 從原材料嚴(yán)格把關(guān)，否則，一旦材料中某成分不合理，對鑄件將是致命的影響。其次就是控制好熔煉澆注環(huán)節(jié)，結(jié)合在生產(chǎn)現(xiàn)場長期的摸索和試驗，對該合金的熔煉過程總結(jié)如下。
3.2.1控制熔煉澆注的工藝措施
(1)爐前準(zhǔn)備：新料(精鋁錠)，中間合金，回爐料(不超過爐料總量的30%)，合金的純凈度是至關(guān)重要的一環(huán)，嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量是合金質(zhì)量的重要因素。
(2)由于ZL20合金雜質(zhì)Fe含量要求嚴(yán)格，故熔煉使用石墨增鍋。
(3)熔煉與澆注過程控制。
①在預(yù)熱的增鍋中加入精鋁錠和回爐料，熔化過程中，應(yīng)爐料順暢下降，不允許有搭棚現(xiàn)象。②合金熔化后于700~710℃加入A1Cu50A和金屬福，攪拌5一10min。
③升溫至740℃左右加入A1Ti4BA中間合金并攪拌5一10min，再降溫至720~740℃準(zhǔn)備精煉。以往工藝的精煉溫度多為700~720℃，由于該合金是Al-Cu系合金，粘度大，精煉溫度低，渣不易上浮，易產(chǎn)生夾渣，因此精煉溫度提高為720~740℃，這樣可以提高精煉效果，降低鑄件夾渣缺陷。
④用約占爐料總量的0.5%}0.8%的CZC1。精煉，精煉劑需用鋁箔紙包成6}8份，用鐘罩分批壓入鋁液中，然后連續(xù)均勻攪拌15min。
⑤精煉完畢，靜置1520min，降溫至720~730℃，澆注鏡面斷口試樣，合格后盡快澆注零件。
⑥合金液靜置完的 澆注時間為2h，如超過 時間或鏡面試樣不合格時， 進(jìn)行二次精煉。⑦將合金液溫度調(diào)整至720~730℃進(jìn)行澆注。以往工藝一般為720℃左右，但對于ZL20合金來說 好的澆注溫度720~730℃，其目的也是便于排渣。
3.2.2缺陷的工藝措施
(1)偏析：偏析分為成分偏析和比重偏析兩種，防止偏析的根本方法是攪拌.且攪拌方式應(yīng)該是連續(xù)攪拌并且澆注，以合金的均勻性。因此，在CzCI。精煉的基礎(chǔ)上增加高純氫旋轉(zhuǎn)精煉，這樣不僅提高了合金的精煉效果，而且在精煉的同時加強(qiáng)了合金液的攪拌。
(2)疏松：此鑄件在4根筋的根部為厚薄不均勻的地方，此處 易產(chǎn)生疏松，大部分鑄件因此而報廢。原工藝方案是在圖1A處吹風(fēng)，有 效果，但不理想。后來采用刷水的方式，效果比較明顯，但控制不好易產(chǎn)生氣泡和針孔。 后采用在厚薄交界處加一工藝補(bǔ)貼，使其厚薄相對較均勻，疏松問題得以解決。
(3)夾渣：該鑄件的夾渣嚴(yán)重，在原工藝基礎(chǔ)上增加雙層過濾網(wǎng)，然后按前面的熔煉工藝控制，了夾渣缺陷。
(4)針孔：由于ZL20合金粘度大，氫不易上浮，且鑄件厚薄差距大，在厚大部位易產(chǎn)生針孔。采用CzCI。精煉，在澆注過程中，在鑄件厚大部位采用吹風(fēng)方式，達(dá)到同時凝固的目的，針孔得以[fsal經(jīng)過上述改進(jìn)措施，投產(chǎn)41件，經(jīng)X射線檢查后，合格37件，合格率達(dá)到90.2%，鑄件的冶金質(zhì)量 大幅提升。
3.2.3提高力學(xué)性能的工藝措施
該鑄件在試制過程中，力學(xué)性能一直在合格線附近徘徊，達(dá)不到滿意的效果，很難滿足客戶對產(chǎn)品的需求。對此，經(jīng)過長期實踐摸索，總結(jié)出一套提高ZL20合金力學(xué)性能的措施。
力學(xué)性能檢測包括鑄件本體的力學(xué)性能和單鑄試棒的力學(xué)性能。提高力學(xué)性能的主要途徑有提高鑄造質(zhì)量及調(diào)整熱處理工藝參數(shù)兩個方面。ZL20合金的鑄造缺陷主要是偏析、疏松、夾渣、針孔等，這些缺陷均會造成合金力學(xué)性能偏低或不合格，針對這些缺陷的改進(jìn)措施，前面已作了詳細(xì)介紹，此處不再贅述。如何從熱處理方面提高合金力學(xué)性能， 先對熱處理工藝進(jìn)行分析，查找原因。
①固溶溫度偏低或保溫時間不足，相不能充分進(jìn)入。
②淬火時冷卻速度不夠，如零件過高，裝爐時疊在一起，或淬火水溫過高，影響冷卻速度。
③鑄件出爐時進(jìn)入淬火槽中轉(zhuǎn)移時間過長。
④人工時效溫度過低或時效保溫時間不夠。
⑤環(huán)境溫度過低(<10℃）。
