海洋材料(25):艦船用量最多的鑄造鋁合金ZL101A
2016年01月19日 9:3 24441次瀏覽 來源: 中國有色網(wǎng) 分類: 新材料前沿 作者: 王祝堂
ZL101A是Al-Si-Mg系可熱處理強化的鑄造鋁合金,是在船舶艦艇制造中獲得廣泛應(yīng)用的鑄造鋁合金之一,它是ZL101合金的改型。通過采用高純度原材料降低合金的各種雜質(zhì)含量,添加微量晶粒細化元素和調(diào)整合金元素鎂的含量,使合金具有更高更好綜合性能。合金的鑄造工藝、可焊性能、抗腐蝕性能等與ZL101合金的大致相同,適于砂型、金屬型、熔模殼型及石膏型制造形狀復雜、要求氣密性的各種優(yōu)質(zhì)鑄件。
ZL101A合金的化學成分(GB/T1173,W%)如下:Si6.5~7.5,Mg0.25~0.45,Ti0.08~0.20,F(xiàn)e0.2(S、J),Cu0.1,Zn0.1,Mn0.10,Zr0.20,Sn0.01,Pb0.03,雜質(zhì)總和(S、J)0.7,其余為Al。
ZL101A合金與日本的AC4CH、美國的A356合金相當,一般在T4、T5、T6狀態(tài)使用。鑄造方法、鑄件尺寸和復雜程度不受限制,經(jīng)T6工藝處理的鑄件具有高的強度。為滿足優(yōu)質(zhì)鑄件高力學性能的要求,應(yīng)嚴格控制合金元素含量。
該合金主要用于制造要求有高力學性能的金屬型鑄件,但在熔煉操作和鑄造工藝上應(yīng)注意精練除氣和熔體的平穩(wěn)流動,防止出現(xiàn)針孔缺陷和二次氧化夾雜物。
熔煉鑄造工藝
ZL101A合金鑄造溫度680℃~750℃,液相線溫度610℃,固相線溫度577℃,有優(yōu)良的鑄造工藝性能,用700℃砂型澆注棒狀試樣測定的流動性為370mm;具有高的氣密性,在5.0N/mm2的試驗壓力下,試樣裂而不漏,在713℃澆熱裂試樣無裂紋,線收縮率1.1%~1.2%,體收縮率為3.7~3.9%。
ZL101A合金凝固時,因冷卻速度不同,其拉伸性能也不同。冷卻速度快性能高,否則性能低。
物理化學及力學性能
ZL101A合金的密度2690kg/m3,熱導率及比熱容見表1;20℃~100℃的線膨脹系數(shù)22.9×10-6/℃,20℃~200℃的23.6×10-6/℃,100℃~200℃的24.3×10-6/℃;20℃時的電阻率44.6n俜m;無磁性。
該合金表面極易形成致密的氧化膜,可防止在空氣中進一步氧化??垢g性能良好,接近純鋁的,在沒有表面防護的情況下,可以在沿海氣候和工業(yè)氣氛條件下使用,是鑄造海洋設(shè)施零件的良好材料,并有較好的抗應(yīng)力腐蝕能力,在實際使用和在實驗室內(nèi)用3.5%NaCl溶液交替浸蝕均沒有出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破壞現(xiàn)象;耐大氣腐蝕性能良好,通常不需要表面防護處理,但為了提高抗腐蝕性和耐磨性,可以采用陽極氧化處理,如有特殊要求,還可以進行其他的防護處理,如電鍍、琺瑯涂層、噴漆等。
ZL101A合金的標定(GB/T1173)最低力學性能見表2,ZL101A-T5合金室溫S型鑄件的抗壓屈服強度為265N/mm2,T6狀態(tài)J型鑄件的為294N/mm2;S型單鑄試樣(T5)的抗剪強度186N/mm2,T6狀態(tài)的為193N/mm2;ZL101A-T6合金J型鑄造試板的平面應(yīng)變斷裂韌度KIC=24.8(N/mm2) 。
熱處理
ZL101A合金的顯微組織與ZL101合金的基本相同,由于雜質(zhì)的Fe的含量≤0.2%,不會形成大塊的含F(xiàn)e化合物,因而力學性能比ZL101合金的高一些。
該合金的熱處理制度見表3,固溶處理保溫時間在規(guī)定范圍內(nèi)時,除考慮鑄件壁厚外,砂型的熔模鑄件的應(yīng)比金屬型鑄件的長。人工時效溫度和時間的選擇應(yīng)考慮鑄件驗收標準對力學性能要求、采用的鑄造方法及合金的實際化學成分等因素。
對長期工作,要求尺寸穩(wěn)定的高精度零件,固溶處理后可進行冷熱循環(huán)處理消除內(nèi)應(yīng)力。
工藝特性
ZL101A合金的熔煉和鑄造工藝與ZL101合金的基本相同,主要差別在于雜質(zhì)含量,為此,生產(chǎn)ZL101工合金時,應(yīng)選用雜質(zhì)低的原材料配料,尤其是鐵的含量。為減少合金中鐵含量,宜選用非鐵坩堝和工具。
ZL101A合金可焊性能良好,通常采用氬弧焊,也可以采用其他焊接方法,如氣焊等,但釬焊不宜。對于鑄造缺陷的焊補修 復,最好采用成分相同的焊絲作為填充金屬。鑄造缺陷經(jīng)補焊修復后,如果不進行重復熱處理,則補焊處力學性能明顯下降,重復熱處理后,其力學性能可大致與基體的性能相當。
該合金有相當強的抗大氣腐蝕性能,通常不需要防護處理,但為了提高抗蝕性,也可以進行陽極氧化處理,在特殊情況下,可進行電鍍、上琺瑯、噴漆處理。
ZL101A合金的切削加工性能良好,但由于合金的含硅量較高,對刀具有一定的磨損,宜采用硬質(zhì)合金刀具,為保證鉆孔、攻絲、磨削的加工光潔度,切削時應(yīng)使用煤油或其他潤滑劑進行冷卻與潤滑。
責任編輯:于璐
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