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铝合金铸件

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铝合金铸件

铸造铝合金是以熔融金属充填铸型,获得各种 形状零件毛坯的铝合金。具有低密度, 比强度较高,抗蚀性和铸造工艺性好, 受零件结构设计限制小等优点。分为 Al-Si和Al-Si-Mg-Cu为基的中等强 度合金;Al-Cu为基的高强度合金;Al-Mg为基的耐蚀合金;Al-Re为基 的热强合金。大多数需要进行热处理 以达到强化合金、消除铸件内应力、稳 定组织和零件尺寸等目的。用于制造梁、 燃汽轮叶片、泵体、挂架、轮毂、进气 唇口和发动机的机匣等。还用于制造 汽车的气缸盖、变速箱和活塞,仪器仪 表的壳体和增压器泵体等零件。

介绍
采用铸造工艺直接获得所需零件所使用的铝合金。要求它有理想的铸造性:良好的流动性,较小的收缩、热裂及冷裂倾向性,较小的偏析和吸气性。铸造铝合金的元素含量一般高于相应变形铝合金的,多数合金接近共晶成分。
1905~1925年,欧美国家在研究铝合金相图的基础上开展了工业铝合金的研究。最初研究了铝-镍合金,但其铸造性能不佳,因此镍未能成为主要强化元素。其后研究了在铝中加入铜、镁、锰、硅等元素,获得了较为理想的性能,因而发展了一些二元及多元的铸造铝合金,其中著名的硅铝明合金在1920年前后用于工业。
应用
铸造铝合金具有良好的铸造性能,可 以制成形状复杂的零件;不需要庞大的附加设备;具有节约金属、降低成本、减 少工时等优点,在航空工业和民用工业得到广泛应用。用于制造梁、 燃汽轮叶片、泵体、挂架、轮毂、进气 唇口和发动机的机匣等。还用于制造 汽车的气缸盖、变速箱和活塞,仪器仪 表的壳体和增压器泵体等零件。
分类
现代铸造铝合金按主要加入的元素可分为4个系列,即:铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。对这4个系列,各国都有相应的合金和合金牌号的标记。中国采用ZL+3位数字标记法,第一位数字表示合金系,其中:1表示铝硅合金系,2表示铝铜合金系,3表示铝镁合金系,4表示铝锌合金系,第二、三位数字表示合金序号。中国的几种典型铸造铝合金如表所示,根据合金的使用特性可分为:耐热铸造铝合金、气密铸造铝合金、耐蚀铸造铝合金和可焊铸造铝合金
铝-硅系合金
通常硅含量为4%~13%,又称“硅铝明”合金。铸造性能最佳,裂纹倾向性极小,收缩率低,有很好的耐蚀性和气密性以及足够的力学性能和焊接性能。此系合金在工业上的应用虽较铝-铜系合金晚些,但于1920年发现可进行变质处理后,使该系合金的组织和性能得到改善,拓宽了使用范围,在用量上几乎占铸造铝合金的50%。铝硅系合金可分为共晶型、亚共晶型、过共晶型和添加铜、镁、锰等复杂的共晶合金。ZL102合金为典型的二元共晶合金,共晶温度为577℃,共晶成分为12.6%Si,共晶温度下α固溶体中溶解1.6%Si,室温下溶解约0.05%Si;β相为铝溶于硅中的固溶体,其溶解度极小,因而共晶组织为α+Si两相组成。多元合金的组织中,除α和硅外,还有θ(CuAl2)、W (AlxMg5Si4)等相(见铝合金的相)。含铜的铝硅合金可热处理强化,但耐蚀性差。合金中硅相的形状对强度和塑性有显著的影响,通过变质处理(在熔体中加入钠或锑),使硅相球化,合金的组织和性能得以改善。过共晶合金中的粗大初晶硅有害于力学性能和切削性能,常加入磷,形成AlP化合物,使初晶硅细化,减少其有害影响。
铝铜系合金
是最早出现的工业铸造铝合金。该系合金有高的强度和热稳定性,但铸造性和耐蚀性差。铜含量一般低于铜在铝中的溶解度极限(5.85%),平衡组织中无共晶体,非平衡条件下,可能出现少量共晶体,经固溶处理,使固溶体过饱和,可获得时效强化效果。合金中加入锰、钛可使晶粒细化,能补充强化和改善耐蚀性。
铝镁系合金
该系合金强度高,耐蚀性最佳,密度小,有较好的气密性。铝镁二元铸造合金,镁含量高达11.5%,多元合金中的镁含量一般为5%左右。合金的组织为α+β(Mg5Al8)相组成,热处理的强化效果不明显,主要为固溶强化。β(Mg5Al8)相沿晶界呈网状析出时,抗蚀性和力学性能变坏。为防止β(Mg5Al8)相沿晶界析出,多在固溶状态下使用。合金中加入硅和锰能改善合金的流动性。
铝锌系合金
该系合金在铸造状态就具备淬火组织特征,不进行热处理就可获得高的强度,但合金的密度大,不适宜制作飞机零件。该合金系是在硅铝明合金的基础上加锌而成,因此亦称“锌硅铝明”合金。

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