高强韧铸造铝合金材料研究

葛立晴　袁彬　程思雨

摘 要：在研发汽车、飛机的过程中，高强韧铝合金能够显著地提升产品性能，这也使得我国近年来对高强韧铸造铝合金的研究逐渐重视。提升高强韧铸造铝合金材料的质量能够推进我国科技的发展，进而推进我国经济的发展，本文主要对高强韧铸造铝合金材料进行研究。

关键词：高强韧;铸造;铝合金

引言：

目前我国对于铸造铝合金的研究已经取得取得了一定的成果，但是由于铝合金的硬度较差，使得铸造铝合金与很多运用机会失之交臂。铸造铝合金相对于变形铝合金来说生产价格低，可生产的组件更为复杂，因此变形铝合金具有较高的研究价值。

1、高强韧铸造铝合金材料概述

目前世界上对于高强韧铸造铝合金材料的研究均有着一定的成果，其中具有代表性的分别是法国的A-U5GT，美国的KO-1，中国的ZL205A。A-U5GT是高强韧铸造铝合金的典型代表，在目前的应用中也最为广泛，这种材料的力学性能优良，已被列入法国国家标准和宇航标准。美国在A-U5GT的基础上进行改造，得到了KO-1，其力学性能及抗腐蚀性优良，但由于其成本较高，故而适用范围并不广泛。我国在上个世纪60年代至70年代研发了ZL205A，其强度是目前所有铸造铝合金材料中最高的，且韧性优良。以上三种铝合金材料的强度、韧性优良，但可塑性较差，在实践应用中给生产带来了问题。

2、提升铝合金的成形技术水平

我国在对高强韧铸造铝合金研究的过程中，已经有大量学者分析了各方面的因素并对此开展了大量的实验，但目前对于合金成形的研究较少，而合金成形对于铝合金铸造的结果有着较大的影响，因此提升铝合金的成形技术水平具有较大的研究价值。目前我国较为普遍的高强度铸造铝合金基本上都是AL-CU系合金，这一系列合金都是固溶体型合金，而固溶体型合金的显著特征就是结晶间隔宽、可塑性差，在使用这种合金生产车辆飞机时，可能会产生裂缝、疏松，且补缩困难。ZL205A合金由7种合金元素构成，在实际生产应用中可塑性差，这也意味着在使用这一系列合金进行生产时，对技术人员的专业能力提出了更高水平的要求，同时由于其主要适用于带冷铁的砂型铸造，这也给这一系列铝合金的使用范围带来了较大的局限性。砂型铸造有较多的缺点，如铸造凝固时间长、成品晶粒大，各项性能低。对金属型、砂型和绝热铸形三种成型方式进行研究的过程中发现，相对于金属型来说砂型铸品的强度降低了约有20%，弹性降低了约30%。这意味着高强韧材料在使用砂型铸造方法的过程中，高强韧材料的优点被掩埋，其性能与普通铝合金材料无异。此外，在实际生产过程中，由于砂型铸件和试样的性能存在着一定的差异，且砂型铸件存在着疏松、混杂等缺点，使得砂型铸造成品的各方面性能更差，影响了高强韧铸造铝合金材料的研究效果。为了解决以上问题，研究人员可以提升材料的基本性能或提升成型技术水平，通过两方面来综合提升铝合金的生产质量。由于我国目前对于材料基本性能的研究已经非常广泛，而对成型技术水平的研究较少，这也意味着成型技术水平具有较大的研究空间及研究价值，故而可以从研究铝合金的成形技术水平下手，提升高强度铸造铝合金的质量。

以提升铝合金的成形技术水平为例，目前我国高强韧铝合金的成形方法主要有金属型、砂型和绝热铸型三种方法，在研究过程中发现有一些铸造方法的操作较为简单且成形质量较好，如低压铸造、差压铸造、挤压铸造、磁流铸造等方法，由于这些方法的研究时间较短，故而在工业生产中的应用并不广泛，因此我国可以逐步推广这些铸造方法，通过提升成形技术水平来提升高强度铸造铝合金的质量。由于砂型铸造存在着较多的缺点，因此可以从砂型铸造的研究资金及相关资源中调拨出30%用于低压铸造、差压铸造等铸造方法的研究中，培养新型技术的发展，综合提升高强韧铸造材料的创新技术水平。

3、研发新型高强韧材料

目前我国仍需要对高强韧铸造铝合金材料进行研究，可以从纯化和净化方面入手，提升高强韧铸造铝合金材料的各方面性能。合金化是人们的关注重点，同时合金化的研究成果也非常丰硕，但合金化依旧还有着较高的研究价值，尤其是一些近来开发出的合金元素在铝合金铸造中的应用还缺乏相关研究。纯化和净化是提升铝合金材料质量的重要手段，但由于纯化和净化的实际操作难度较大，故而研究过程中也有较大的困难。铝合金材料具有较强的遗传性，这也意味着铝合金材料的依赖性非常强，故而研究人员需要对原材料的质量进行研究，不断提升原材料的各方面性能，避免原材料的质量影响到高强韧铸造铝合金的研究应用。当然我国熔体净化技术水平与发达国家的水平也有着较大的差距，因此我国更应该增大研究力度，增加投入成本，提升我国高强韧铸造铝合金的研究水平。

以研发新型高强韧材料为例，可以从纯化和净化入手提升材料的性能。研究人员可以尝试降低材料中的氢含量，使孔隙度低于体积的0.5%，提升材料的可塑性。可以采用旋转叶轮法、过滤技术等来降低氢含量。也可以尝试控制合金中杂质元素的含量，如控制铝合金中Fe、Ni、Sb等杂质的含量，借鉴高纯206.0合金的元素含量标准，降低杂质元素的含量来提升铝合金的各方面性能。除此之外，研究人员还可以尝试细化合金的晶粒，有研究表明，晶粒的直径越小，则合金材料的强度越高、弹性更佳、力学性能也更加优良，因此在Al-Cu合金中可以使用Al-Ti、Al-V等变质剂来细化合金的晶粒，提升合金的性能。

总结：

高强韧铸造铝合金材料的研究发展对我国的科技发展有着较大的影响，因此，研究人员应该从多方面提升高强韧铸造合金材料的质量，本文从提升铝合金的成型技术水平和研发新型高强韧材料入手，对高强韧铸造铝合金材料的研究给出了相关建议，希望能够推进我国高强韧铸造材料的发展水平。

参考文献：

[1]林顺岩，姚勇，周志军.新型高强高韧Al-Zn铸造铝合金的组织与性能[J].铝加工.2019（05）.22-25

[2]张东城.高强韧铝硅合金的挤压铸造组织和性能研究[D].湖北省.华中科技大学.2019