航空航天器铸造铝合金_2_张春波

件，宜采用沸水或 CL-1 有机淬火剂淬火，以减少内 应力和防止铸件变形。若铸件在较高温度下长期工 作，最好采用 T7 规范，其时效温度宜接近于零件工 作温度。
状态
T1 T5 T7
温度 /℃
520 ～ 530 520 ～ 530
表 24 ZL105 合金的热处理规范 Tab． 24 Heat treatment system of ZL105 alloy
Casting aluminum alloy used for aeronautics and aerospace vehicle（ 2）
ZHANG Chun-po1 ，WANG Zhu-tang2
（ 1． Harbin Zhongfei New Technique Co． Ltd． ，Harbin 150060，China； 2． China Nonferrous Metals Industry Association，Beijing，100814，China）
固溶处理
保温时间 /h
冷却水温度 /℃
3 ～5 3 ～5
66 ～ 100 66 ～ 100
转移时间 /s
≤25 ≤25
温度 /℃ 175 ～ 185 170 ～ 180 220 ～ 230
时效 保温时间 /h
5 ～ 10 3 ～ 10 3 ～ 10
冷却介质 空气 空气 空气
4． 5． 3 物理化学性能 ZL105 合金的铸造温度 700℃ ～ 750℃ ，熔化温
Abstract： This is the second part of the complete paper，which mainly describes the chem-
ical compositions，structures，typical mechanical properties，heat treatment systems，melting and casting process and other process characteristics of ZL105，ZL105A，ZL112Y，ZL114A and ZL116 alloys，which belonging to the ZL1 × × series and ZL201 alloy of ZL2 × × series． The application situation of the above mentioned alloys in the aeronautics and aerospace industries have been described as well．
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航空航天器铸造铝合金（ 2）
张春波1 ，王祝堂2
（ 1． 哈尔滨中飞新技术股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060； 2． 中国有色金属加工工业协会，北京 100814）
摘要： 本篇是全文的 第 二 部 分，主 要 介 绍 ZL1 × × 系 中 ZL105、ZL105A、ZL112Y、ZL114A、ZL116 及 ZL2 × × 系 中 的 ZL201 合金的化学成分、组织、典型力学性能、热处理规范、熔炼铸造工艺、其他工艺特性，以及它们在航空航天工业 中的应用情况。 关键词： 铸造铝合金； 力学性能； 熔炼铸造工艺 中图分类号： TG146． 21 文献标识码： A 文章编号： 1007 － 7235（ 2012） 12 － 0009 － 13
状态 铸造工艺 T / ℃ Rm / （ N·mm － 2 ） Rp0． 2 / （ N·mm － 2 ） A5 / %
－ 196
294
0． 8
T1
J
－ 70
265
0． 5
20
245177
0． 8
100
245
1
150
245
1
T5
S
200
216
1． 5
250
177
1． 5
300
127
4
20
235
177
可采用 Al-Ti 或 Al-Ti-B 中间合作为 晶 粒 细 化 剂，Ti 的加入量为炉料量的 0． 1% ～ 0． 15% ，B 的添 加量 0． 02% ～ 0． 05% 。
ZL105 合金具有良好的铸造性能，用浇铸棒状 试样 流 动 长 度 法 测 定 700℃ 熔 体 的 流 动 性 为 344 mm，750℃ 的流动性为 375 mn； 有足够高的抗热裂纹
表 27 针孔对 ZL105 合金铸板力学性能的影响 Tab． 27 Influence of needle holes on mechanical
ZL105 合金在大气条件下可不进行表面防护处 理。为提高铸 件 的 耐 腐 蚀 性 或 耐 磨 性，可 采 用 阳 极
氧化处理，并用重铬酸钾封孔。对于针孔度严重（ 超 过 3 级） 的铸件表面则不得施加阳极氧化处理，可采 用涂漆保护，对特殊用途的也可电镀和搪瓷。 4． 5． 4 力学性能
ZL105 合金单铸造试样的室温典型力学性能见 表 25，在不同温度的典型力学性能见表 26，不同针 孔等级铸板的力学性能示于表 27，不同温度的低周 疲劳强度见表 28。ZL105 合金砂型铸件的压缩屈服 强度 Rp02 = （ 180 ～ 260 ） N / mm2 ，金属型铸件的 Rp0． 2 = （ 185 ～ 275） N / mm2 ； T5 状态砂型铸件 U 型切口试 样的冲击韧性 αKU = 22 kJ / m2 ； ZL105-T5 合金 25℃
0． 5 ～ 1． 5 75 ～ 90
R130000h / （ N·mm － 2 ） 30
30 ～ 35 35 ～ 40
40
4． 5． 2 热处理 ZL105 合金可在不同热处理状态下使用。铸造
方法、铸件尺 寸 和 铸 件 结 构 复 杂 程 度 一 般 均 不 受 限 制，热处理规范见表 24［1］，对于形状比较复杂的铸
ZL105 合金的化学成分见表 22，Cu 含量对合金 力学性能的影响见表 23［1］，对于要求力学性能较高
收稿日期： 2011 － 10 － 11 第一作者简介： 张春波( 1973 － ) ，男，黑龙江哈尔滨人，工程师。
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的铸件可添加少量 Ti 或同时加入 B 以细化晶粒，Ti 加入量（ 质量分数，下同） 为 0． 1% ～ 0． 15% % ，B 的
度 577℃ ～ 627℃ ，密度 2 680 kg / m3 ，20℃ 时的电阻 率 46． 2 nΩ·m，无磁性。
ZL105 合金 具 有 耐 工 业 和 海 洋 大 气 腐 蚀 的 能 力。在硝酸和大部分有机酸溶液中具有较好的抗腐 蚀能力，但易受盐酸、硫酸及钠、钾、钙氢氧化物的侵 蚀。Cu 是降低该合金耐腐蚀性能的主要合金元素， 使其耐腐蚀性能低于 ZL101 合金的。
技术标准 Si
Fe
其他
杂质总和
Cu
Mg
Al
Zn Mn Ti + Zr Be Sn Pb
S① J②
单个 合计 S
J
GB / T1173 4． 5 ～ 5． 5 1． 0 ～ 1． 5 0． 4 ～ 0． 6 余量 0． 6 1． 0 0． 3 0． 5 0． 15 0． 1 0． 01 0． 05
1． 1 1． 4
1． 5
100
235
177
2
T7
J
Βιβλιοθήκη Baidu200
177
137
2． 5
250
137
118
4
300
98
78
6
4． 5． 5 工艺性能 ZL105 合金的熔炼工艺与常用铸造铝合金的相
同，熔体处理合格后在 700℃ ～ 750℃ 铸造。对熔体 应进行有效的除氢处理，用 C2 Cl6 除氢时，其用量为 炉料质量的 0． 5% ～ 0． 7% 。
ZL105 合金相组成为 α + Si + CuAl2 + Mg2 Si + W
（ Alx Mg5 Cu4 Si4 ） 。固溶处理后，CuAl2 、Mg2 Si 和部分 W 相溶入基体，并在人工时效时呈介稳相（ GPⅠ、GP Ⅱ或 β'、Q'） 析出，起强化作用。合金结晶过程根据 冷却速度不同，可能形成二元共晶（ α + Si、577℃ ） ， 三元共晶（ α + Si + CuAl2 、525℃ ） ，四元共晶（ α + Si + CuAl2 + Mg2 Si、517℃ ） 和五元共晶（ α + Si + CuAl2 + Mg2 Si + W、488℃ ） 。热处理时若过烧，则组织中 可能出现 Si 相 聚 集 长 大、共 晶 复 熔 （ 球 形 或 三 角 形） 、晶 界 熔 化 等 特 征。 合 金 的 杂 质 相 为 β （ Al9 Fe2 Si2 ） 和 Al8 FeMg3 Si6 。 4． 5． 1 化学成分
为 0． 02% ～ 0． 05% ，可以中间合金或盐类形式加入。
表 22 ZL105 合金的标定化学成分（ 质量分数 / % ） Tab． 22 Nominal chemical compositions of ZL105 alloy（ mass fraction / % ）
主要元素
杂质（ 不大于）
separately-cast sample being tested at room temperature
铸造工艺 状态 Rm / （ N·mm － 2 ） Rp0． 2 / （ N·mm － 2 ） A10 / %
S
175
T1
J
195
155
1
165
2
S
265
T5
J
295
175
0． 8
185
2
S
w（ Cu） / % Rm / （ N·mm － 2 ）
1． 2
155 ～ 170
1． 5
160 ～ 175
2． 0
160 ～ 180
2． 5
165 ～ 185
F
A5 / %
HB
1． 5 ～ 3
50 ～ 55
2 ～3
60 ～ 70
0． 8 ～ 1． 5 60 ～ 70
0． 8 ～ 1． 4 90 ～ 70
Key words： casting aluminum alloy； mechanical property； melting and casting process
4． 5 ZL105 合金 ZL105 与 ZL105A 均 为 可 热 处 理 强 化 的 Al-Si-
Cu-Mg 系铸造合金，具有良好的铸造性能和较高的 气密性，属中等热强铝合金，其高温力学性能和可切 削性能均优于 ZL101、ZL104 等 Al-Si-Mg 系铸造合金 的，但随着 Cu 元素的加入，其塑性和耐腐蚀性能降 低。可采用砂型、金属型和熔模铸造铸件，适于铸造 形状比较复杂和承受中等载荷工作温度至 250℃ 的 各种发动机零件和附件零件（ 气缸、机匣、油泵壳体 等） ，它是航空及其他工业部门中广泛应用的铸铝材 料，有 比 ZL101、ZL102 和 ZL104 合 金 更 高 的 耐 热 性能。
R130000h / （ N·mm － 2 ） 35 ～ 40
Rm / （ N·mm － 2 ） 225 ～ 275
35 ～ 45
245 ～ 295
45 ～ 50
245 ～ 315
45 ～ 50
245 ～ 315
T6
A5 / %
HB
1 ～ 2． 3
70 ～ 80
1 ～2
75 ～ 90
0． 5 ～ 1． 5 80 ～ 90
235
T7
J
285
225
0． 5
205
2
表 26 单铸 ZL105 合金试样在不同温度下的
典型力学性能 Tab． 26 Typical mechanical properties of ZL105
alloy separately cast sample being tested at
different temperature
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时的正弹性模量 E = 70 GN / m2 ，切变模量 G = 26． 5 GN / m2 ，泊松比 μ = 0． 33。
表 25 单铸 ZL105 合金试样的典型室温力学性能 Tab． 25 Typical mechanical properties of ZL105 alloy
HB962 4． 5 ～ 5． 5 1． 0 ～ 1． 5 0． 4 ～ 0． 6 余量 0． 6 1． 0 0． 3 0． 5 0． 15 Ti0． 15 0． 01 0． 05 0． 05 0． 15
注： 以最新实行的标准为准； ①S—砂型铸造，②J—金属型铸造，下同。
表 23 Cu 含量对 ZL105 合金力学性能的影响 Tab． 23 Influence of Cu content on mechanical properties of ZL105 alloy