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1、 本科毕业论文设计题 目 ZL205A铸造铝合金的热处理和组织学 院 材料科学与工程专 业 材料物理 年 级 2021级学 号 222021319012029姓 名 指 导 教 师 成 绩 2021 年 5 月 6 日ZL205A铸造铝合金的热处理和组织摘 要：金属合金材料如今在生活，科研，航空等已经得到了越来越多的重视。其所表达出来的高性能有着巨大的优势，其成分使其具有高强度，轻质化，塑性好等优点。具有很高的经济价值和利用价值。本文主要对ZL205A铝合金进行了一定的工艺处理，包括砂型铸造成型，热处理。获得样品后进行打磨，再观察其组织特征以及测量其力学性能。在整个实验过程中，掌握了砂型铸造的
2、流程，观察其组织。对热处理有了更深的认识，通过分析得到实验数据，从中可以看出通过热处理，能够获得优良的物理性能和更好的组织成份，提高产品的力学性能。关键词：ZL205A；铝合金；铸造；热处理；组织The Heat Treatment and Microstructure of ZL205A Cast Aluminum AlloyAbstract: The metal alloy is playing a more and important role in normal life, research and aviation .It has a huge advantage for with
3、the good performance and complete components so that it has high strength, plastic and so on. It has a high economic value. This paper will do some research about process on zl205a. Through the sand casting and heat treatment on the ZL205A aluminum alloy, we got the test sample to watch the features
4、. During the whole experiment, we learned the procedure of the sand casting and had a better understanding of the heat treatment, and analyzing the data, we can find that we can get better physical performance and organizational components and improve the mechanical properties by heat treatment.Key
5、words: ZL205A; Aluminum alloy; casting; heat treatment; organization目 录摘 要：1一、概 述21.2本文的研究目地与内容2二、ZL205A的简介32.1 ZL205A的开展背景32.2 ZL205A合金的化学成分4三、 ZL205A铸造铝合金的制备工艺43.1 ZL205A铸造铝合金43.2 ZL205A铸造铝合金的热处理工艺8四、实验结果及分析164.1 金属型试样实验结果164.2 砂型试样实验结果18五、实验结论205.1 实验结论205.2 ZL205A铝合金的热处理效果215.3 ZL205A铝合金的开展现状21参
6、考文献22一、概 述随着人类物质文明开展和社会进步，材料成为科学技术开展的根底，其开展推动科学技术的开展，如今生活中处处离不开材料，各种高性能的材料越来越多的出现在我们的身边，为我们带来了各种各样的便利，没有符合各种要求的金属材料，近代文明的出现和开展根本是不可能的。金属材料作为材料的一个重要分支，通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料三类。每种材料都有着不同的工艺性能和使用性能，如金属的塑造性能、切割性能、焊接性能、力学、化学、物理性能等等，在不同的环境下或者使用条件的不同，都能使金属的性能表现出差异性。作为一种有色金属，ZL205A铝合金是一种新型的合金材料，有着优良的性能。随着社会对材
7、料的越来越重视，特别是性能优越的材料，慢慢表达出其优势。高强度铸造合金是材料领域内有着优良性能的材料分支，与其他金属材料相比，具有强度高，加强对该合金的研究与应用，可以拓展合金的使用范围，满足人类在很多特殊领域，尖端科技满上的要求。对我国的工业有着很深的影响。1.2本文的研究目地与内容由于ZL205A铝合金具有很好的力学性能，因此，通过实验并且对该合金进行观察和测试具有很积极的作用，它能使我们能更充分的，更全面的，更客观的了解和掌握ZL205A铝合金的组织成分，以及经过砂型铸造和热处理工艺处理后的物理力学性能的改变。着重学习热处理的工艺过程和特点。在整个实验过程中，全面、正确的掌握砂型铸造和热
8、处理的工艺的设计以及亲手参与所有步骤的操作。在试样的制备，显微组织的观察，力学性能的测试结果，表现出了工艺对合金的带来的影响和性能改善。通过实验深入了解铸造和热处理的工艺原理，清楚在生产过程中可能带来的缺陷和缺乏，当然也知道其优点。ZL205A合金具有的优良的性能使其具有很好的开展前景，了解其在航空等领域内的开展状况和使用。了解铸造工艺和热处理工艺的原理和过程，了解其的开展前景。二、ZL205A的简介2.1 ZL205A的开展背景伴随着世界各国的航空开展，以及世界各国对能源需求的日益扩大，高性能的材料对于各国来说已经变得越来越重要，高硬度，高强度，质量轻等性能变得越来越受重视。特别是在航空、航
9、天产品，减轻飞机、零部件等产品的重量是性能提升的关键因素。其中常用的材料有：锂、铝、镁和钛合金等。由于铝的资源丰富，并且加上高强铝合金的一些优良特点如：很高的强度、加工性能好及焊接性能良好等特点，其在航空、航天及其民用领域，铝合金都得到了广泛的应用，其中铸造铝合金在航空领域中使用较多，主要作为结构材料使用。20世纪60至70年代，为了能得到力学性能优良的合金锻件，同时具有较好的抗应力腐蚀性能的合金，北京航空材料研究院成功研制出了ZL205A高强铸造铝合金。其抗拉强度是最高的，并且具有良好的塑性，高硬度，抗腐蚀性能以及优良的机械加工性能。该合金具有三种使用状态1：T5状态，T6状态，T7状态。T
10、5状态下综合力学性能最好，也具有很高的强度。T6状态下强度最高。T7状态下抗应力腐蚀性能最好，强度也很高。该合金的铸造工艺性能较差，使用的铸造方式受到了很大限制，所以实验中主要使用的还是砂型铸造。铸造的过程中，该合金容易产生铸造缺陷，如：空洞，裂纹等等。通过热处理，该合金的性能能够得到很大的提升，包括物理性能和力学性能，其使用范围也得到大大的扩大。同国内外相比，该合金处于领先的水平，目前该合金已进入批量生产，其工艺较成熟，具有高强度、高刚度以及优良的综合性能。其主要应用于航空，汽车，飞机等方面，具有很高的经济价值2。2.2 ZL205A合金的化学成分 ZI205A合金的化学成分复杂，Cu和Al
11、为主要成分，Cu含量为4.55.3 ，除此之外，还有Ti, Mn, Cd, Zr, B, V,等元素，还有微量的Fe , Si , Mg和其他的杂质元素。Cu是合金中的根本强化元素，对合金影响非常大，其在Al中能很快扩散。并且随着Cu的含量的增加，能够提升合金的强度，但不同含量的Cu在固溶处理中也有不同的影响，其含量越多，越容易出现过烧的现象。而Mn在合金中与Al和Cu形成Al 2Mn2Cu相，阻碍位错运动和弥散质点析出并且提高合金的强度。Ti, Cd, Zr, B, V等元素能细化晶粒，提高合金的强度和力学性能。而Fe, Si, Mg杂质元素的含量要控制在一定的范围内，因为该杂质能降低合金的
12、强度和伸长率，Si和Mg能形成三元共晶相，降低合金力学性能。主要化学成分的含量如下表3：ZL205A合金的化学成分(%)元素CuMnZrBVTiCdFeSiMg含量4.65.30.30.50.050.20.0050.060.050.30.150.350.150.250.150.060.05三、 ZL205A铸造铝合金的制备工艺3.1 ZL205A铸造铝合金 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到一定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程，是制备金属铸件的主要方法之一。可分为：砂型铸造和特种铸造。特种铸造又可以分为：金属型铸造，熔模铸造，压力铸造，离心铸造，连续铸
13、造。本实验中ZL205A使用的是砂型铸造和金属型铸造。砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法，砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成，砂型铸造工艺简单，本钱较少，不仅适合对于单一的零件的生产而且满足大量的批量的生产，它是铸造中最主要的生产方式之一。砂型铸造的生产过程包括技术准备、生产准备和工艺过程3个过程技术准备1浇注位置和分型面的选择。浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置，确定浇注位置以保证铸件的质量，同时简化造型和工艺。2确定主要工艺参数。3浇注系统的设计。本实验的浇注系统设计如图4： 如下图，本实验中的浇注体统主要包括了浇注口，竖直的浇道，横浇道和型腔。其中浇注口应当适宜，竖直浇道的位
14、置应该尽量在中间。横浇道如图，应该呈缓慢上升，其与型腔的连接处应当呈开放式的接口。生产准备：设计模样，制备型砂。生产中所使用的沙按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。本实验中采用的是粘土湿砂型。另外实验还需准备砂箱，坩埚，手套。工艺过程：如图铸型模型铸件合箱浇注零件型砂型芯型芯盒1造型和制芯。 制造砂型的过程为造型,本实验中分上箱和下箱，先将下箱，梯形砂型和底板组合好后，用沙进行填满，填的过程中用木棍进行压实，填好后再将上箱放在下箱上，再进行填沙，直到填好。制成的砂型要具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏。 制造砂芯的过程叫
15、做制芯。本实验采用的砂芯如图： 造型和制芯都可以分为手工造型和机械造型。本实验中采用的是手工造型，即手工完成向砂箱填砂和紧实型砂、起模及合箱等根本操作。手工造型的最大的优点是操作灵活，实验中造型是由几个人一起完成的，由于手工造型对工艺装备要求简单，因此准备的时间并不多，同时上手很快，几乎在很段的时间内，就可以完成造型的工作。 2合箱 合箱是把砂型和砂芯按要求组合在一起成为完整铸型的过程，是砂型铸造中非常重要的环节。本实验采用的沙箱如图，砂箱的四周有很多的小孔，主要用于在上，下箱合箱的时候提升砂子的吸附力。确保合箱的过程中砂型不会出现破损。 3熔铸将合金放入熔炉中，升温到700，带合金熔成液体后，保温。 4浇注 浇注是向铸型中充填液态金属的过程。为了获得合格的铸件，需要根据合金的种类、铸件的结构和铸型的特点空竹浇注的温度和浇注的
