论文摘要
在装备制造业领域,减轻零部件重量以节约材料和减少运行中的能量消耗是人们长期追求的目标,也是现代先进制造技术发展的趋势之一。轻量化可以通过采用轻金属来实现,也可以采用更高强度材料来实现,具有超高强度的铝合金零部件综合了轻量化发展的两个方向。本文根据与北京有色研究院合作的项目,采用Al-Zn-Mg-Cu系LC4超高强度铝合金在挤压铸造工艺下成形,研究了合金元素含量、挤压铸造工艺参数、热处理工艺等因素对铸件显微组织及力学性能的影响。通过合金化学成分优化、合金液变质处理等措施,确定实验用合金的化学成分（wt%）:Zn:6,Mg:2.2～2.5,Cu:1.4～1.6,Mn:0.2～0.3,Cr:0.15～0.20,Ti:0.05～0.10。合金在此化学成分范围内经T6（475℃×6h+120℃×20h）处理后（常压金属型铸造）力学性能可以达到:Rm=520～540MPa、Rp0.2=495～510MPa、A=2.0～3.5%。重点研究了挤压比压对铸件显微组织及力学性能的影响,其取值超过30MPa时,能有效减少缩松等铸造缺陷,当比压超过90MPa时,除了能减轻铸造缺陷外,还对液态金属的凝固状态产生影响,引起铸件组织改变,实现了对铸件的强韧化。通过试验确定最佳挤压比压为110MPa,根据计算铸件凝固时间结果得出保压时间最短为40s。挤压铸造可以明显改善铸件的宏观组织,挤压后铸件的组织较为致密,基本上消除了常压铸造条件下铸件较严重的缩孔、缩松、气孔等缺陷。挤压铸造也使铸件的比重偏析和显微偏析有所改善,压力使铸件成分分布更加均匀,锌、镁和铜的偏析比都有所下降。挤压铸造还可以明显改善铸件的显微组织,挤压后铸件的显微组织由原来粗大的初生α晶变为细小的等轴晶组织,二次分枝间距（DAS）及晶粒尺寸明显减小。在挤压铸造条件下,同一铸件不同位置的力学性能存在一定差异,沿高度方向上部和下部较中部的力学性能好,沿直径方向从外到内力学性能依次降低。利用正交试验法对挤压铸件热处理工艺进行优化,采用综合评分法对试验结果进行分析,得出最佳热处理制度为:475℃×10h+130℃×16h。挤压铸件经最佳热处理制度处理后,典型力学性能为:Rm=560～580MPa、Rp0.2=465～485MPa、A=8.0～10%。