隨著近幾年ZL20合金(以下簡稱ZL20合金)在航天航空受力結構中的廣泛應用，如何解決因該合金鑄造性能差而產生的一系列問題，成為鑄造技術人員不得不面對的一大課題。本文通過對該合金的鑄造工藝及熱處理過程分析，探討該合金在熔模 鑄造中的應用。
1、ZL20合金的成分性能及特點
ZL20合金是北京材料 院在20世紀70年代研制的一種鋁銅系鑄造鋁合金，是目前強度較高的鑄造鋁合金之一，主要應用于承受高載荷零件，如掛梁、輪毅、框架、導彈舵面及某些氣密性零件。此合金的特點是：成分復雜(合金元素達7種之多)，成分范圍非常窄，雜質含量控制很低，合金溫度間隔寬，流動性差，收縮率大，氣密性差，熱裂傾向大，因此易產生偏析、疏松、夾渣、針孔等鑄造缺陷。
2、大型熔模 鑄件生產工藝
2.1鑄件特點
某錐形鑄件材料為ZL20，外形尺寸為φ200~φ387mm)x520mm，壁厚 厚37.5mm， 薄3.8mm，在外圓方向上均布4根筋條，且4根筋條及兩端均為受力部位，因此要求鑄件具有和良好的結構對稱性，其內部冶金質量要達到HB962-90中II類鑄件要求。
2.2工藝方案
采用硅溶膠熔模 鑄造，組合工藝，采取底注加側注的組合方式，4周為4根立柱加縫隙式澆道，組合完畢后整個模組高度750mm。由于采用重力澆注，所以金屬液會對直澆道底部產生巨大的沖擊，而且流動 不穩定，因此選用了蛇形直澆道。
3生產中存在問題及解決措施
3.1存在問題
(1)偏析：鑄件在薄壁處出現偏析現象。
(2)疏松、裂紋：在4根筋的根部為厚薄不均勻地方，大部分鑄件因此處疏松、裂紋而報廢。(3)夾渣：由于鑄件輪廓尺寸較大( 高到750mm)，雖然采用了蛇形澆道，但鑄件仍產生了大量的夾渣。
(4)針孔：該鑄件在X光透視時發現大面積針孔缺陷，嚴重影響鑄件質量。
(5)力學性能偏低。
3.2解決措施
為了 解決上述缺陷， 先 從原材料嚴格把關，否則，一旦材料中某成分不合理，對鑄件將是致命的影響。其次就是控制好熔煉澆注環節，結合在生產現場長期的摸索和試驗，對該合金的熔煉過程總結如下。
3.2.1控制熔煉澆注的工藝措施
(1)爐前準備：新料(精鋁錠)，中間合金，回爐料(不超過爐料總量的30%)，合金的純凈度是至關重要的一環，嚴格控制雜質含量是合金質量的重要因素。
(2)由于ZL20合金雜質Fe含量要求嚴格，故熔煉使用石墨增鍋。
(3)熔煉與澆注過程控制。
①在預熱的增鍋中加入精鋁錠和回爐料，熔化過程中，應爐料順暢下降，不允許有搭棚現象。②合金熔化后于700~710℃加入A1Cu50A和金屬福，攪拌5一10min。
③升溫至740℃左右加入A1Ti4BA中間合金并攪拌5一10min，再降溫至720~740℃準備精煉。以往工藝的精煉溫度多為700~720℃，由于該合金是Al-Cu系合金，粘度大，精煉溫度低，渣不易上浮，易產生夾渣，因此精煉溫度提高為720~740℃，這樣可以提高精煉效果，降低鑄件夾渣缺陷。
④用約占爐料總量的0.5%}0.8%的CZC1。精煉，精煉劑需用鋁箔紙包成6}8份，用鐘罩分批壓入鋁液中，然后連續均勻攪拌15min。
⑤精煉完畢，靜置1520min，降溫至720~730℃，澆注鏡面斷口試樣，合格后盡快澆注零件。
⑥合金液靜置完的 澆注時間為2h，如超過 時間或鏡面試樣不合格時， 進行二次精煉。⑦將合金液溫度調整至720~730℃進行澆注。以往工藝一般為720℃左右，但對于ZL20合金來說 好的澆注溫度720~730℃，其目的也是便于排渣。
3.2.2缺陷的工藝措施
(1)偏析：偏析分為成分偏析和比重偏析兩種，防止偏析的根本方法是攪拌.且攪拌方式應該是連續攪拌并且澆注，以合金的均勻性。因此，在CzCI。精煉的基礎上增加高純氫旋轉精煉，這樣不僅提高了合金的精煉效果，而且在精煉的同時加強了合金液的攪拌。
(2)疏松：此鑄件在4根筋的根部為厚薄不均勻的地方，此處 易產生疏松，大部分鑄件因此而報廢。原工藝方案是在圖1A處吹風，有 效果，但不理想。后來采用刷水的方式，效果比較明顯，但控制不好易產生氣泡和針孔。 后采用在厚薄交界處加一工藝補貼，使其厚薄相對較均勻，疏松問題得以解決。
(3)夾渣：該鑄件的夾渣嚴重，在原工藝基礎上增加雙層過濾網，然后按前面的熔煉工藝控制，了夾渣缺陷。
(4)針孔：由于ZL20合金粘度大，氫不易上浮，且鑄件厚薄差距大，在厚大部位易產生針孔。采用CzCI。精煉，在澆注過程中，在鑄件厚大部位采用吹風方式，達到同時凝固的目的，針孔得以[fsal經過上述改進措施，投產41件，經X射線檢查后，合格37件，合格率達到90.2%，鑄件的冶金質量 大幅提升。
3.2.3提高力學性能的工藝措施
該鑄件在試制過程中，力學性能一直在合格線附近徘徊，達不到滿意的效果，很難滿足客戶對產品的需求。對此，經過長期實踐摸索，總結出一套提高ZL20合金力學性能的措施。
力學性能檢測包括鑄件本體的力學性能和單鑄試棒的力學性能。提高力學性能的主要途徑有提高鑄造質量及調整熱處理工藝參數兩個方面。ZL20合金的鑄造缺陷主要是偏析、疏松、夾渣、針孔等，這些缺陷均會造成合金力學性能偏低或不合格，針對這些缺陷的改進措施，前面已作了詳細介紹，此處不再贅述。如何從熱處理方面提高合金力學性能， 先對熱處理工藝進行分析，查找原因。
①固溶溫度偏低或保溫時間不足，相不能充分進入。
②淬火時冷卻速度不夠，如零件過高，裝爐時疊在一起，或淬火水溫過高，影響冷卻速度。
③鑄件出爐時進入淬火槽中轉移時間過長。
④人工時效溫度過低或時效保溫時間不夠。
⑤環境溫度過低(<10℃）。
