ZM6材料铸件性能评估及改进措施

时间：2024-05-20

焦广发（哈尔滨艾维欧东安航空传动有限公司,哈尔滨　150066）

ZM6材料铸件性能评估及改进措施

焦广发
（哈尔滨艾维欧东安航空传动有限公司,哈尔滨150066）

摘要：某型机主减速器的机匣材料欲采用国产的ZM6材料，为了验证ZM6材料是否满足设计使用要求，在铸件及单铸试样上进行了一系列的试验，试验结果显示当前的材料性能无法满足要求，因此铸造厂对铸造工艺采取一些改进措施，效果良好。

关键词：镁合金；性能；改进措施

1　概述

某型直升机主减速器的机匣材料欲采用国产的ZM6材料，考虑到主减速器的功率加大、寿命延长等因素，需要对现有的ZM6材料进行材料评估验证。试验包括射线检查、荧光检查和机械性能等相关试验。用于材料评估试验的铸件试样（ZM6）包括两个报废的机匣铸件（件11-E-070因铸造裂纹报废，件09-L-059因加工原因报废，不影响切取试样）和51个单铸试棒（与规范GB1177的要求略有不同，仅是直棒）。

2　射线检查

由于铸件表面较粗糙，按图1所示在铸件相应位置切取试样，并对切取的试样进行射线检查。在铸件11-E-070的法兰边上切取了10个试样，规定的铸件等级（按ASTME155）为B级，有4个切取试样铸件等级为C或D级，其余符合图样要求，而铸件本身在相同位置有2处为C-D级，其余符合图样要求；在内、外壁上切取了5个试样，规定的铸件等级为C级，切取试样铸件等级均符合图样要求，而铸件本身在相同位置有4处铸件等级为C-D级。

在铸件09-L-059的法兰边上切取了8个试样，规定的铸件等级为B级，切取试样和铸件本身的铸件等级均符合图样要求；在内、外壁上切取了10个试样，规定的铸件等级为C级，有3个切取试样的铸件等级为C-D级，铸件本身在相同位置也有3处的铸件等级为C-D级，其余均符合图样要求。单铸试棒共计18个试样，铸件等级符合B级要求。

3　荧光渗透检查及机械性能试验

在进行机械性能试验之前，需要对图1所示的所有试样进行荧光渗透检查。拉伸试验在具有Nadcap资质的实验室按ASTME8和ASTME21进行。试样包括所有等级为B的单铸试样，等级为B、C和C-D的切取试样，单铸试样分别在室温和90℃两种温度下进行试验，而切取试样都在室温下进行试验。

按规范GB1177的规定，T6状态的ZM6材料（单铸试样）在室温下的最小拉伸强度为230MPa，最小屈服强度为135MPa,延伸率不低于3%，在90℃时的最小拉伸强度为205MPa（在250℃时最小拉伸强度为145MPa，通过线性插补计算出90℃时为205MPa）。按照铸件图样规定，T6状态的ZM6材料（铸件）在室温下的拉伸强度不低于186MPa，对屈服强度和延伸率没有具体要求。

取了8件单铸试棒在室温24℃下进行拉伸试验，其中4件单铸试棒拉伸强度和屈服强度均小于规范要求，其余4件符合要求，延伸率均符合要求，拉伸强度的平均值为229.1MPa，标准偏差σ为10，屈服强度的平均值为119.9MPa，标准偏差σ为5.1，延伸率的平均值为3%，标准偏差σ为1.8；同样又取了8个单铸试棒在90℃下进行拉伸试验，所有单铸试棒拉伸强度均小于200MPa，不符合要求，由于90℃下的屈服强度和延伸率没有参考值，因此只是记录了屈服强度的试验结果在91MPa到111MPa之间，延伸率的试验结果均大于18.2%，拉伸强度的平均值为193MPa，标准偏差σ为4.1，屈服强度的平均值为103MPa，标准偏差σ为7.2，延伸率的平均值为22.9%，标准偏差σ为3.6。

在铸件11-E-070上共计切取了15个试样（10个法兰处，5个内、外壁），其中5件试样在室温25℃下的拉伸强度小于规范要求，而屈服强度的试验结果在99MPa到125MPa之间，延伸率的试验结果在2.4% 到8.5%之间；在铸件09-E-059上共计切取了18个试样（8个取于法兰处，其中一个试样因加工时断裂无法试验，10个取于内、外壁），其中2件试样在室温25℃下的拉伸强度小于规范要求，而屈服强度的试验结果在100MPa到128MPa之间，延伸率的试验结果在3.7%到8.4%之间。两件铸件所有试样拉伸强度的平均值为201MPa，标准偏差σ为22，屈服强度的平均值为112MPa，标准偏差σ为8，延伸率的平均值为6.4%，标准偏差σ为1.6；

通过拉伸试验结果可以看出对于单铸试样，75%的试样拉伸强度结果小于规范中的最小值，100%的屈服强度结果小于最小值，延伸率均满足要求。通过切取试样的拉伸试验具体数据可以拟合出拉伸强度的平均值与延伸率符合函数y=10.529x+133.57，为了保证设计95%的置信度要求，根据试验结果计算出来的拉伸强度和屈服强度设计值较低，在25℃时，拉伸强度设计值为114MPa，屈服强度设计值为88MPa，延伸率为2%，在90℃时，拉伸强度设计值为96MPa，屈服强度设计值为76MPa，延伸率为5%，无法满足设计要求。