2024年4月11日发(作者：张清雅)
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ＮＯＶ．２０ ７
Ｖ０Ｉ．５６ Ｎ０．１１
造
Ｒ
Ｙ
冒口对Ａ２０ １（０ Ｂ ７５％Ａｇ）铝合金平板铸件
力学性能影响的研究
郭永圣
（建国科技大学机械工程系，台湾彰化）
摘要：系统地改￣Ａ２０１（０．７５％Ａｇ）铝合金平板铸件的长度、厚度及冒口大小，以探讨这些冒口对不同尺，－］－Ａ２０１平板
铸件抗拉强度及微孔隙的影响程度，进而在铸造生产中，可为冒口设计及金属凝固控制提供参考。型砂为１００％硅砂。
试验结果表明，Ａ２０１铝合金平板铸件的力学性能及微孔隙受冒口补充的影响，当微孔隙增加时，会降低铸件的抗拉强
度及伸长率。
关键词：微孑Ｌ隙；Ａ２０１铝合金；力学性能
中图分类号：ＴＧ２９２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００７）ｌｌ一１２ｌｌ一０４
ｌｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｒｉｓｅｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａ２０１
（０．７５％Ａｇ）Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｌａｔｅ Ｃａｓｔｉｎｇ
ＫＵＯ Ｙｅｏｎｇ－ｓａｎｔ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｅｎＫｕｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｈｕａ，Ｔａｉｗａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
０ｆ ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｙ ｃｏｎｔｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ（０．７５％
Ａｇ）ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｓａｎｄ ｍｏｌｄｓ ｗｉｔｈ ｅｎｄ ｃｈＵ１ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｆ １ ＯＯ％
ｓｉｌｉｃａ ｓａｎｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｆｅｅｄｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ
ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ；Ａ２０１ ａＩｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
Ａ２０ １铝合金在铸造铝合金中，具有较佳的抗拉强度
及屈服强度，目前已被广泛用于航天及兵器领域中，但
因其具有１２４￣１２７℃的宽凝固范围【ｌ】，使其铸造性能不如
Ａ３５６、Ａ３５７等铝硅系列合金优良；以往的研究中 ，
多以银含量为１．００％的Ａ２０１铝合金为研究对象。凝固
范围越宽，合金铸造性能越差，而Ａ２０１的银含量越
ＤＣＳ均是影响力学性能的因素，而冒口对铸件的凝固
补充。直接影响到这两个因素【３】，以往的研究【８睹认为，
对窄凝固区间合金而言，只要冒口足够大，即可对铸
件达到补缩效果，但对宽凝固区间合金而言，则并非
如此单纯。
银含量增加与凝固区间加大有关，而微孑Ｌ隙的量
与凝固区间增加有关，同时受冒口补缩影响。但银含
量不同，对冒口补缩铸件有无影响则研究尚少。在
Ａ２０１铝合金标准中，Ａｇ含量为０．４％～１．０％，这是Ａ２０１
价格昂贵的主因，银含量越高价格越贵，而价格的昂
贵，导致未被大量商业化的原因。比较Ａ２０６铝合金，
含银１．００％的Ａ２０１铸锭ｔＬＡ２０６在价格上贵２至３倍。实
高，凝固范围亦越宽，以不含银的Ａ２０６铝合金而言，
其凝固范围仅约８０℃。在含银１．００％的Ａ２０１铝合金冒
口补充的研究中【５】，表明对使用小冒口补充的平板铸
件，抗拉强度及伸长率在长且薄的平板铸件中间部位，
有明显下降现象，同时在相对应的部位，微孑Ｌ隙呈现
增加的趋势；但是在Ａ２０６铝合金的研究中【６】，却未见
到类似现象。此外二者的机械强度也有一段差距。然
而Ａ２０１与Ａ２０６铝合金的差异，仅在于前者含有银，后
者未含银，有研究【７】表明，银含量会影响机械强度，但
未提到冒口补充的影响。在凝固过程中。铸件冷却速
率会影响铸件微孑Ｌ隙。由以往的研究表明，微孑Ｌ隙及
际上，Ａ２０１是否需要高含量的银，或是保持低含量的
银，牺牲小部份机械强度，即可达到设计要求，值得
进一步讨论。本研究中，使用合乎要求（０．７５％Ａｇ）
的Ａ２０１铝合金，进行系统地改变冒口尺寸、平板铸件
长度及厚度，探讨其对力学性能及微孑Ｌ隙的影响。
收稿日期：２００７－０８—１０收到初稿，２００７－０８—２０收到修订稿。
作者简介：郭永圣（１９５２一），男，江苏高邮人，博士，副教授，主要从事有色金属材料及成形工艺研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｋｕｏ＠ｃｔｕ．ｅｄｕ．ｔｗ
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ＮＯＶ．２００７
・
ｌ２ｌ２・ ＦＯＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．５６ ＮＯ．１ １
１ 试验方法
在本研究中变化平板铸件的厚度及长度，并使用
不同尺寸的柱状冒口，对铸件施以热处理后，进行力
中及液体中的重量，本试验中的液体采用高纯度无水
酒精，以期减少试片表面张力造成的试验误差，由测
得的重量经式ｌ换算成密度Ｄ。微孔隙量计算可由式
（２）计算得
学性能测试及微孔隙的测量。
１．１砂型制作
／９－＝ ／【（
式中：
。——
１）／ＤＩ］ （１）
一空气中试片重量
＿、酒精中试片重量
（Ｄ。一Ｄ）／Ｄ。ｘ１００％ （２）
本试验中所使用的平板铸件及浇冒口设计如图ｌ所
示。冒口高度为直径的１．５倍，试验中冒口的直径 ）
有４种尺寸，平板铸件的宽度保持在１４ ｃｍ，厚度（
Ｄ。——无水酒精比重
有２种尺寸，长度（ ）则有３种尺寸，冷铁的材质为低
碳钢。冒口及平板的尺寸组合如表１所示。
本试验中使用的Ａ２０１铝合金由Ａ２０６铝合金一次铸
锭，加入纯度为９９．９９％的纯银粉末而成。当Ａ２０６铝锭
熔化后，将定量银粉加入，配制含０．７５ｗｔ．％Ａｇ的Ａ２０１
铝合金。
造型所使用的型砂为１００％的硅砂，用ＣＯ 硬化法
制作。所有的砂型在７２０＿＋５℃进行浇注。表１中所列每
一
组合，均浇注４型铸件，其中３型铸件进行力学性能
测试，ｌ型铸件进行密度测试及微孔隙量测量。
表１冒口及平板的尺寸组合
Ｔａｂｌｅｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｒｉｓｅｒｓ
注：Ｘ表不铸件被造出。
１．２拉力试样制作
将平板铸件进行Ｔ７热处理，然后由冒口端每隔
２．５ ｃｍ切一试片，３０ ｃｍ长的铸件得ｌ２支试片，２０ ｃｍ的
得８片，１０ ｃｍ得４片，将所有的试片，依照ＡＳＴＭ
Ｂ５５７Ｍ一８４的规格制作。热处理条件系参考ＡＳＴＭ Ｂ５９７
而得。
２丁
图１铸件结构设计
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｆｉｎｇｒａｔｉｏｎ ｏｆｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ
１．３密度试片制作
制作密度试片，主要目的为测量其中空孔
（Ｐｏｒｏｓｉｔｙ）的数量，密度试片切取的位置如图２所示，
而后由冒口至冷端，每２．５ ｃｍ切取一小块，以阿基米
德法（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ’Ｍｅｔｈｏｄ）测试密度。密度的测试，
使用精确到小数点后４位数的电动天平，测量试片空气
式中：Ｄ — ；准密度
密度试样片
匝丑壬臣三
图２密度试片切取的位置
Ｆｉｇ．２ Ｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅｆｏｒｐｏｒｏｓｉｔｙｃｏｎｔｅｎｔ
１．４试片编号
本试验中所测试的试片编号为Ｒ一 型式，Ｒ代表
冒口直径，瞒平板铸件厚度， 为平板铸件长度。例
如３—１—１０试片代表：冒口直径为３ ｃｍ，平板铸件的厚度
是１ ｃｍ，长度是１０ ｃｍ。
２试验结果与讨论
‘ 表２所示为本试验中所配Ａ２０１铝合金成分的分光
仪测试值与标准成分参考，由表中可见本试验中的铝
合金成分合于设计要求。
表２ Ａ２０１铝合金成分的分光仪测试值
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ０ｆ Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｂｙ
ＥＣＷＳ ａｎａｌｙｓｉｓⅣｒ日（％）
元素 Ｓｉ Ｆｅ Ｃｕ Ｍｎ Ｍｇ Ｔｉ Ａｇ
测试含量＜０．０５＜０．１０ ４．８３ ０２．８ ０＿３０ ０２．１ ０．７３
标准含量如．０５如．１０ ４．０￣５．０ ０２．－０３ ０．１８－４）．３５ ０．１５－０．３５ ０．４￣１．００
图３～图５表明平板铸件抗拉强度，此３图中均表明
抗拉强度有从冷铁端向冒口端下降的趋势。一般地，
铸件冷却速度越快，力学性能越佳 ０］。图中亦表明，
使用大冒口（直径６ ｃｍ及８ ｃｍ）的铸件，抗拉强度较
之小冒口的为佳。小冒口（直径３ ｃｍ及４ １３ｍ）与长度
２０ ｃｍ及３０ ｃｍ铸件的组合中，均可明显见到在铸件中
部位，抗拉强度有下降现象，其强度低于冒口端及冷
铁端。
此外，如由ＡＳＭ金属手册对砂型铸件任意位置的
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铸造 郭永圣：冒口对Ａ２０１（Ｏ．７５％Ａｇ）铝合金平板铸件力学性能影响的研究
要求探讨，可发现所测试的平板铸件，有许多位置均 现，若与图３～图５铸件的抗拉强度相比较，两者并非完
超过４００／ＶｌＰａ，尤以冷铁端特别明显。表明本研究银含
量为０．７５％１￣ｃＪ，即使未达最高含量，经过适当设计的铸
全的对应关系。铸件在两端的伸长率较高，原因是冷
铁端受冷铁的影响，铸件凝固较快，有较细的微观组
造方案系统，铸件仍可达到机械强度规格的要求，此
亦表示降低银含量，有助于降低铸件成本，也可减少
铸件因凝固区间太大而产生缺陷的机会。
织，冒口端则是因为冒口的补缩作用较完整。至于抗
拉强度及伸长率在小冒口长铸件中间有较差的现象，
原因是，当铸件自冷铁端开始凝固时，铸件的中间部
位，亦同时自垂直方向冷却，由冒口及冷铁建立的凝
固方向受到破坏，以致小冒口无法建立热梯度，以利
冒日距离／ｌｌｌ『ｌｌ
图３ Ｒ．Ｔ．１０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．３ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆＲ—Ｔ一１０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／ｎｌｎｌ
图４ Ｒ．Ｔ．２０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．４ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆＲ—Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／…Ｉｌ
图５ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．５ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｒ—Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
图６～图８表明为不同浇注组合铸件的伸长率，在图
中可见到同一铸件中，两端的伸长率较大，其中部分
大冒口较长铸件的冒口端伸长率，比冷铁端高，在铸
件中间部位的伸长率则有不同的变化。在图中亦可发
铸件向冒口端凝固，冒口对铸件的补缩不完整。
图９～图１ １由对各组合铸件的微孔隙测量所得，由
图中明显见到铸件的冷铁端微孔隙量较低，在冒口端
则较高，在部分小冒口长铸件中，则见到铸件中间部
图６ Ｒ．Ｔ．１０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．６ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆＲ—Ｔ一１０ ｐｌａｔｅｓ
图７ Ｒ．Ｔ．２０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．７ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ—Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒ｎ距离／ｎｌｎｌ
图８ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．８ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ—Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
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Ｎｏｖ．２ｏｏ７
・ｌ２１４・ ＦＯＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．５６ Ｎｏ．１ １
冒门距离Ｉｍｍ
图９ Ｒ－Ｔ．１ Ｏ板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．９ＰｏｒｏｓｉｔｙｏｆＲ—Ｔ・ｌ０ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／ｍｍ
图ｌ０ Ｒ－Ｔ．２０板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．１ ０ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆＲ－Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离ｈｎｍ
图ｌ ｌ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．１ １ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆＲ－Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
位微孔隙的量高于冷铁端及冒口端。铸件冷铁端的微
孔隙较低的原因，是冷却较快，组织细致所致。冒口
端微孔隙的量较高，是与冷却较慢微观组织较粗大有
关。补缩不良的部分，则会形成较多的微孔隙。微孔
隙形成的原因，与凝固时的各项热参数有关ｆ４】。
在以前的研究中ＢＩ］，曾定义铸件的微孔隙若在
２．０％以下时，铸件可视为一健全性（ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ）的铸
件，在本研究中可发现长度为１０ ｃｍ及２０ ｃｍ铸件，大
部分的位置均符合此项定义，而３０ ｃｍ的铸件则只有大
冒口的铸件符合定义，表明冒口的补缩对微孔隙有一
定程度影响。
３结论
（１）在适当的工艺方案条件下，含银Ｏ．７５％的
Ａ２０ １铝合金板状铸件力学性能可符合设计要求。
（２）大冒口的铸件抗拉强度较小冒口的佳，冒口
端及冷铁端的铸件力学性能较中间部位的佳。
（３）在本试验条件下，长度为１０ ｃｍ和２０ ｃｍ铸件
以及部份３０ ｃｍ铸件微孔隙，均低于２％，可认为是健
全铸件。
参考文献：
［１】ＫＵＯ Ｙ Ｓ，ＷＡＮＧ Ｂ Ｃ，ＬＥＥ Ｙ Ｗ。ＬＩＮ Ｙ Ｌ。ＣＨＡＮＧ Ｅ．Ｔｈｅ
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃａｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａ２０１
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Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｃａｓｔｉｎｇｓ［Ｊ】．Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２７
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Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔ ｔｏ Ｅｖａｌｕａｔｅ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｒｅｍｉｍｕ
Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ（Ａｌ—Ｓｉ・Ｍ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ．ＡＦＳ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃａｓｔ Ｍｅｔａｌｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｌ ９８１（３）：２３—４０．
［１０】ＫＥＡＲＮＥＹ Ａ Ｌ，ＲＡＦＨＮ Ａ ＬＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆＡｌｍｕｉｎｕｍ
Ｃａｓｔｉｎｇｓ Ａｌｌｏｙ Ｘ２０６，０－Ｔ４ ｎａｄ Ｘ２０６．０一Ｔ７ ＶＳ Ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ Ａｌｌｏｙｓ ａｔ
Ｖａｒｉｏｕｓ ＣｏｏｌｉｎｇＲａｔｅｓ［Ｊ］．ＡＦＳ Ｔｒａｎｓ．，１９７７，８５，５５９—５７０．
（编辑：田世江，ｔｓｊ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｔｏｍ）
2024年4月11日发(作者：张清雅)
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ＮＯＶ．２０ ７
Ｖ０Ｉ．５６ Ｎ０．１１
造
Ｒ
Ｙ
冒口对Ａ２０ １（０ Ｂ ７５％Ａｇ）铝合金平板铸件
力学性能影响的研究
郭永圣
（建国科技大学机械工程系，台湾彰化）
摘要：系统地改￣Ａ２０１（０．７５％Ａｇ）铝合金平板铸件的长度、厚度及冒口大小，以探讨这些冒口对不同尺，－］－Ａ２０１平板
铸件抗拉强度及微孔隙的影响程度，进而在铸造生产中，可为冒口设计及金属凝固控制提供参考。型砂为１００％硅砂。
试验结果表明，Ａ２０１铝合金平板铸件的力学性能及微孔隙受冒口补充的影响，当微孔隙增加时，会降低铸件的抗拉强
度及伸长率。
关键词：微孑Ｌ隙；Ａ２０１铝合金；力学性能
中图分类号：ＴＧ２９２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００７）ｌｌ一１２ｌｌ一０４
ｌｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｒｉｓｅｒ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａ２０１
（０．７５％Ａｇ）Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｐｌａｔｅ Ｃａｓｔｉｎｇ
ＫＵＯ Ｙｅｏｎｇ－ｓａｎｔ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｅｎＫｕｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｈｕａ，Ｔａｉｗａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
０ｆ ｔｈｅ ｒｉｓｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｙ ｃｏｎｔｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ（０．７５％
Ａｇ）ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｉＳ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ｔｈｅ ｓａｎｄ ｍｏｌｄｓ ｗｉｔｈ ｅｎｄ ｃｈＵ１ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｏｆ １ ＯＯ％
ｓｉｌｉｃａ ｓａｎｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｆｅｅｄｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ
ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｃａｓｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ；Ａ２０１ ａＩｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
Ａ２０ １铝合金在铸造铝合金中，具有较佳的抗拉强度
及屈服强度，目前已被广泛用于航天及兵器领域中，但
因其具有１２４￣１２７℃的宽凝固范围【ｌ】，使其铸造性能不如
Ａ３５６、Ａ３５７等铝硅系列合金优良；以往的研究中 ，
多以银含量为１．００％的Ａ２０１铝合金为研究对象。凝固
范围越宽，合金铸造性能越差，而Ａ２０１的银含量越
ＤＣＳ均是影响力学性能的因素，而冒口对铸件的凝固
补充。直接影响到这两个因素【３】，以往的研究【８睹认为，
对窄凝固区间合金而言，只要冒口足够大，即可对铸
件达到补缩效果，但对宽凝固区间合金而言，则并非
如此单纯。
银含量增加与凝固区间加大有关，而微孑Ｌ隙的量
与凝固区间增加有关，同时受冒口补缩影响。但银含
量不同，对冒口补缩铸件有无影响则研究尚少。在
Ａ２０１铝合金标准中，Ａｇ含量为０．４％～１．０％，这是Ａ２０１
价格昂贵的主因，银含量越高价格越贵，而价格的昂
贵，导致未被大量商业化的原因。比较Ａ２０６铝合金，
含银１．００％的Ａ２０１铸锭ｔＬＡ２０６在价格上贵２至３倍。实
高，凝固范围亦越宽，以不含银的Ａ２０６铝合金而言，
其凝固范围仅约８０℃。在含银１．００％的Ａ２０１铝合金冒
口补充的研究中【５】，表明对使用小冒口补充的平板铸
件，抗拉强度及伸长率在长且薄的平板铸件中间部位，
有明显下降现象，同时在相对应的部位，微孑Ｌ隙呈现
增加的趋势；但是在Ａ２０６铝合金的研究中【６】，却未见
到类似现象。此外二者的机械强度也有一段差距。然
而Ａ２０１与Ａ２０６铝合金的差异，仅在于前者含有银，后
者未含银，有研究【７】表明，银含量会影响机械强度，但
未提到冒口补充的影响。在凝固过程中。铸件冷却速
率会影响铸件微孑Ｌ隙。由以往的研究表明，微孑Ｌ隙及
际上，Ａ２０１是否需要高含量的银，或是保持低含量的
银，牺牲小部份机械强度，即可达到设计要求，值得
进一步讨论。本研究中，使用合乎要求（０．７５％Ａｇ）
的Ａ２０１铝合金，进行系统地改变冒口尺寸、平板铸件
长度及厚度，探讨其对力学性能及微孑Ｌ隙的影响。
收稿日期：２００７－０８—１０收到初稿，２００７－０８—２０收到修订稿。
作者简介：郭永圣（１９５２一），男，江苏高邮人，博士，副教授，主要从事有色金属材料及成形工艺研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｓｋｕｏ＠ｃｔｕ．ｅｄｕ．ｔｗ
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ＮＯＶ．２００７
・
ｌ２ｌ２・ ＦＯＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．５６ ＮＯ．１ １
１ 试验方法
在本研究中变化平板铸件的厚度及长度，并使用
不同尺寸的柱状冒口，对铸件施以热处理后，进行力
中及液体中的重量，本试验中的液体采用高纯度无水
酒精，以期减少试片表面张力造成的试验误差，由测
得的重量经式ｌ换算成密度Ｄ。微孔隙量计算可由式
（２）计算得
学性能测试及微孔隙的测量。
１．１砂型制作
／９－＝ ／【（
式中：
。——
１）／ＤＩ］ （１）
一空气中试片重量
＿、酒精中试片重量
（Ｄ。一Ｄ）／Ｄ。ｘ１００％ （２）
本试验中所使用的平板铸件及浇冒口设计如图ｌ所
示。冒口高度为直径的１．５倍，试验中冒口的直径 ）
有４种尺寸，平板铸件的宽度保持在１４ ｃｍ，厚度（
Ｄ。——无水酒精比重
有２种尺寸，长度（ ）则有３种尺寸，冷铁的材质为低
碳钢。冒口及平板的尺寸组合如表１所示。
本试验中使用的Ａ２０１铝合金由Ａ２０６铝合金一次铸
锭，加入纯度为９９．９９％的纯银粉末而成。当Ａ２０６铝锭
熔化后，将定量银粉加入，配制含０．７５ｗｔ．％Ａｇ的Ａ２０１
铝合金。
造型所使用的型砂为１００％的硅砂，用ＣＯ 硬化法
制作。所有的砂型在７２０＿＋５℃进行浇注。表１中所列每
一
组合，均浇注４型铸件，其中３型铸件进行力学性能
测试，ｌ型铸件进行密度测试及微孔隙量测量。
表１冒口及平板的尺寸组合
Ｔａｂｌｅｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ ｒｉｓｅｒｓ
注：Ｘ表不铸件被造出。
１．２拉力试样制作
将平板铸件进行Ｔ７热处理，然后由冒口端每隔
２．５ ｃｍ切一试片，３０ ｃｍ长的铸件得ｌ２支试片，２０ ｃｍ的
得８片，１０ ｃｍ得４片，将所有的试片，依照ＡＳＴＭ
Ｂ５５７Ｍ一８４的规格制作。热处理条件系参考ＡＳＴＭ Ｂ５９７
而得。
２丁
图１铸件结构设计
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｆｉｎｇｒａｔｉｏｎ ｏｆｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ
１．３密度试片制作
制作密度试片，主要目的为测量其中空孔
（Ｐｏｒｏｓｉｔｙ）的数量，密度试片切取的位置如图２所示，
而后由冒口至冷端，每２．５ ｃｍ切取一小块，以阿基米
德法（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ’Ｍｅｔｈｏｄ）测试密度。密度的测试，
使用精确到小数点后４位数的电动天平，测量试片空气
式中：Ｄ — ；准密度
密度试样片
匝丑壬臣三
图２密度试片切取的位置
Ｆｉｇ．２ Ｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅｆｏｒｐｏｒｏｓｉｔｙｃｏｎｔｅｎｔ
１．４试片编号
本试验中所测试的试片编号为Ｒ一 型式，Ｒ代表
冒口直径，瞒平板铸件厚度， 为平板铸件长度。例
如３—１—１０试片代表：冒口直径为３ ｃｍ，平板铸件的厚度
是１ ｃｍ，长度是１０ ｃｍ。
２试验结果与讨论
‘ 表２所示为本试验中所配Ａ２０１铝合金成分的分光
仪测试值与标准成分参考，由表中可见本试验中的铝
合金成分合于设计要求。
表２ Ａ２０１铝合金成分的分光仪测试值
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ０ｆ Ａ２０１ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｂｙ
ＥＣＷＳ ａｎａｌｙｓｉｓⅣｒ日（％）
元素 Ｓｉ Ｆｅ Ｃｕ Ｍｎ Ｍｇ Ｔｉ Ａｇ
测试含量＜０．０５＜０．１０ ４．８３ ０２．８ ０＿３０ ０２．１ ０．７３
标准含量如．０５如．１０ ４．０￣５．０ ０２．－０３ ０．１８－４）．３５ ０．１５－０．３５ ０．４￣１．００
图３～图５表明平板铸件抗拉强度，此３图中均表明
抗拉强度有从冷铁端向冒口端下降的趋势。一般地，
铸件冷却速度越快，力学性能越佳 ０］。图中亦表明，
使用大冒口（直径６ ｃｍ及８ ｃｍ）的铸件，抗拉强度较
之小冒口的为佳。小冒口（直径３ ｃｍ及４ １３ｍ）与长度
２０ ｃｍ及３０ ｃｍ铸件的组合中，均可明显见到在铸件中
部位，抗拉强度有下降现象，其强度低于冒口端及冷
铁端。
此外，如由ＡＳＭ金属手册对砂型铸件任意位置的
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铸造 郭永圣：冒口对Ａ２０１（Ｏ．７５％Ａｇ）铝合金平板铸件力学性能影响的研究
要求探讨，可发现所测试的平板铸件，有许多位置均 现，若与图３～图５铸件的抗拉强度相比较，两者并非完
超过４００／ＶｌＰａ，尤以冷铁端特别明显。表明本研究银含
量为０．７５％１￣ｃＪ，即使未达最高含量，经过适当设计的铸
全的对应关系。铸件在两端的伸长率较高，原因是冷
铁端受冷铁的影响，铸件凝固较快，有较细的微观组
造方案系统，铸件仍可达到机械强度规格的要求，此
亦表示降低银含量，有助于降低铸件成本，也可减少
铸件因凝固区间太大而产生缺陷的机会。
织，冒口端则是因为冒口的补缩作用较完整。至于抗
拉强度及伸长率在小冒口长铸件中间有较差的现象，
原因是，当铸件自冷铁端开始凝固时，铸件的中间部
位，亦同时自垂直方向冷却，由冒口及冷铁建立的凝
固方向受到破坏，以致小冒口无法建立热梯度，以利
冒日距离／ｌｌｌ『ｌｌ
图３ Ｒ．Ｔ．１０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．３ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆＲ—Ｔ一１０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／ｎｌｎｌ
图４ Ｒ．Ｔ．２０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．４ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆＲ—Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／…Ｉｌ
图５ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的抗拉强度
Ｆｉｇ．５ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｒ—Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
图６～图８表明为不同浇注组合铸件的伸长率，在图
中可见到同一铸件中，两端的伸长率较大，其中部分
大冒口较长铸件的冒口端伸长率，比冷铁端高，在铸
件中间部位的伸长率则有不同的变化。在图中亦可发
铸件向冒口端凝固，冒口对铸件的补缩不完整。
图９～图１ １由对各组合铸件的微孔隙测量所得，由
图中明显见到铸件的冷铁端微孔隙量较低，在冒口端
则较高，在部分小冒口长铸件中，则见到铸件中间部
图６ Ｒ．Ｔ．１０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．６ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆＲ—Ｔ一１０ ｐｌａｔｅｓ
图７ Ｒ．Ｔ．２０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．７ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ—Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒ｎ距离／ｎｌｎｌ
图８ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的伸长率
Ｆｉｇ．８ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ—Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
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Ｎｏｖ．２ｏｏ７
・ｌ２１４・ ＦＯＵＮＤＲＹ
ＶＯＩ．５６ Ｎｏ．１ １
冒门距离Ｉｍｍ
图９ Ｒ－Ｔ．１ Ｏ板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．９ＰｏｒｏｓｉｔｙｏｆＲ—Ｔ・ｌ０ｐｌａｔｅｓ
冒口距离／ｍｍ
图ｌ０ Ｒ－Ｔ．２０板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．１ ０ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆＲ－Ｔ一２０ ｐｌａｔｅｓ
冒口距离ｈｎｍ
图ｌ ｌ Ｒ．Ｔ．３０板铸件的孔隙率
Ｆｉｇ．１ １ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆＲ－Ｔ一３０ ｐｌａｔｅｓ
位微孔隙的量高于冷铁端及冒口端。铸件冷铁端的微
孔隙较低的原因，是冷却较快，组织细致所致。冒口
端微孔隙的量较高，是与冷却较慢微观组织较粗大有
关。补缩不良的部分，则会形成较多的微孔隙。微孔
隙形成的原因，与凝固时的各项热参数有关ｆ４】。
在以前的研究中ＢＩ］，曾定义铸件的微孔隙若在
２．０％以下时，铸件可视为一健全性（ｓｏｕｎｄｎｅｓｓ）的铸
件，在本研究中可发现长度为１０ ｃｍ及２０ ｃｍ铸件，大
部分的位置均符合此项定义，而３０ ｃｍ的铸件则只有大
冒口的铸件符合定义，表明冒口的补缩对微孔隙有一
定程度影响。
３结论
（１）在适当的工艺方案条件下，含银Ｏ．７５％的
Ａ２０ １铝合金板状铸件力学性能可符合设计要求。
（２）大冒口的铸件抗拉强度较小冒口的佳，冒口
端及冷铁端的铸件力学性能较中间部位的佳。
（３）在本试验条件下，长度为１０ ｃｍ和２０ ｃｍ铸件
以及部份３０ ｃｍ铸件微孔隙，均低于２％，可认为是健
全铸件。
参考文献：
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Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔ ｔｏ Ｅｖａｌｕａｔｅ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｒｅｍｉｍｕ
Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ（Ａｌ—Ｓｉ・Ｍ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ．ＡＦＳ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｃａｓｔ Ｍｅｔａｌｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｌ ９８１（３）：２３—４０．
［１０】ＫＥＡＲＮＥＹ Ａ Ｌ，ＲＡＦＨＮ Ａ ＬＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆＡｌｍｕｉｎｕｍ
Ｃａｓｔｉｎｇｓ Ａｌｌｏｙ Ｘ２０６，０－Ｔ４ ｎａｄ Ｘ２０６．０一Ｔ７ ＶＳ Ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ Ａｌｌｏｙｓ ａｔ
Ｖａｒｉｏｕｓ ＣｏｏｌｉｎｇＲａｔｅｓ［Ｊ］．ＡＦＳ Ｔｒａｎｓ．，１９７７，８５，５５９—５７０．
（编辑：田世江，ｔｓｊ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｔｏｍ）