振動(dòng)壓力下鋁(鎂)合金消失模鑄造組織性能研究.pdf

1、消失模鑄造（Lost Foam Casting, 簡(jiǎn)稱LFC）具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是“21世紀(jì)的鑄造新技術(shù)”及“鑄造中的綠色工程”。近年來，鋁（鎂）合金消失模鑄造技術(shù)得到了快速發(fā)展，顯示出了強(qiáng)大的生命力，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，制約鋁（鎂）合金消失模鑄造技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸有充型能力較差，組織晶粒粗大，針孔、縮孔或疏松等缺陷較嚴(yán)重，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能偏低。本文從研究振動(dòng)場(chǎng)、壓力場(chǎng)對(duì)鋁（鎂）合金消失模鑄造組織和性能的影響入手，以改善鋁

2、（鎂）合金消失模鑄件組織和性能為目的，系統(tǒng)地研究了機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)和壓力場(chǎng)作用下鋁（鎂）合金消失模成形理論及工藝，開發(fā)了振動(dòng)場(chǎng)和壓力場(chǎng)復(fù)合作用下鋁（鎂）合金消失模鑄造新技術(shù)，并通過合金化、熱處理等方法強(qiáng)化鑄件力學(xué)性能，形成了特種消失模鑄造生產(chǎn)高強(qiáng)度鋁（鎂）合金鑄件的新方法，針對(duì)典型零件，確定了最佳工藝參數(shù)。
　　 研究了A356和AZ91D合金消失模鑄造機(jī)械振動(dòng)凝固工藝。研究結(jié)果表明：對(duì)中小復(fù)雜鑄件，澆注溫度在730～760℃時(shí)，采用

3、頻率30～60Hz、振幅0.11～0.45mm、峰值加速度1～4g（g=9.8m/s2）的垂直振動(dòng)，對(duì)其組織細(xì)化、性能改善、流動(dòng)性提高等效果明顯。A356和AZ91D合金消失模鑄造振動(dòng)凝固鑄態(tài)最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到182MPa和165MPa，比普通消失模鑄造的分別提高了25％和22％。但峰值加速度大于4g的強(qiáng)振動(dòng)，容易導(dǎo)致鑄件變形、粘砂、氣孔、夾雜等缺陷，降低了鑄件力學(xué)性能。
　　 通過對(duì)鋁（鎂）合金消失模鑄造振動(dòng)凝固的理論分析，建立

4、了振動(dòng)峰值加速度與真空負(fù)壓之關(guān)系式，表明真空度是保證振動(dòng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。建立了振動(dòng)破碎枝晶的力學(xué)模型，模型表明振動(dòng)峰值加速度越大，枝晶所受應(yīng)力越大，則枝晶更容易被折斷。建立了機(jī)械振動(dòng)影響消失模鑄造鋁（鎂）合金充型能力的數(shù)學(xué)模型，模型表明峰值加速度和振幅增加，合金充型能力增強(qiáng)。
　　 研究了A356和AZ91D合金消失模鑄造壓力凝固工藝。結(jié)果表明：對(duì)中小復(fù)雜鑄件，如果澆注溫度取730～760℃，壓力值大于0.5MPa，加壓速率為

5、0.003～0.03MPa/s，加壓開始于凝固初期（即固相率小于20％），保壓時(shí)間大于10min，則鑄件綜合性能較好。A356和AZ91D合金消失模鑄造壓力凝固鑄態(tài)最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到185MPa和174MPa，比普通消失模鑄造的分別提高了27％和29％。
　　 通過對(duì)鋁（鎂）合金消失模鑄造壓力凝固的理論分析，建立了枝晶間縮松補(bǔ)縮最小外加壓力的數(shù)學(xué)模型，模型表明在凝固時(shí)間較短的凝固初期，所需壓力值較小。建立了消失模鑄造壓力凝固鑄件表

6、面凹陷的數(shù)學(xué)模型，表明凹陷量與鑄件的厚度成正比。鋁合金消失模鑄件針孔主要由析出性氫孔和縮孔合成，在壓力凝固下針孔基本消失。
　　 研究了振動(dòng)-壓力復(fù)合凝固的鋁（鎂）合金消失模鑄造新工藝，成形了小型復(fù)雜薄壁鑄件。研究結(jié)果表明：消失模振動(dòng)-壓力復(fù)合凝固鑄件的澆不足、針孔、縮孔及疏松等缺陷得到改善，組織晶粒得到細(xì)化。通過充型與凝固模擬軟件對(duì)缺陷進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，并改進(jìn)澆注系統(tǒng)和增設(shè)冒口加以有效防范，達(dá)到了改善鑄件綜合性能的目的，驗(yàn)證了消失

7、模鑄造振動(dòng)壓力復(fù)合凝固工藝的可行性。
　　 研究了振動(dòng)-壓力復(fù)合凝固的鋁（鎂）合金消失模鑄件的熱處理工藝。結(jié)果表明：A356鋁合金消失模振動(dòng)壓力凝固鑄件T4抗拉強(qiáng)度達(dá)到272MPa，斷后伸長(zhǎng)率6.5％。0.6％Mg改性的A356合金消失模振動(dòng)壓力凝固鑄件T6抗拉強(qiáng)度301MPa，斷后伸長(zhǎng)率2.6％。0.5％Y改性的AZ91D鎂合金消失模振動(dòng)壓力凝固試樣T4和T6抗拉強(qiáng)度分別為236MPa和252MPa，斷后伸長(zhǎng)率分別為5.1％和

8、2.1％。
　　 研究了鋁（鎂）合金消失模振動(dòng)凝固組織半固態(tài)等溫?zé)崽幚怼＝Y(jié)果表明：A356鋁合金在580℃保溫60min，AZ91D+0.5％Y改性鎂合金在570℃保溫60min，α晶粒顯著球化，其尺寸和圓度達(dá)到半固態(tài)組織要求。當(dāng)消失模鑄造A356鋁合金采用550℃保溫時(shí)間2～6h，以及消失模鑄造AZ91D+0.5％Y改性鎂合金采用430℃保溫10～16h的近半固態(tài)熱處理后，其抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到261MPa和232MPa。

9、　　 研究了0.3％富Ce稀土對(duì)消失模鑄造A356鋁合金的影響。研究結(jié)果表明：稀土RE能夠有效的變質(zhì)細(xì)化共晶硅，減少鑄件針孔，提高鑄件力學(xué)性能。通過對(duì)0.6％Mg和0.3％Y改性A356鋁合金消失模振動(dòng)壓力凝固組織性能的研究。結(jié)果表明：改性合金中的顆粒相Al3Y對(duì)基體起釘扎作用，阻礙了變形時(shí)位錯(cuò)的通過，起強(qiáng)化作用，使改性A356鋁合金鑄態(tài)和T6性能顯著提高，抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到171MPa和308MPa。研究了0.5％Y和0.9％Gd改性