铝(镁)合金消失模铸造压力凝固试验研究

摘要

随着航空航天、电子等行业的仪器装备和汽车等交通工具的零部件“轻量化”、“精密化”的要求，铝（镁）合金消失模铸造工艺逐渐获得了更多采用。但铝（镁）合金消失模铸件易产生气孔、缩松等缺陷，降低了铸件的致密度，恶化了铸件的机械性能，制约了铝（镁）合金消失模铸造的进一步发展。由于采用压力凝固，可以减少气孔和缩松，提高铸件致密度和力学性能。故将压力凝固与铝（镁）合金消失模铸造结合起来，可以有效提高消失模铸件性能。
　　 本文研制成功了消失模铸造压力凝固试验装置。使用该装置，进行了单因素压力凝固试验，测试研究了不同压力对铝（镁）合金消失模铸件孔隙率、密度、硬度、抗拉强度、延伸率和微观组织的影响。选择优化的压力参数，测试研究了不同的加压速率对铸件组织和力学性能的影响，找到了较优的加压速率。进一步研究了压力凝固工艺条件下，铸件厚度对组织性能的影响。最后选择优化的压力凝固工艺参数，试生产了三个结构差异较大的零件，探索了铝（镁）合金消失模铸造压力凝固在工业生产中应用的可行性。研究结果表明：随着施加气压力的增加，铸件的显微组织细化，致密度和力学性能逐步提高，孔隙率显著降低，当外加压力达到0.5MPa时，ZL101铝合金消失模铸件的针孔基本消失；压力继续提高，铸件力学性能提高趋缓；压力一定，加压速率为0.003MPa/s～0.03MPa/s时，ZL101铝合金消失模铸件性能较好；压力凝固降低了铸件组织性能对厚度的敏感性；将消失模铸造压力凝固应用于铝合金消失模铸件生产中，可提高铸件成形能力、致密度和力学性能。将压力凝固应用于AZ91D镁合金消失模铸件生产，由于镁合金结晶潜热小，凝固区间大，与ZL101铝合金相比，流动性降低，充型能力差；熔炼浇注过程中极易氧化，铸件局部易产生疏松、浇不足等缺陷。本文对铝（镁）合金消失模铸造压力凝固进行了较系统的试验研究，为其实际应用奠定了初步基础，但压力凝固作用机理的数学模型还需要进一步完善，压力凝固试验设备的机械化程度和试验参数实时检测还有待改进，镁合金消失模铸造压力凝固工艺参数还需进一步细化研究。