铝(镁)合金消失模铸造振动凝固组织及性能研究

摘要

铝(镁)合金因密度小、比强度高、导热性好等一系列优点在汽车、航空航天领域得到广泛应用。而消失模铸造，由于其成形过程中自然的气体保护、精确成形、清洁生产等优势，成为适合于铝（镁）合金成形的新方法。但铝（镁）合金消失模铸件组织晶粒粗大、组织缩松和气孔比较严重，铸件的力学性能较低等，成为限制铝、镁合金消失模铸造发展应用的主要技术障碍。
　　 本文提出了采用振动凝固、振动压力复合技术，从细化铝（镁）合金组织晶粒，增强组织致密性，来解决铝（镁）合金消失模铸件力学性能的不足问题。再结合热处理工艺，形成消失模铸造生产高强度铝（镁）合金铸件的新方法。试验研究了机械振动对ZL101 铝合金消失模铸件凝固组织和力学性能的影响。结果表明：浇注温度在750℃左右时，铸件组织均匀，缩孔和缩松较少，力学性能较好，是合适的浇注温度；合金经过机械振动后，组织明显细化；垂直振动之后的试样晶粒尺寸最小，针孔率明显降低；不同厚度的铸件的振动凝固试验结果表明，试样越厚，振动效果越明显；随着振动频率的增加，试样晶粒细化，抗拉强度和延伸率逐渐增大，然后趋缓。试验研究了机械振动对AZ91D 镁合金消失模铸件的组织和力学性能的影响。结果表明：机械振动后的镁合金组织为α-Mg 初生相作为基底，Mg17Al12 共晶组织呈不连续形式充填其间，晶粒较细小，并且机械振动可以有效的提高AZ91D 镁合金消失模铸件的力学性能。对振动压力场作用下的ZL101铝合金消失模铸造组织及性能进行了初步研究，结果表明，振动压力场下铝合金晶粒明显细化，共晶硅在基体中的分布均匀且碎小，整个铸件组织由细小等轴晶粒组成。试验选用结构较为复杂的单缸缸盖、泵体和托轮零件进行了铝、镁合金消失模振动压力复合作用浇注实验，结果表明：振动压力场对消失模铸造工艺具有较强的充型能力，可以消除普通铸造下浇注铝（镁）合金常出现的浇不足、冷隔、针孔、性能偏低等缺陷，获得外观轮廓良好的铸件。试验测试研究了T5、T6热处理工艺对ZL101消失模铸件组织及力学性能的影响，并探索了半固态等温热处理对ZL101消失模铸件应用的可行性。结果表明：T5、T6热处理后，共晶硅相由长针状变成圆钝的棒状或颗粒状，α相被共晶硅包围，晶界处不断的析出α-Si共晶体。合金经过半固态等温热处理后，能得到晶粒近似完整的球状晶组织，力学性能提高。580℃保温40min时，硬度为94.2HBS，抗拉强度为239.2MPa。保温时间过长，晶粒粗大，晶界液相增多，气孔聚集长大，试样变形，导致铸件报废。580℃保温40min，ZL101消失模铸件力学性能较佳。