高强铸造Al-Si合金流变压铸成形工艺研究

摘要

Al-Si合金因其优良的铸造性能、低热膨胀系数、高比强度等优点，被广泛应用于汽车制造、航空航天、军工等领域。但Al-Si合金传统铸造易产生组织粗大，铸件内部孔洞等缺陷，使其很难通过传统铸造生产高使用性能的铸件。半固态成形技术可以控制这些传统铸造缺陷，是一种近净成形的加工方法。本文以ZL114A铝合金为研究对象，系统的研究了该合金流变成形中的半固态浆料制备和压铸成形的工艺及变化规律。 本试验使用EMS-05SM型可控温电磁搅拌炉进行半固态浆料制备，研究了浇注温度，电磁搅拌时间和电磁搅拌功率三个电磁搅拌工艺参数对ZL114A铝合金半固态浆料组织及其径向均匀性的影响。结果表明：随着浇注温度降低，半固态浆料组织初生晶粒平均等效直径一直增大，平均形状因子先增大后小幅减小；随着电磁搅拌时间增加，平均等效直径先减小后趋于平缓，形状因子先增大后趋于平缓；随着电磁搅拌功率增加，平均等效直径减小，形状因子先增大后趋于平缓。在浇注温度608℃时，电磁搅拌时间40s和电磁搅拌功率4kW，及坩埚径向0.5R取样位置处，ZL114A铝合金半固态浆料质量最佳，均匀性最好，所得半固态浆料组织初生晶粒平均等效直径为74μm，形状因子为0.46，变异系数分别为1.02%和0.83%。 本文通过对电磁搅拌和未电磁搅拌两种条件下制备的ZL114A铝合金半固态浆料进行流变压铸，研究了浇注温度和压射速度两个压铸工艺参数和电磁搅拌对流变压铸件微观组织、孔洞缺陷和力学性能的影响，以及孔洞缺陷和拉伸性能的内在联系。结果表明：浇注温度和电磁搅拌对流变压铸件微观组织影响很小，但压射速度影响显著。增大压射速度可以细化圆整流变压铸件组织；电磁搅拌能显著改善初生晶粒的形状因子。浇注温度或压射速度相同时，随着孔洞尺寸级别的增加，流变压铸件内部孔洞数量和孔洞形状因子均减小；浇注温度减小或者压射速度增大，流变压铸件孔隙率先减后增，最大孔比率（铸件内部最大孔洞形状因子与平均等效直径的比值）先增后减。电磁搅拌能有效减小大尺寸孔洞和改善孔洞形状因子，并且对流变压铸件力学性能有着不同程度的改善。在浇注温度608℃和压射速度V3下，流变压铸件力学性能最佳，密度达2.67g·cm-3，抗拉强度为 274MPa，延伸率为 4.85%，布氏硬度达93HB。最大孔比率和孔隙率对流 变压铸件拉伸性能影响显著，以最大孔比率影响为主，孔隙率次之；流变压铸件拉伸性能随着最大孔比率增大而呈线性增加。

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