机械振动对铝合金消失模铸造充型及凝固的影响研究

【摘要】：消失模铸造被广泛赞誉为二十一世纪的铸造技术，是目前最具有发展前途的铸造方法之一，因其具有铸件外形尺寸准确、生产过程洁净等优点具有广泛的应用前景。但因其浇注温度比传统铸造方法高很多，加之铝合金液易氧化吸气，且由于干砂蓄热系数低、铸型冷却速度慢，导致铝合金消失模铸件出现组织晶粒粗大、缩松和气孔比较严重、铸件力学性能低等缺陷，严重限制了铝合金消失模铸造的发展。因此，本文以ADC12和ZL108铝合金为研究对象，在其充型和凝固过程中施加机械振动，研究了不同振动频率、振幅对ADC12和ZL108铝合金组织和性能的影响，试图寻找到一种提高铝合金铸件强度的新方法。 本文研究了ADC12和ZL108铝合金的流动性、缩孔缩松、晶粒大小及力学性能随振动频率、振幅的变化规律。实验结果表明：当浇注温度为700℃时，施加振幅为0.04mm的垂直方向振动，振动频率在100HZ时ADC12铝合金流动性最好，当施加振动频率50HZ垂直振动时，振幅控制在0.24mm时ADC12铝合金流动性最好。当逐步增加振动频率或振幅时，ADC12铝合金液补缩能力提高，试样缩孔、缩松明显减少。此外，伴随着振动频率或振幅的逐渐增大，晶粒逐渐变得更细小，其形态也愈加圆整，铸件的抗拉强度逐渐提高。但当铸件的抗拉强度增加到一定值以后，随着振动频率或振幅继续增强，抗拉强度反而会下降。 在本文中对机械振动影响金属液充型能力、补缩以及晶粒细化的机理进行了分析。研究表明：通过施加垂直方向的振动场，当振动的频率或振幅太大超过一定值后，导致流体紊流度和流动的附加阻力增大，反而降低了金属液的流动能力，并且强振会使铸件缩孔缩松倾向增大，反而降低了铸件强度。研究了机械振动破碎枝晶的力学模型，研究表明随着振动峰值加速度的逐渐增大，枝晶更易被折断，晶粒会逐渐变得更加细小。