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《上海交通大学》 2009年
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镁合金陶瓷型精密铸造工艺及组织性能研究

陈广森  
【摘要】: 本文采用SiO2陶瓷型,利用重力铸造和低压铸造方法制造了中、小型的镁合金模具。研究了不同工艺下陶瓷型的强度和表面质量;研究了浇注温度及压力对于镁合金成形性的影响规律;分析了陶瓷型精密铸造镁合金的微观组织及室温力学性能;分析了界面反应及其产物;通过热力学计算得出了镁合金与SiO2的反应起始温度。主要成果如下: (一)开发的镁合金陶瓷型铸造的工艺为:母模处理—涂刷硅橡胶—抽真空—灌石膏—硅橡胶/石膏模起模—配水解液—配陶瓷浆料—灌浆—起模—喷烧—焙烧—制作砂型—合金冶炼—浇注—开箱—检验。 (二)研究成果表明:耐火材料的粒度、粉液比、起模时间等因素都会影响陶瓷型的强度及表面质量。通过正交试验得出:耐火材料的最佳配比为:40-50目:30%,100-140目:10%,270-320目:60%;最佳的粉液比为:3.2:1。而起模时间根据制件的大小而定:小件的为5分钟左右,而大型的为20分钟左右。为了防止SiO2在870℃发生相变而引起较大的裂纹,因此焙烧温度定位850℃,温升速度为3℃/min,保温一小时,以消除其中有机物,防止其与镁合金的反应。 (三)对于较小铸件采用陶瓷型铸造时,宜采用重力铸造顶注式浇注系统;而对于中大型铸件,重力铸造成形困难,会产生缺肉、冷隔等缺陷,则宜采用低压铸造,压力为0.07Mpa。镁合金陶瓷型精密铸造能获得高的尺寸精度和表面光洁度:重力和低压铸件尺寸表面可分别达到1.89μm和1.94μm。 (四)陶瓷型铸造NZK30合金(Mg-3Nd-0.3Zn-0.5Zr),铸件组织的平均晶粒尺寸:62-66μm ,平均抗拉强度155MPa左右。力学性能主要由其晶粒尺寸决定,晶粒尺寸主要由冷却速度决定。陶瓷型铸造冷却速度缓慢,因此晶粒较为粗大,力学性能较低,重力浇注和低压浇注差别不大;金相组织由α-Mg基体以及Mg_(12)Nd相组成;断裂方式为脆性的解理断裂。 (五)在无保护措施的情况下,镁会和SiO_2在700℃左右发生反应生成Mg_2Si和MgO,其反应方程式为: 2 Mg + SiO_2 =Si+2MgO 2Mg + Si=Mg_2Si。改进措施有:降低浇注温度到730℃左右,从热力学上减缓反应进行;在砂型中添加硫粉,硫粉遇到高温合金液时生成SO2,消耗掉型腔内的氧气,并和镁生成MgS保护膜;同时添加硼酸,通过硼酐在高温下溶解MgO形成3MgO·B_2O_3釉质膜发挥作用。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG292

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【引证文献】
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【参考文献】
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