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铝(镁)合金消失模铸造振动凝固组织及性能研究

潘迪  
【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。因此,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。


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