可控气压下镁合金消失模铸造充型凝固特征的基础研究

【摘要】：镁合金密度小,比强度、比刚度高,减振性、导热性、电磁屏蔽和抗辐射能力强,易切屑加工,易回收,资源丰富等一系列优点,是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料,被喻为21 世纪的绿色工程材料,在汽车、电子电器、航空航天等领域具有重要的价值和广阔的应用前景。本研究针对复杂薄壁镁合金铸件的特点,将真空压差铸造和消失模铸造技术集成,力求解决镁合金成形过程中的氧化燃烧和充型能力不足的问题,开发了一种设备简单、生产效率高、铸件质量好的精确成形的新工艺,具有较高的学术价值和广阔的应用前景。 本研究揭示了可控气压下镁合金消失模铸造的工艺原理及其设备的设计原则,研制了适用于镁合金的可控气压下消失模铸造的首台实验样机,开创了一种非常适合于镁合金液态成形的可控气压下消失模铸造新方法,与压铸相比,它具有投资少、生产成本低、适应范围广、铸件可热处理等优点; 与砂型铸造相比,具有尺寸精度高、表面质量好、充型能力强、补缩效果好等优点,使金属液的充型速度由重力消失模铸造的50 mm/s 提高到80～150mm/s,能够满足壁厚3mm 甚至更薄的复杂镁合金铸件的生产。 通过对可控气压下镁合金消失模铸造工艺的系统研究,基本掌握了充气流量、真空度、涂层厚度、浇注温度、泡沫密度、浇注系统最小阻流面积等工艺参数对镁合金充型能力的影响规律,得出了影响镁合金流动性的非线性数学模型: L_1=-5.107+2.736Q~(1.6)+55.645T~(0.01)-1.4322δ~(3.64)-1.9685ρ~(1.69) 为进一步制定工艺规范奠定技术基础,运用优化的工艺参数,成功地浇注出了壁厚3mm 的汽车排气管等薄壁复杂镁合金零件。 本文采用电极接触测试法和摄影法对可控气压下消失模铸造镁合金的流动性、充填形态、充型速度变化规律进行了系统的研究,基本掌握了可控气压下消失模铸造镁合金的流动性、流动前沿形貌、充型速度及其变化规律,建立了低真空度条件下液态镁合金拱形推进的物理模型。