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真空對觸變壓鑄鑄件力學(xué)性能的影響

本文作者:東方壓鑄機床 發(fā)布日期:2012-05-15

  前 言

  在常規(guī)壓鑄工藝中,采用真空輔助工藝來提高鑄件的力學(xué)性能一直是廣大研究人員和生產(chǎn)部門感興趣的課題。有關(guān)這方面的報道很多[1~4]。真空的應(yīng)用已被證明能減少鑄件的氣孔缺陷。其鑄件內(nèi)的氣孔尺寸較小且在鑄件斷面上的分布較均勻。與常規(guī)壓鑄不同,半固態(tài)金屬的粘度高、流動特性不同,所以半固態(tài)金屬壓鑄過程中真空對壓鑄件性能的影響如何,澆注系統(tǒng)對真空影響有什么作用等是本文研究的重點。

  1 試驗過程

  1.1 試驗設(shè)備

  布勒(Buhler)壓射控制壓鑄機(H-250 SC);阿爾發(fā)(Alpha 1)單線圈感應(yīng)加熱體;Foudarex真空系統(tǒng)。

  1.2 試驗材料

  經(jīng)碎晶處理的鋁合金(A356)。

  1.3 試驗工藝

  (1) 采用扇形單澆道和分支澆道兩種不同的澆注系統(tǒng)壓型進(jìn)行試驗,試件壁厚為5 mm。

  (2) 將鋁合金錠加熱至半固態(tài)(60%固體),置于壓鑄機的壓室內(nèi),壓射成型。

  (3) 切取試樣進(jìn)行抗拉強度試驗、伸長率試驗、微觀組織分析。

  2 結(jié)果與分析

  2.1 真空對金屬流動的影響

  常規(guī)的真空壓鑄中,必須加工特殊的真空插管。插管的作用是使金屬在流入真空閥系統(tǒng)之前固化金屬,避免細(xì)小的鋁金屬顆粒聚結(jié)在過濾器上。這些顆粒一旦進(jìn)入真空罐,會造成真空泵的機械損壞。通常該插管置于閥和型腔之間(見圖1)。這種曲線真空管設(shè)計的目的,是為了避免上述的兩個情況。

  2.3.1 扇形單澆道

  靠近表面區(qū)的微觀組織圖片如圖3、圖4所示,表明在有無真空輔助工藝的情況下,鑄件晶粒大小相差不大;在真空下,鑄件微觀組織中單位面積上近球狀晶粒數(shù)較無真空情況少,同時鑄件上的氣孔也少。這一點說明真空有助于減少鑄件的氣孔含量,但在觸變鑄造中表現(xiàn)不明顯。

  2.3.2 分支澆道

  靠近表面區(qū)的微觀組織圖片如圖5、圖6所示,顯示無論是真空輔助還是無真空輔助,在鑄件試樣中存在較高的氣孔量,且單位面積上近球狀晶粒數(shù)量較少。這說明真空輔助工藝在分支澆道系統(tǒng)中對降低鑄件的卷氣量影響不大,即微觀照片上鑄件表面內(nèi)的氣孔含量總量幾乎一致。

  比較圖3與圖5(或圖4和圖6),我們還可以看出在扇形單澆道中制備的鑄件,其微觀組織比由分支澆道制備的鑄件細(xì)致、晶粒尺寸略小,氣孔數(shù)量明顯減少。

  3 結(jié) 論

  在常規(guī)壓鑄中,采用真空輔助工藝金屬易于流入型腔,特別是充填薄壁和形狀復(fù)雜的部位,鑄件缺陷(如澆不足等)少,但通常需加工一個費用高、形狀復(fù)雜的曲線真空管系統(tǒng)來固化更多的液體金屬。

  半固態(tài)金屬的粘度太高,真空對半固態(tài)金屬壓鑄工藝的影響不會產(chǎn)生明顯的金屬材料被吸附現(xiàn)象,因而只需加工直線真空管連接在模具上,就可以使金屬在到達(dá)真空系統(tǒng)之前固化。

  在半固態(tài)金屬真空輔助觸變鑄造中,扇形單澆道系統(tǒng)使抗拉強度和伸長率分別提高約14%和15%;分支澆道系統(tǒng)提高抗拉強度約4%,伸長率幾乎不變。

  從兩種橫澆道系統(tǒng)(扇形單澆道和分支澆道)研究結(jié)果可看出:金屬能很快達(dá)到閥體的位置,并在真空和無真空兩種工藝情況下呈現(xiàn)相同結(jié)果。同時,在扇形單澆道和分支澆道的兩種橫澆道系統(tǒng)中,充填金屬均能到相同的鑄件部位,且鑄件鑄態(tài)表面品質(zhì)在有無真空的條件下變化不大。這些充分說明在觸變鑄造時,有無真空輔助以及不同橫澆道系統(tǒng)對金屬的充型能力影響不大。

  2.2 力學(xué)性能

  表1顯示的結(jié)果說明了真空對兩種不同澆注系統(tǒng)(扇形單澆道、分支澆道)情況下鑄件力學(xué)性能的影響。

m/s
 
真空
輔助
澆道流速
伸長率
極限抗拉強度*(平均值)
試樣
數(shù)量
%
MPa

扇形單澆
道系統(tǒng)

9.55
9.55
4.07
4.68
207.9
237.4
4
6
分支澆道
系統(tǒng)

11.72
11.72
1.73
1.61
196.14
204.56
4
6

  表中的試驗數(shù)據(jù)顯示兩方面的結(jié)論。

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