真空浇注条件下镁合金石膏型压力凝固的研究

　　铸造技术真空浇注条件下镁合金石膏型压力凝固的研究赵丕峰，白聿钦（河南理工大学，河南焦作454000）镁合金拉伸性能的关系。结果表明，高真空度和高浇注温度条件下，可使镁合金液在石膏型中获得很好的充型。铸件凝固过程中，凝固压力越高，操作时间愈矩，得到的铸件组织越致密，拉伸性能愈高。

　　目前，在航空航天、汽车、电子、兵器、通讯与计算机等行业广泛使用大型薄壁铸件。这类铸件外形与内腔均复杂，并且尺寸精度和表面质量要求高，基本上都由铝合金精铸、压铸制作而成，其铸造难点在于如何提高铸件的尺寸精度及降低表面粗糙度。镁合金除了具有低密度、高的比强度和比刚度及减震性能外，还有优良的铸造性和加工性，特别适于制造复杂薄壁铸件。

　　但镁合金铸件主要由压铸和砂铸来制造，曾有采用镁合金石膏型熔模铸造简单铸件的报道。因镁合金极易氧化燃烧，且凝固速度快，加上石膏型透气性差，故镁合金石膏型熔模铸造工艺复杂、成品率低、生产成本高。采用镁合金石膏型制造较大的复杂薄壁壳体铸件还未见报道。本文采用石膏型熔模真空浇注压力凝固工艺，研究探索石膏型铸造镁合金复杂薄壁铸件的可行性。

　　1.1实验材料8，滑石粉24.5，石英粉16.4耐火土5.4添加剂7.5，水50~ 1.2影响铸件质量的工艺因素在石膏型真空浇注及压力凝固条件下，影响镁合金铸件充型能力和力学性能的因素为：型腔内的真空度、浇注温度、铸型温度、凝固压力及操作时间。根据生产现场允许条件，上述因素的取值范围见表1.表1工艺因素取值范围真空度Pz/MPa浇注温度Tj/°C铸型温度Tx/°C凝固压力P/MPa操作时间t，。/S 1.3实验工艺流程1.4检测用螺旋法测定镁合金在石膏型中的流动性，用万能拉伸机检测铸件的力学性能。

　　2分析与讨论1994究和试验工/作AeadeJalEleetroniePublishing2真空1度、、浇注温（度及铸型温度对镁合金流动性的实验工艺流程在不同真空度、浇注温度和铸型温度条件下，用螺旋法浇注试样，测其长度，作出螺旋长度与真空度、浇注温度和铸型温度的关系曲线，见。由看出，在同一浇注温度下，真空度愈高，螺旋长度值愈大。当真空度>0.06MPa时，螺旋长度随浇注温度提高而迅速长。且真空度愈高，长速度愈大。当真空度<0.06MPa时，螺旋长度随浇注温度提高长变慢，提高到某一浇注温度，试样的螺旋长度达到大值，在此之后，再提高浇注温度，试样的螺旋长度反而下降。

　　由图还看出，真空度愈低，螺旋长度大值对应的浇注温度和大值也愈低。如真空度为0.04MPa，浇注温度从660C上升到700C时，螺旋长度随浇注温度提高缓慢上升，大约在700C时，螺旋长度为大值678mm，浇注温度为720C时螺旋长度为646mm.真空度为0.02MPa浇注温度从660C上升到680C时，螺旋长度缓慢上升，大约在680C时，螺旋长度为大值633mm，浇注温度从680C上升到720C时，螺旋长度降至为614mm.分析上述情况的原因，作者认为，在镁合金石膏型铸造条件下，其充型能力受到浇注温度、真空度、铸型材料及温度诸因素的影响。因镁合金结晶间隔宽及结晶潜热小，合金液充型过程中形成骨架的能力强，凝固速度快，故镁合金成型能力差。石膏导热能力差，选作铸型可降低合金液的凝固速度，提高合金的充型能力。在铸型材料和铸型温度真空度、浇注温度和铸型温度对镁合金充型性能的影响金的流动性影响极大。在低真空度下，提高浇注温度，会使铸型型腔内的残余气体体积膨胀大，提高镁合金液前端的气体反压，阻止合金流动；其次，浇注温度高，加速镁合金液的氧化，使合金液前部氧化夹杂多，流动性下降。所以，从图看到，当真空度低时，浇注温度高，镁合金的充型性反而低；真空度愈低，浇注温度愈高，合金的充型性愈差。在高真空情况下型腔内的气体量大大减少，一方面降低了合金液充型过程中遇到的气体反压力；另一方面，减轻了镁合金液的氧化，降低了镁合金液前端的固相分数，使其凝固速度减慢，延长合金液的保持时间。由于高真空情况下镁合金液不易氧化，此时提高浇注温度，可充分加合金液的流动性。浇注温度愈高，合金液流动性愈强。所以高真空度条件下提高浇注温度可较大幅度地强镁合金液的充型能力。

　　综上所述，真空度为0.06 ~0.08MPa，浇注温度750K铸型温度300~350°C，可使镁合金液在石膏一定的情遍，型型腔内的真和浇注温度厉微中获得很充型物缸http://www.cnki.net 2.2凝固压力、操作时间对镁合金拉伸性能的影响是凝固压力、操作时间与镁合金抗拉强度、屈服强度和伸长率的关系曲线。由图看出，在凝固过程中施加压力，可使镁合金铸件抗拉强度、屈服强度和伸长率提高，压力大，铸件的这几项力学性能指标随之升高，压力是影响铸件质量的重要因素。同时由图可知，操作时间也是一个不可忽略的关键因素。在同一压力情况下，操作时间越短，得到的镁合金铸件的力学性能越高，反之越低。

　　从进一步看出，铸件质量受到凝固压力和操作时间的交互作用的影响。当操作时间<25s，凝固压力>0.4MPa的条件下，镁合金铸件的抗拉强度、屈服强度和伸长率呈显著地上升。但当操作时间t=35s时，压力的作用明显减弱。在操作时间t>45s后，大压力对镁合金铸件抗拉强度、屈服强度和伸长率的提高几乎没有作用。

　　经过对上述现象的研究，其原因为：（1）凝固压力的存在阻止铸件缩松的形成，加强了补缩作用。根据考虑压力的缩松形成判据：度、冷却速度和压力；Kc*判据数。

　　可知，在压力下凝固可阻止缩松的形成，得到较致密的合金组织，进而使铸件的拉伸性能提高。并随着压力的提高，凝固过程中形成的固相骨架遭压缩破碎，使骨架间隙变小甚至消失，同时使处于液固两相区中的金属液进入这些固相骨架间隙内进行补缩。压力越高，得到的铸件组织越致密，其拉伸性能就越高。

　　缩短操作时间，延长压力有效作用时间，铸件组织致密，其力学性能就高。

　　在加压凝固过程中，需要抽真空、浇注、卸真空、建压一系列的操作。设这类操作所占的时间为操作时间在给定铸件结构尺寸条件下，镁合金石膏性铸造的凝固时间是一常数，压力有效作用时间为ty由（1）式可知，在同一压力作用下，操作时间t越短，压力有效作用时间ty越长。当金属液充型完毕后，铸件处于液相、固液两相和固相状态，此时可认为铸件为宾汉体。其屈服应力为在保压状态下其流变方程为：*相当于保压压力；n*合金液的粘度；Tl合金液相线温度；T合金实际温度并为时间的减函数。

　　当操作时间t短时，合金实际温度T *值下降少，铸件中液相体积分数大，固相体积分数小，处于液固相的铸件屈服应力T小，此时外加压力作用于液固两相体上，易迫使固相骨架变形破碎形成更小的间隙，同时金属液被压入间隙中进行补缩的有效时间长，得到的组织就致密。操作时间愈短，外加压力作用的有效时间I长铸件'组织愈细其拉伸性能愈高。如果操作时间长，金属液与铸型进行热交换，致使合金实际温度T *降低多，金属液中固相分数大，由（2）式可知，液固相的屈服应力T大。进而由（3）式可知，反映铸件补缩变形的流变速率Y减小，压缩变形阻力大。此时铸件中的固相分数大，外加压力作用时，铸件变形阻力大，固相骨架不易变形破碎，金属液补缩效果降低。当操作时间t达到一定值时，T=T7=0.此时铸件凝固，再大压力对铸件补缩变形不起作用。

　　25s时，随着压力大，铸件的抗拉强度、屈服强度和伸长率长很快；当操作时间035s时，虽然加压力，但铸件的各项拉伸指标长不大；当操作时间*>45s时，压力的加对铸件的拉伸性能的提高几乎不起作用。因此，要得到致密细晶组织，除提高压力外，关键是应尽可能地缩短操作时间。本文建议，操作时间控制在25s以内，压力取0.7~0.8MPa. 750K铸型温度300~350°C，可使镁合金液在石膏型中获得很好的充型。

　　采用真空浇注，可解决镁合金浇注过程中的氧化及石膏型透气性差而引起憋气产生的浇不足问题。

　　压力越高，操作时间愈短，压力有效作用时间愈长，得到的铸件组织越致密，其拉伸性能愈高。本文认为，凝固压力取0.7~0.8MPa，操作时间控制在25s以内为好。