真空差压铸造工艺的凝固补缩特性与模型

对不同保压压力下真空差压铸造试样致密度进行分析,探讨真空差压铸造工艺的凝固补缩特性,建立凝固补缩过程的数学模型。结果表明：真空差压铸造工艺的凝固补缩速度和补缩能力主要取决于结晶凝固时保压压力的大小;对于晶间同一部位来说,保压压力越大,补缩速度和补缩能力越强,组织越致密;对于晶间不同部位来说,致密度成V形变化趋势,且随着保压压力的逐渐增大,致密度越来越均匀。     

压力对真空差压铸造ZL205A合金致密度的影响

通过对不同凝固压力下真空差压铸造ZL205A试样的致密度进行测试与分析,研究了不同凝固压力对真空差压铸造Al-Cu合金致密度的影响。结果表明,在真空差压单级加压工艺下,随着凝固压力增大,不同壁厚试样的致密度均增大。试样从近浇口端向顶端,致密度成V形变化趋势。而且随着凝固压力的增加,V形变化趋势逐渐平稳。分级加压凝固的试样致密度高于单级加压凝固压力试样致密度,在同一凝固压力下,壁厚越大,致密度越高。     

电磁场对真空差压铸造ZL205A合金补缩特性研究

采用交变磁场辅助真空差压铸造技术制备了ZL205A合金试样,通过表征合金试样致密度,分析凝固压力、交变磁场及交变磁场-真空差压协同场对ZL205A合金凝固补缩行为的影响。结果表明,相同交变磁场作用下,试样的致密度随凝固压力增大而增大;而在相同的凝固压力下,试样的致密度随交变磁感应强度增加而先增大后减小;交变磁场-真空差压协同场对金属液的搅拌、振荡和挤渗作用,改变了铸件的凝固补缩行为,细化晶粒,提高铸件的致密度。当励磁电流强度为10A,凝固压力为350kPa时,交变磁场与真空差压的协同作用效果最好。     

石膏型铸造铝合金真空增压凝固和真空自由凝固组织及力学性能

对比研究了真空增压凝固和真空自由凝固条件下ZL105A铝合金石膏型铸造凝固组织及其力学性能。结果表明,外加凝固压力不会影响实验合金凝固组织的相组成,但是能够细化α(A1)晶粒,使得二次相析出形态和分布更加均匀,并能够提高实验合金的补缩能力,减少缩松缺陷,增加组织致密度;同时,加压凝固可以提高石膏型铸造试验合金的抗拉强度和屈服强度,但对塑性的影响不明显。相同凝固条件下试验合金的拉伸强度和屈服强度随试棒尺寸增加呈下降趋势,而塑性略呈上升趋势。在真空增压凝固条件下,试验合金室温力学性能的尺寸效应显著增强。     

凝固压差对真空差压铸造ZL114A合金微观组织及高温蠕变性能的影响

采用真空差压铸造技术在不同凝固压差下制备ZL114A合金试样,通过金相、扫描电镜、高温蠕变性能测试等技术考察凝固压差对真空差压铸造ZL114A合金初生相组织、共晶硅形貌和高温蠕变性能的影响。结果表明:随着凝固压差的增大,合金的初生相组织得到明显细化,由粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶,共晶硅形貌也由粗大的针状向短棒或颗粒状转变;同时ZL114A合金的高温蠕变性能得到显著改善;当凝固压差为90 kPa时,其蠕变时间达到100 h后合金试样仍未见断裂,此时试样的变形量仅为0.21%。     

施振温度对超声振动-真空差压协同作用铝合金微观组织及力学性能的影响

通过金相、扫描电镜、力学性能测试等技术考察了施振温度对超声振动-真空差压协同作用铝合金初生相组织、共晶硅形貌及力学性能的影响。结果表明,施振温度对超声振动-真空差压协同作用铝合金的微观组织和力学性能影响显著。适当升高超声施振温度,初生相组织得到明显细化,最佳超声施振温度为720℃,合金初生相由部分树枝晶或蔷薇状晶变成细小的等轴晶,共晶硅形貌也发生了由粗大的针片状向纤维状的转变;同时合金的抗拉强度和延伸率达到最大值,分别为326.96 MPa和5.57%,较超声重力铸造铝合金抗拉强度和延伸率分别提高14.49%和22.15%,较真空差压铸造铝合金抗拉强度和延伸率分别提高6.33%和8.16%。     

智能控制真空差压铸造铝合金铸件组织和性能的研究

通过对智能控制真空差压铸造和重力铸造铝合金铸件组织和性能的比较,研究了新型的反重力铸造法-智能控制的真空差压铸造铝合金铸件的组织和性能。结果表明,智能控制的真空差压铸造工艺结晶形核和凝固补缩条件良好,铸件的晶粒细小,组织均匀致密,力学性能得到很大提高。     

交变磁场协同分级加压铸造对ZL205A合金致密度的影响

通过在真空差压分级加压工艺中施加交变磁场铸造ZL205A合金试样,并表征试样的致密度,研究了协同场对ZL205A合金试样致密度的影响。结果表明,当磁感应强度低于20mT时,随着协同场作用增强,大大提高了ZL205A合金的致密度;当磁感应强度高于20mT时,随分级加压压力增大,ZL205A合金试样致密度降低;不同协同场作用下,试样的致密度沿浇注方向先减小后增大。当磁感应强度为20mT,分级加压压差为130kPa时,ZL205A合金试样的致密度达到最大值0.989 2,比交变磁场一级加压铸造试样的致密度提高了0.38%。     

熔体温度处理工艺对A319合金组织和性能的影响

研究了熔体温度处理工艺对A319合金凝固组织的影响,通过对冷却速度和混合熔体停留时间的考察,发现不同的冷却速度对经过和不经过熔体温度处理的凝固组织初生枝晶尺寸作用不大,但对凝固组织中的晶间化合物相的析出有很大影响。研究结果表明,熔体温度处理工艺有利于抑制晶间化合物的析出,促进组织的均匀性,随着混合熔体停留时间的延长,试样的拉伸性能表现出由低到高,再由高到低的变化规律,从原子团族的角度分析了熔体温度处理工艺对凝固组织的作用机制。     

真空差压铸造薄壁铸件的研究进展

大量的薄壁铸件广泛应用于航空航天和国防领域,而真空差压铸造因具有良好的充型和凝固条件,被用于生产高质量的复杂薄壁铸件。目前真空差压铸造薄壁件引起了国内外研究者的广泛关注,为此对真空差压铸造控制系统、薄壁铸件充型以及凝固等方面的研究进展作了介绍,详述了真空差压铸造分级变压控制系统、薄壁铸件充型流态模型、凝固组织与补缩能力,并就目前该研究中存在的问题及今后的发展方向提出了建议。     

超声功率-凝固压力协同作用对真空差压铸造铝合金二次枝晶间距的影响

通过测试与分析不同超声功率与凝固压力下真空差压铸造ZL114A铝合金的二次枝晶间距,研究超声功率与凝固压力协同作用对真空差压铸造铝合金二次枝晶间距的影响,建立真空差压铸造ZL114A铝合金二次枝晶间距与超声功率及凝固压力的关系。结果表明:在超声功率和凝固压力协同作用下,超声效应与凝固压力挤渗效应共同影响真空差压铸造铝合金二次枝晶间距;在超声功率600 W与凝固压力350 kPa协同作用下,真空差压铸造铝合金二次枝晶间距最小;当凝固压力小于300 kPa时,超声功率对铝合金二次枝晶间距影响较大;当凝固压力大于300 kPa时,凝固压力对真空差压铸造ZL114A铝合金二次枝晶间距影响较大。     

机械振动对消失模铸造镁合金组织及力学性能的影响

研究机械振动对消失模铸造AZ91合金微观组织和力学性能的影响,并分析凝固过程中机械振动细化晶粒的机制。结果表明:机械振动能显著地细化消失模铸造AZ91合金的组织,合金组织由α-Mg固溶体、沉淀Mg17Al12和新相Al13Mn12组成,其铝锰相有别于不施加振动时的Al32Mn25相;机械振动较大幅度改善了合金的力学性能,当激振力为1.5kN时,AZ91合金抗拉强度相对于不振动时提高27%,其合金力学性能最优;而当激振力进一步增加时,由于组织中存在着微观缩松,强度有所降低。机械振动法通过增大过冷度、剪切力碎化枝晶和使枝晶臂熔断来细化晶粒。     

挤压铸造比压对A357合金组织及性能的影响

采用挤压铸造试验模具,研究了挤压铸造工艺对A357合金组织及力学性能的影响.研究表明,当挤压比达到50 MPa时,可有效消除铸件铸造缺陷;达到90 MPa时,A357合金铸件密度显著提高.当挤压比压达到150MPa时,α晶显著细化,二次枝晶间距也明显缩短,合金综合力学性能显著提高,在该工艺条件下,A357合金铸态性能可达到:Rm≥266 MPa,A≥7.5％,HB≥88;经T6处理后性能可达到:Rm≥373MPa,A≥10.5％,HB≥121.本项目研究结果可为我国开展汽车底盘安保铝合金铸件研制提供借鉴.     

铸件模数Mc对A357合金二次枝晶臂间距及致密度的影响

研究试样直径和铸件模数Mc与铸件二次枝晶臂间(SDAS)的关系，通过测试A357合金不同凝固条件下铸件不同部位的SDAS，得出砂型铸造凝固条件下SDAS与铸件模数M之间的关系式。研究了铸件模数等对铸件致密度的影响，确定了获得高致密度铸件的合理的凝固条件。     

铝合金传动箱体铸造缺陷分析及工艺优化

针对ZL101A铝合金传动箱体铸件因微观孔洞缺陷造成油道漏油问题,借助X射线探伤和SEM缺陷形貌观察,发现微观孔洞类缺陷为微观缩松和气孔缺陷两类,且以微观缩松缺陷为主。运用XRF光谱、MAGMA工艺仿真等手段分析发现,缩松形成的主要原因是凝固补缩不足,而气孔主要是合金液中的气体与氧化铝夹杂物相互作用引起的。根据缺陷分析结果,将重力铸造改为差压铸造,并在铸件发生缺陷的油道部位增设一处内浇道,同时降低浇注温度。另外,熔炼ZL101A合金液时,添加Al-5Ti-1B中间合金进行细化处理。结果表明,铸件组织致密,微观孔洞基本消除,满足ASTM E155Ⅱ级要求。     

冷却速率对A357合金凝固组织的影响

以不同冷却速率铸造A357合金试样,用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析其凝固组织.通过不同冷却速率下的DTA试验研究了A357合金的凝固行为;采用DSC试验研究了不同冷却速率所得试样中相的变化;测定了这些试样的微观硬度.结果表明,随着冷却速率的提高,A357合金的宏观晶粒尺寸和二次枝晶臂间距减小,共晶Si相的形态更加细小,且分布愈加弥散;合金液相线温度和二元共晶的反应温度降低,三元或四元共晶反应被抑制,合金凝固组织中Mg2Si相的析出受到抑制,微观硬度明显提高.     

电弧熔炼态NiAl-V合金的组织演变与力学性能

采用真空电弧熔炼制备了Ni-34Al-32V(at.%)及Ni-28.5Al-43V(at.%)成分的合金。对于真空电弧熔炼纽扣锭不同位置处微观组织及力学性能进行了研究。利用光学显微镜（OM）,X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM） 分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态, 结果表明,32V合金的凝固组织由NiAl初生枝晶及NiAl+V片层共晶组成;43V合金的凝固组织由V初生枝晶与NiAl+V片层共晶共同组成。同时对合金进行了力学性能测试,高温压缩强度与室温断裂韧性较NiAl合金均有很大提高,表明V的加入可提高NiAl合金的室温断裂韧性与高温强度。     

熔体温度处理对Al-19%Si合金组织和性能的影响

研究了熔体温度处理和热处理对Al-19%Si合金组织和性能的影响.实验结果发现,熔体温度处理可大大细化Al-19%Si合金的组织,明显提高其力学性能.熔体温度处理后,Al-19%Si合金的初生硅尺寸从80～100 μm被细化到20 μm以下,合金的抗拉强度从177 MPa提高到235 MPa.热处理能明显改善熔体温度处理后Al-19%Si合金的组织,大大提高其力学性能.热处理后,Al-19%Si合金组织中的初生硅棱角明显钝化,共晶硅明显球化,化合物相数量减少、尺寸减小.熔体温度处理与热处理相结合,可使Al-19%Si合金抗拉强度达到333 MPa.     

凝固压力对A357合金凝固组织及含Fe相的影响

研究了不同凝固压力作用下A357合金的反重力铸造凝固过程,分析了凝固压力和冷却速率对合金凝固组织二次枝晶间距λ2和含Fe相的影响.结果表明,由试样中心到边缘,随着冷却速率的增加,λ2减小,合金微观组织α-Al枝晶细化;凝固压力从1.55 kPa增加到30.90 kPa时,λ2减小,同时,冷却速率愈大,α-Al枝晶细化愈明显.增大凝固压力也使合金组织中含Fe相由针状转变为骨骼状.     

车用空调压缩机A390合金斜盘的挤压铸造

根据车用空调压缩机A390铝合金斜盘材质、力学性能要求及形状结构特点,设计了带局部加压补缩的间接挤压铸造工艺方案。采用整体比压为100MPa,延时2.8s后对斜盘中心厚大部位实施180MPa的局部加压且保持压力6s的间接挤压铸造工艺,能有效消除过共晶铝合金斜盘铸件内部缩孔、缩松缺陷,所获得铸件内部组织致密,尺寸精度高,初生Si分布均匀细小,平均尺寸为25μm左右,铸件表面层无明显贫Si区缺陷,且加压补缩过程自动控制,加压启动时间、保压时间参数可调,适合批量生产要求。