本文關鍵詞：鎂合金調(diào)壓鑄造充型能力的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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鑄造技術 FOUNDR Y TEC HNOLO GY

Vol. 26 No . 10 Oct . 2005

Abstract :A s an advanced casting technique , adjusted p ressure casting have t he advantages of

higher filling capacit y and bet ter feeding capacit y , which is expected to play an important role o n t he manufact uring of large2 capacit y of adjusted p ressure casting is t he best amo ng t he investigated casting met hods. Key words :Adjusted p ressure casting ; Magnesium alloys ; Filling capacit y scale co mplicated t hin2walled co mpo nent s of magnesium alloys. The filling capacit y of adjusted p ressure casting
與控制技術 .

　　 調(diào)壓鑄造作為一種先進的鑄造技術 , 具有多方面 的優(yōu)勢[ 1 ,2 ] 。調(diào)壓鑄造技術的充型能力和凝固條件十 分優(yōu)越 ,有利于獲得輪廓清晰并具有復雜微細結(jié)構的 致密鑄件 。目前調(diào)壓鑄造技術已成功應用于航空類鋁 合金鑄件的工程化生產(chǎn)[ 3 ] , 不僅獲得十分優(yōu)異的鑄件 冶金品質(zhì) ,而且實現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造技術難以企及的鑄件合 格率 。因此 ,調(diào)壓鑄造技術有可能成為生產(chǎn)大型復雜 薄壁鎂合金鑄件的一種重要手段 。針對調(diào)壓鑄造技術 在鎂合金薄壁鑄件生產(chǎn)中的應用 , 研究調(diào)壓鑄造條件 下鎂合金充型能力 , 為鎂合金薄壁鑄件生產(chǎn)提供科學 依據(jù)顯得尤為必要 。 本文通過調(diào)壓鑄造與低壓鑄造 、 差壓鑄造和重力 鑄造工藝下鎂合金充型能力的比較 , 對薄壁鎂合金鑄 造的充型能力進行了研究 , 并分析了不同條件下影響 充型能力的主要原因 。 1　 實驗方法 在自行 研 制 的 調(diào) 壓 鑄 造 機 上 分 別 采 用 調(diào) 壓 鑄 造、 低壓鑄 造 、 壓 鑄 造 3 種 不 同 的 反 重 力 鑄 造 工 差
收稿日期 :2005206213 ; 　　 修訂日期 :2005206225
Email :yanli4351 @sina. com

基金項目 : 西北工業(yè)大學英才計劃及青年教師創(chuàng)新基金資助 .

) 作者簡介 : 嚴 　 (19752 　 ,陜西眉縣人 , 碩士生 . 研究方向 : 凝固成形 力

was co mpared wit h t he low2p ressure casting , co unter2p ressure casting and gravit y casting t hro ugh po uring t hin2 wall board sample of magnesium alloys. It is shown t hat , due to t he lowest cavit y p ressure p rovided , t he filling

?有色合金及特種鑄造工藝 　 2ferrous Alloy and Its Melting & Technology and Equipment for Special Casting Process ? Non

鎂合金調(diào)壓鑄造充型能力的研究
嚴 　 ,王 　 ,單志發(fā) ,黃衛(wèi)東 力 猛
( 西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室 ,陜西 西安 710072 )

摘要 : 調(diào)壓鑄造作為一種先進的鑄造技術 ,具有充型能力強 ,補縮能力高等優(yōu)點 ,有望在鎂合金大型復雜薄壁鑄件的生產(chǎn)中發(fā) 揮重要作用 。通過澆注鎂合金薄板試樣 ,將調(diào)壓鑄造技術與低壓鑄造 、 差壓鑄造和重力鑄造技術的充型能力進行了對比 , 發(fā) 現(xiàn)調(diào)壓鑄造能夠提供最為優(yōu)異的充型能力 ; 分析表明 ,較低的型內(nèi)反壓是提高調(diào)壓鑄造充型能力的主要原因 。 關鍵詞 : 調(diào)壓鑄造 ; 鎂合金 ; 充型能力

中圖分類號 : T G146. 2 + 2 ; T G249. 2 　　 文獻標識碼 :A 　　 文章編號 :100028365 (2005) 1020914202

Research on Filling Capacity of Adjusted Pressure Casting of Magnesium Alloys
YAN Li , WAN G Meng , SHAN Zhi2fa , HUAN G Wei2dong

( State Key Labo ratory of Solidification Processing , No rt hwestern Polytechnical U niversity , Xi’ 710072 , China) an

藝 [ 4 ] 澆注一塊薄板試樣 , 同時進行一次重力鑄造試 驗 進 行 對 比 。試 樣 尺 寸 為 200 mm ×400 mm × 1 . 5 mm , 鑄型采用呋喃樹脂砂型 , 澆注合金為 A Z91 鎂合金 ,澆注溫度為 720 ℃, 鑄型溫度為室溫 , 在保 護氣氛下完成澆注 ,具體的澆注工藝見表 1 。以充填 率 ( 充填面積占試樣總面積的百分比 ) 作為衡量充型 能力的標準 。 2　 實驗結(jié)果和分析 實驗結(jié)果見表 1 ,實際澆注的試樣照片見圖 1 。 從實驗結(jié)果可以看出 ,同樣是反重力鑄造 ,調(diào)壓鑄 造、 低壓鑄造和差壓鑄造的充型能力卻有較大的差別 。 在澆注溫度 、 充型壓力和加壓速度相同的條件下 ,調(diào)壓 鑄造試樣的充填率最大 。 在薄壁鑄件的充型過程中 , 由液態(tài)金屬表面張力 σ 引起的拉普拉斯力占有重要作用 [ 5 ] 。由公式 P = 4 /δ 可知 ,表面張力所產(chǎn)生的附加壓力 P 與金屬的表面張 力σ成正比 ,與型腔厚度δ成反比 。因此 ,在澆注條件 一定的情況下 , 型腔的厚度越小 , 充型過程的阻力越 大 ,越不利于充型 , 充型能力越差 。在本實驗中 , 型腔 厚度為 1. 5 mm ,700 ℃時鎂液的表面張力為 560 × 10 - 3 N/ m [ 6 ] , 所產(chǎn)生的附加壓力 P = 1493 Pa , 相當于 84 mm 高的壓頭 。而所采用的重力鑄造以及反重力 鑄造方法 ,均能保證充型壓頭高于此附加壓力 ,因此能 夠?qū)崿F(xiàn)所采用薄壁鑄件的充填 。

　 《鑄造技術》 2005 10/

　 嚴　 力等 : 鎂合金調(diào)壓鑄造充型能力的研究 表1　 不同鑄造工藝條件下的鑄件充填率
Tab. 1 　Filling rate of castings under t he different p rocess co nditions

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澆注溫度/ ℃ 調(diào)壓鑄造 低壓鑄造 差壓鑄造 重力鑄造
720

最大充型壓差/ kPa
20

加壓速度/ ( kPa/ s)
20

型內(nèi)初始壓力/ k Pa
20. 3 101. 3 243. 2 101. 3

充填率 ( %)
83 48 18 21

自由澆注

自由澆注

氣體壓力越小 ,越容易較快的達到充型壓力 ,充型速度 越快 ,越有利于金屬液的充型 , 充型能力越高 。第三 , 型內(nèi)較少的氣體殘余使得金屬液熱量損失減緩 , 流動 時間延長 ,這也構成了充型能力提高的另一個重要原 因 。所以調(diào)壓鑄造技術可以從根本上改善薄壁鑄件充 型困難的不利條件 ,大幅度提高鑄件的充型能力 。 從實驗結(jié)果也可以看出 ,在金屬液的充型過程中 , 調(diào)壓鑄造液流前沿比其他鑄造方法顯著平滑 。這是由 于調(diào)壓鑄造充型開始之前型內(nèi)氣壓很低 , 因此能夠較 快的達到充型壓力 ,充型速度快 ,金屬液在流動過程中 始終維持較高的速度 ,充型面積大 ,金屬液前沿溫度降 低較多 ,粘度增大 ,從而使得液流前沿比較圓滑 。相比 之下 ,由于低壓鑄造和差壓鑄造型內(nèi)氣體反壓力大 ,因 此充型壓力建立較慢 ,充型速度相對較低 ,金屬液在較 高的溫度下就停止了流動 ,而此時金屬液粘度小 ,因此 液流前沿形成很不規(guī)則的形狀 。
圖1　 不同鑄造方法得到的充型試樣照片
ig. 1 　Photographs of filling sample by different casting method

3　 結(jié)論 ( 1) 對于鎂合金的反重力鑄造 , 在澆注溫度 、 充型

　　 調(diào)壓鑄造的充型壓力大小容易控制 , 鑄型型腔中 的氣體壓力也控制在較低水平 。在澆注前 , 通過對上 下壓室抽真空而使得鑄型型腔內(nèi)的氣體壓力較小 , 金 屬液在流動過程中由于型腔內(nèi)氣體反壓力而形成的阻 力較小 ,這樣充型動能就不容易較快降低 ,金屬液的流 動速度得到較好的保持 。同時 ,由于型腔內(nèi)氣壓低 ,金 屬液的熱量損失的速度也相對減緩 ,流動時間延長 ,從 而提高了充型能力 。 調(diào)壓鑄造作為一種先進的鑄造技術 , 具有十分優(yōu) 越的充型動力學條件 。對上下壓室抽真空是調(diào)壓鑄造 工藝的基礎 ,真空度的大小不僅影響著鑄型型腔中的 氣體壓力 ,而且也影響著充型動力的建立 。真空度對 充型的影響可歸納為以下幾個方面 : 第一 ,對上下壓室 同時抽真空 ,減小了鑄型型腔中的氣體反壓力 ,從而減 小了充型時的阻力 。這樣液態(tài)金屬在流動過程中的動 能損失較小 ,始終維持較高的動能直至充型結(jié)束 。真 空度越高 ,型腔中的氣體反壓力越小 , 充型阻力越小 , 充型越容易 ,充型能力越高 。第二 ,真空度為充型壓力 建立了一個較低的壓力起點 。真空度越高 , 型腔中的

壓力和加壓速度相同的條件下 , 調(diào)壓鑄造的充型能力 最好 ,其次是低壓鑄造 ,差壓鑄造的充型能力最小 。 ( 2) 與調(diào)壓鑄造相比較 , 重力鑄造的充型能力也 較小 ,并且重力鑄造的充型壓力難以控制 ,充型形態(tài)特 別紊亂 。 ( 3) 與其它反重力鑄造方式相比較 , 調(diào)壓鑄造充 型能力提高的主要原因在于較低的型內(nèi)氣壓為充型提 供了有利條件 。
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  本文關鍵詞：鎂合金調(diào)壓鑄造充型能力的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。