ZL205A筒形件低壓鑄造宏觀偏析形成機制及補縮行為.pdf

1、本文以低壓鑄造大型 ZL205A合金筒形件為研究對象，針對筒形件中出現(xiàn)的典型宏觀偏析以及縮孔縮松缺陷，通過生產(chǎn)實際、實驗研究并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)的方法，研究了筒形件工藝結(jié)構(gòu)對鑄件凝固特征以及缺陷形成的影響規(guī)律。揭示了筒形件中典型宏觀偏析的形成機制以及相應(yīng)的補縮行為，建立了線狀宏觀偏析的預測判據(jù)公式，并提出了縮孔縮松缺陷的控制方法和預測判據(jù)公式。
　　通過 ZL205A合金筒形件典型工藝的分類，對筒形件工藝結(jié)構(gòu)的變化對鑄件模數(shù)以及凝固

2、特征的影響進行了研究。結(jié)合模擬計算和實際生產(chǎn)獲得的數(shù)據(jù)，對于壁厚相同的筒形件，其外形尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的變化對鑄件模數(shù)的影響很小。筒形件的凝固特征可通過其模數(shù)進行表征，具有相近模數(shù)的筒形件，其凝固特征也相近。
　　ZL205A筒形件中各宏觀偏析缺陷的形成位置比較固定，線狀宏觀偏析總是位于鑄件蒙皮與縫隙式澆注系統(tǒng)相接觸的部分，并以鑄件下部為主。云霧狀宏觀偏析則主要位于鑄件中部對應(yīng)兩個縫隙式澆注系統(tǒng)的蒙皮處。線狀以及云霧狀宏觀偏析缺陷

3、主要出現(xiàn)在無內(nèi)部結(jié)構(gòu)的筒形件中，其中云霧狀偏析產(chǎn)生的概率較低。具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的筒形件中存在的主要缺陷則為縮孔縮松，部分伴有線狀宏觀偏析缺陷。對缺陷形成位置的凝固特征進行的分析結(jié)果表明，云霧狀宏觀偏析的形成與縮松缺陷產(chǎn)生傾向存在一定的聯(lián)系。
　　ZL205A合金筒形件在凝固后期，鑄件特有的工藝結(jié)構(gòu)及其圓周方向上對應(yīng)縫隙式澆注系統(tǒng)的鑄件蒙皮處存在的熱節(jié)，將導致該位置具有較高的熱裂傾向，容易在熱裂敏感溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。通過對該位置補

4、縮角度、溫度分布、溫度梯度以及相應(yīng)的固相率分布的研究表明，即使熱節(jié)前段的固相率超過90％時，對應(yīng)的縫隙式澆注系統(tǒng)仍然具備良好的補縮條件。結(jié)合縫隙式澆注系統(tǒng)內(nèi)沿重力方向上的溶質(zhì)濃度分布梯度結(jié)果，熱裂紋形成時所進行的補縮行為將最終導致該裂紋的“愈合”和線狀宏觀偏析的形成。根據(jù)這一機制，通過非線性概率 Logistic回歸分析方法建立了預測線狀宏觀偏析產(chǎn)生的判據(jù)公式——線狀偏析傾向性因子，并獲得了相應(yīng)的臨界值。
　　通過試驗設(shè)計，對自由

5、凝固的鑄件進行振動測量。試驗結(jié)果表明，ZL205A合金凝固過程中存在爆發(fā)式補縮行為，但該補縮行為的出現(xiàn)具有一定的隨機性和偶然性。通過對宏/微觀爆發(fā)式補縮行為的理論研究表明，較小的補縮角、突然變化的補縮通道尺寸、較高的固相率是影響宏觀爆發(fā)式補縮行為的關(guān)鍵因素。而微觀爆發(fā)式補縮行為發(fā)生的動力學和熱力學的條件則表明，微觀爆發(fā)式補縮行為主要受到補縮距離上的壓力差、補縮方向上的溫度梯度、共晶凝固階段冷卻速率的影響。雖然導致宏/微觀補縮通道阻塞的原

6、因并不相同，但引起宏/微觀爆發(fā)式補縮行為的主要驅(qū)動力均是由液相孤立區(qū)內(nèi)負壓以及外力所引發(fā)的抽吸作用所提供的。
　　云霧狀宏觀偏析的形成是凝固過程中高溶質(zhì)濃度的殘余液相通過微觀爆發(fā)式補縮行為對即將形成的液相孤立區(qū)進行填充的結(jié)果。對大型 ZL205A合金筒形件在低壓鑄造過程中產(chǎn)生的兩種典型宏觀偏析形成機制進行比較的結(jié)果表明，線狀宏觀偏析、云霧狀宏觀偏析的形成與鑄件中熱裂缺陷、縮孔縮松缺陷、相應(yīng)的補縮行為以及液相中的溶質(zhì)分布有著非常緊密

7、的聯(lián)系。線狀宏觀偏析與云霧狀宏觀偏析的形成過程中均存在爆發(fā)式補縮行為，相應(yīng)的爆發(fā)式補縮行為如果未能發(fā)生，將導致鑄件本應(yīng)產(chǎn)生宏觀偏析的位置產(chǎn)生相應(yīng)的熱裂缺陷或縮孔縮松缺陷。
　　壓力波動的試驗結(jié)果表明，與重力以及恒壓條件下的凝固相比，波動壓力條件下凝固的鑄件具有完好的內(nèi)部質(zhì)量。凝固期間所施加的波動壓力能夠在ZL205A合金的糊狀區(qū)內(nèi)引起彈性波，并因此增強和促進了爆發(fā)式補縮行為的產(chǎn)生。有效地使鑄件內(nèi)部原本不能被補縮的部分獲得填充，最終