铝合金真空压铸气致缺陷及力学性能研究

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汽车轻量化的发展要求,使得以铝、镁合金为代表的轻型合金受到越来越多的关注,压铸技术作为轻合金材料的主要成型技术应用广泛,但压铸过程中型腔气体的存在会导致气致性缺陷,限制了大型、复杂、薄壁压铸件的高品质生产。气致性缺陷是指充型过程中卷入的气体或金属液析出的气体残留在铸件中,在压铸件内部产生圆形或者椭圆形的气孔。本文以研究真空压铸改善气致性缺陷、提高铸件力学性能规律为研究目标,以发动机缸体和减震塔为研究对象,通过压铸可视化实验、真空压铸实验以及测试分析实验,研究型腔气体对压铸气致性缺陷产生的影响,型腔气压(真空度)对压铸气致性缺陷产生的影响,并通过研究气致性缺陷对铸件力学性能的影响,对真空压铸提高压铸件宏微观力学性能规律进行了深入研究。在以下方面取得一些进展并形成如下结论:(1)根据压铸可视化实验和数值模拟结果,压铸型腔气体对气致性缺陷产生的影响主要产生在气体被金属液包裹卷入或被严重排挤区域,主要有:回流区、圆柱体近尾区和最后填充区。(2)根据可视化实验结果,在减震塔铸件中,回流区,最终填充区和圆柱体近尾区域的孔隙率较高,孔隙较大。(3)随着压铸型腔绝对压力的降低(1013 mbar至100 mbar),压铸件平均孔隙率从8.5%降至3.7%,而且气致性缺陷的数量和尺寸显著减少,减少型腔气体是改善铸件气致性缺陷的有效手段。(4)根据数值模拟和气致性缺陷形成的动力学分析结果,真空压铸会在一定程度上阻碍分离流的产生,减少卷气现象,降低型腔气体对气致性缺陷产生的影响,从而减少压铸件气致性缺陷的产生。(5)根据拉伸实验结果,真空压铸能提高压铸件宏观拉伸性能,且随着绝对压力的降低(真空度提高),试样断口表面形貌更平整,表面孔隙尺寸减小,孔隙分布更均匀,拉伸强度和伸长率得到提高。(6)根据纳米压痕实验结果,真空压铸对压铸件微观纳米硬度有改善作用,孔隙的存在会降低周围组织的微观硬度,且在一定程度上孔洞越大,对周围组织影响越大,即在相同距离上,孔洞直径越大,组织硬度越低。
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