机械振动对消失模壳型铸造镁合金组织性能影响(作业四)

  本文关键词：振动压力下铝（镁）合金消失模铸造组织性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

机械振动对消失模壳型铸造镁合金组织性能影响

听了刘雅政教授这节关于材料成形过程中组织性能控制尤其是特钢产品质量控制之后，我了解到要想使产品质量有所改变我们可以通过适合的加工方法来进行控制。

大家应知道，当前大多数铸造工艺在生产较大尺寸复杂薄壁镁合金精密铸件时常常遇到成形困难、铸造缺陷多、品质低等问题。虽然目前的新技术消失模壳型铸造技术综合了泡沫模的低成本、收缩小、较大尺寸和结构设计灵活，陶瓷型壳的高精度等特点，但是消失模壳型铸造获得镁合金铸件微观组织粗大，致使铸件性能偏低。那样我们该如何来改变其组织性能呢?我们肯定会想到通过振动来改变性能，振动又分为机械振动、气动振动、电磁振动和超声波振动等。这里我们来看看机械振动是如何改变组织，从而提高性能的？

我们可知消失模壳型铸造AZ91D镁合金的凝固组织主要由初生α-Mg相和第二相β-Mg17Al12组成。在未施加振动时，随着铸件壁厚的增大，初生α-Mg相的

晶粒尺寸不断增大，其形貌由细小枝晶逐渐演变为粗大的树枝晶，并且第二相颗粒尺寸也不断增大，迅速由细小点状分布形态发展成粗大的块状或网状结构分布形态。有研究发现，当铸件壁厚为10mm时，晶粒平均直径仅为227.13μm，而铸件壁厚为40mm时，晶粒平均直径达到333.35μm，其相比前者，晶粒平均直径增加了47%。同时，镁合金力学性能逐渐降低。当铸件壁厚为10mm时，AZ91D镁合金的性能最高，，其抗拉强度、屈服强度、延伸率和布氏硬度分别达到129.5MPa、114.7 MPa、7.1%和58.6HBW。其相比铸件壁厚40mm，抗拉强度、屈服强度、延伸率和布氏硬度分别提高了45.3%、31.1%、20.3%和46.5%。另外，随着铸件壁厚的增大，铸件的致密度降低，拉伸试样的断口由准解理为主+局部韧性的复合断裂方式向完全脆性解理断裂方式转变。

研究发现，经过机械振动后，相同铸件壁厚条件下的AZ91D镁合金铸件凝固组织得到明显细化，铸件致密度得到提高，且力学性能（抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度等）均得到不同程度提高；机械振动后，随着铸件壁厚的增加，铸件的细化率、力学性能的提高幅度均显著增大。其中当壁厚为40mm时，经过机械振动后，铸件晶粒的平均直径为151.34um，相比未振前细化率达到55%；铸件抗拉强度相比未振前提高了53.2%，屈服强度提高了26.5%，延伸率提高了25.4%，

布氏硬度提高了33.5%。另外，经过机械振动以后，拉伸试样的断口由未振动前的完全脆性解理断裂方式向韧性断裂方式转变。

机械振动细化消失模壳型铸造AZ91D镁合金凝固组织的机理主要就是：首先，它提高了金属的熔点温度，即提高了液相线平均温度，从而提高了过冷度，造成自发核心数目的增多，使晶粒细化；其次，机械振动引起金属液强迫流动，当温度较高的液体流过枝晶，由于枝晶的各处熔点不同，使熔点比较低的枝晶根部发生溶解，造成枝晶熔断，形成大量仔晶作为新晶粒的晶核，发生晶粒增值；再之，机械振动造成液体紊流，发生相对位移，由于液体存在着粘性，在液体各部分存在运动速度差异，这种粘性剪切使枝晶臂折断、破碎、增值，从而形成许多细小晶粒；还有机械振动产生“结晶雨”，使游离细小晶核多，有效异质衬底多，从而细化晶粒。在以上综合作用下，机械振动大大细化了消失模壳型铸造AZ91D镁合金凝固组织，从而解决我们的消失模壳型铸造获得的镁合金铸件微观组织粗大，造成铸件性能偏低的问题。

参考文献：

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