ZL205A筒形件低压铸造宏观偏析形成机制及补缩行为

发布时间：2016-07-29 02:12

  本文关键词：ZL205A筒形件低压铸造宏观偏析形成机制及补缩行为，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2015年

ZL205A筒形件低压铸造宏观偏析形成机制及补缩行为

王晔  

【摘要】：本文以低压铸造大型ZL205A合金筒形件为研究对象,针对筒形件中出现的典型宏观偏析以及缩孔缩松缺陷,通过生产实际、实验研究并结合数值模拟技术的方法,研究了筒形件工艺结构对铸件凝固特征以及缺陷形成的影响规律。揭示了筒形件中典型宏观偏析的形成机制以及相应的补缩行为,建立了线状宏观偏析的预测判据公式,并提出了缩孔缩松缺陷的控制方法和预测判据公式。通过ZL205A合金筒形件典型工艺的分类,对筒形件工艺结构的变化对铸件模数以及凝固特征的影响进行了研究。结合模拟计算和实际生产获得的数据,对于壁厚相同的筒形件,其外形尺寸和内部结构尺寸的变化对铸件模数的影响很小。筒形件的凝固特征可通过其模数进行表征,具有相近模数的筒形件,其凝固特征也相近。ZL205A筒形件中各宏观偏析缺陷的形成位置比较固定,线状宏观偏析总是位于铸件蒙皮与缝隙式浇注系统相接触的部分,并以铸件下部为主。云雾状宏观偏析则主要位于铸件中部对应两个缝隙式浇注系统的蒙皮处。线状以及云雾状宏观偏析缺陷主要出现在无内部结构的筒形件中,其中云雾状偏析产生的概率较低。具有内部结构的筒形件中存在的主要缺陷则为缩孔缩松,部分伴有线状宏观偏析缺陷。对缺陷形成位置的凝固特征进行的分析结果表明,云雾状宏观偏析的形成与缩松缺陷产生倾向存在一定的联系。ZL205A合金筒形件在凝固后期,铸件特有的工艺结构及其圆周方向上对应缝隙式浇注系统的铸件蒙皮处存在的热节,将导致该位置具有较高的热裂倾向,容易在热裂敏感温度范围内产生撕裂现象。通过对该位置补缩角度、温度分布、温度梯度以及相应的固相率分布的研究表明,即使热节前段的固相率超过90%时,对应的缝隙式浇注系统仍然具备良好的补缩条件。结合缝隙式浇注系统内沿重力方向上的溶质浓度分布梯度结果,热裂纹形成时所进行的补缩行为将最终导致该裂纹的“愈合”和线状宏观偏析的形成。根据这一机制,通过非线性概率Logistic回归分析方法建立了预测线状宏观偏析产生的判据公式——线状偏析倾向性因子,并获得了相应的临界值。通过试验设计,对自由凝固的铸件进行振动测量。试验结果表明,ZL205A合金凝固过程中存在爆发式补缩行为,但该补缩行为的出现具有一定的随机性和偶然性。通过对宏/微观爆发式补缩行为的理论研究表明,较小的补缩角、突然变化的补缩通道尺寸、较高的固相率是影响宏观爆发式补缩行为的关键因素。而微观爆发式补缩行为发生的动力学和热力学的条件则表明,微观爆发式补缩行为主要受到补缩距离上的压力差、补缩方向上的温度梯度、共晶凝固阶段冷却速率的影响。虽然导致宏/微观补缩通道阻塞的原因并不相同,但引起宏/微观爆发式补缩行为的主要驱动力均是由液相孤立区内负压以及外力所引发的抽吸作用所提供的。云雾状宏观偏析的形成是凝固过程中高溶质浓度的残余液相通过微观爆发式补缩行为对即将形成的液相孤立区进行填充的结果。对大型ZL205A合金筒形件在低压铸造过程中产生的两种典型宏观偏析形成机制进行比较的结果表明,线状宏观偏析、云雾状宏观偏析的形成与铸件中热裂缺陷、缩孔缩松缺陷、相应的补缩行为以及液相中的溶质分布有着非常紧密的联系。线状宏观偏析与云雾状宏观偏析的形成过程中均存在爆发式补缩行为,相应的爆发式补缩行为如果未能发生,将导致铸件本应产生宏观偏析的位置产生相应的热裂缺陷或缩孔缩松缺陷。压力波动的试验结果表明,与重力以及恒压条件下的凝固相比,波动压力条件下凝固的铸件具有完好的内部质量。凝固期间所施加的波动压力能够在ZL205A合金的糊状区内引起弹性波,并因此增强和促进了爆发式补缩行为的产生。有效地使铸件内部原本不能被补缩的部分获得填充,最终减小了铸件中产生缩孔缩松缺陷的倾向。通过铸件模数对低压铸造ZL205A合金筒形件进行表征,采用数值模拟技术和工程统计学方法建立了ZL205A合金筒形件缩孔缩松缺陷快速预测判据公式,并通过实际浇注试验对判据公式进行了验证。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249.2;TG146.21
【目录】：

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