交变磁场-分级加压对真空差压铸造ZL114A合金微观组织及力学性能的影响

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ZL114A合金因其优良的物理及成形性能,在国防军工、机械工业中得到广泛应用,长期以来成形大型复杂优质铝合金铸件,一直是武器装备研发所关注的热点。针对大型铝合金铸件成形困难及其铸件凝固组织中枝晶粗大、性能较差等问题,本文结合真空差压铸造技术的宏观凝固补缩与交变磁场对合金组织微观调控的功效,系统研究了交变电磁与分级加压复合场工艺参数(交变磁场强度、分级加压压差、分级加压时间)对真空差压铸造ZL114A合金阶梯轴铸件致密度、二次枝晶间距(SDAS)、枝晶生长形貌及取向的影响规律及作用机制,综合力学性能及断口分析获得了最佳复合工艺。主要结论如下:(1)相同压力差下,随着交变磁场强度增强,ZL114A合金试样的致密度先增大后减小,同时SDAS先变小而后逐步缓慢增大,枝晶组织形貌发生显著变化,枝晶臂轴向尺寸减小,径向发生粗化,枝晶臂球(椭球)化趋势明显,大量转变为等轴晶。随着磁场强度增强,抗拉强度与显微硬度先增加后减小,延伸率波动式上升。其中,当交变磁场强度为24m T时,φ50mm轴段的致密度达到最高0.9987,比未经磁场处理试样致密度(0.9775)提高了2.17%,此时,SDAS减小至32.3254μm,抗拉强度达到302.67MPa、延伸率为3.8%、维氏显微硬度为84HV,断口由最初的沿晶脆性解理断裂转变为延性断裂。(2)在24m T交变磁场强度下,随着分级加压压差的增大,试样致密度呈线性上升,从0.9621(60KPa)增加至0.9829(160KPa)、铸件SDAS逐步减小,粗大发达的枝晶组织被显著细化,其中,φ35轴段的SDAS从61.1001μm(60KPa)减小到25.4523μm(160KPa)。同时,由于断口中纤维状蜂窝形断裂韧窝增多,试样抗拉强度及显微硬度逐步增大,160KPa时达到最大,分别为312.35MPa、90.07HV(φ35mm),延伸率先增大后降低,135KPa时达到最大为3.8%。分级加压时间对合金的致密度及组织具有一定程度的影响,合理的分级加压时间既能保证铸件的组织致密性,同时能够减少铸件粘砂厚度。(3)实验获得了最佳的复合场工艺参数:交变电磁场强度24m T,分级加压压差160KPa,分级加压时间为225s。本文获得了交变电磁与压力复合场下真空差压铸造ZL114A合金的致密度、枝晶间距、形貌以及力学性能的变化规律,为真空差压铸造技术生产复杂优质铝合金铸件提供了理论和技术支持。
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