第 2卷第 1 3期V l 3N O 1 b . 2

中国有色金属学报TheChi s our lo ne e J na fNonf r o e al e r usM t s

2 1年 1 03月Jn 2 3 a . 0l

文章编号：10 .6 92 1)1 0 20 0 40 0 (0 30— 2—7 0

真空低压消失模壳型铸造和消失模铸造铝合金组织和性能对比蒋文明 1,7樊自田 2,刘德均。(. 1武汉工程大学机电工程学院，武汉 4 0 7; 3 0 3 2 .华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 4 0 7 ) 3 04

摘

要：利用光学显微镜( M) 0、扫错电镜(E等对真空低压消失模壳型铸造和消失模铸造 A3 6铝合金的组织 S M) 5

和性能进行对比分析。结果表明：真空低压消失模壳型铸造 A3 6铝合金组织比消失模铸造 A3 6铝合金组织细 5 5

小、致密，其初生相晶粒尺寸和共晶硅尺寸都远小于消失模铸造铝合金的，孔隙率低于消失模铸造铝合金的、密度高于消失模铸造铝合金的。真空低压消失模壳型铸造 A36合金的拉伸断裂方式以韧性断口为主，消失模铸造 5铝合金的断裂方式以脆性断口为主；铸件经 T 6热处理后的抗拉强度、伸长率和布氏硬度分别达到 2 8 7MP、 7 . a 281 . 0%和 9 .H 31 B,较消失模铸件的分别提高了 2 .、 16 02% 6. 4%和 1 . 76%;其铸件表面质量也优于消失模铸件的表面质量。

关键词：铝合金；真空低压消失模壳型铸造；消失模铸造；组织；性能中图分类号：T 9 G2 2文献标志码：A

Co p rs n o i r s r c u e n o r i so m a io fm c o t u t r sa d pr pe te f a u i um lo t e x e da l a t r h l c s i g wih lm n a l y be we n e p n b e p te n s e l a tn t v c um n w- e s e a d l s o m a tng au a dl o pr s ur n o tf a c s iJ G We— n, A ii LU - n I AN nmig’ F N Z—a, I De u 。 tn j( . c o l f eh nc l n lc ia E gn e n, h n n tu e f eh oo y Wu a 3 0 3 C ia 1 S h o

M c a ia a dE e t c l n ie r g Wu a s tt T c n lg, h n 0 7, hn; o r i I i o 42 S aeKe b rtr f ae a r c siga dDi& M o l e h oo, . tt yLa o ao yo tr l o esn n e M i P udT c n lg y

Hu z o g ie sy o c n e n e h o g, h n 3 0 4 C ia a h n v ri f i c dT c n l y Wu a 0 7, hn ) Un t S e a o 4

Ab t a t T emir sr c u e n r p ri s f 5 l y p o u e sn x e d b e p t r h l c si g p o e swi s r c: h c o tu t r sa d p o ete o A3 6 al r d c du i g e p n a l a tn s el a t r c s t o e n h

vc u adl pesr E S— ) r o p rdwt oeo s fa at g(F ) rcs b au m n w—rs e(P C VL weec m ae i t s f oto m csn L C po es yOM n E o u hh l i adS Mtc i u s T e r s l h w h tmi r sr c u e o 5 l y p o u e y EP C— s f e n e s rt a h to e h q e . h e u t s o t a c o t t r fA3 6 a l r d c d b S VL i i r a d d n e h n t a f n s u o n

L C, n esz so ep i r h s n ue t i c naefrls a oeo F i o o i esta a f F a dt ie fh r h t mayp a ea de tci sl o r a st nt s fL C,t p rst i ls nt t c i e h h s y s h h o L C. n sd n i ih rta a fL F a di e st i hg e nt t FC. efa tr c a im fA3 6alyo tie sn P C— many t y s h h o Th rcu eme h ns o 5 l b an du igE S VL i l os o u t e fa t r, n h to 5 l y o t i e sn C man y s o rt e fa tr . e t n i t

n t, h ws d ci c e a d t a fA3 6 a l b an d u i g LF i l h ws b i l r cu e Th e sl sr gh l r u o t e e

e o g t n a l a a d e so 5 R rT e t n l y f b ia e sn P C- r e p ci e y 2 8 2 P . l n a i swe l sh r n s f o A3 6 a e 6 t ame tal a rc td u i g E S VL a e r s e t l 7 .7 M a r o v 8 1% a d 9 . HB, n r e p ci ey 2 .%,1 6 4 a d 1 .% h g e h n t o e o FC. u t e mo e t es ra e .0 n 31 a d a e r s e t l 02 v 6 .% n 76 i h r a s fL t h F r r r,h ufc h r u h e so si g d y E S VL e e a a f C. o g n s fc t sma eb P C— a n i b R rh nt t s t h o LFKe r s au n m l y x e d b e p R m h l c si g wi a u m n o p e s r;l s f a c si g y wo d: l miu al;e p n a l a e s e l a t t v c u a d l w— r s u e o t o m a t; o n h n mir sr c r; r p ri s co tu t e p o e e u t

基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(0 7 0 Z 1)国家自然科学基金资助项目(10 14;中围博士后科学基金资助项目 2 0AA 3 13; 5 242 )

(02 160;武汉工程大学科学研究基金资助项目(42 0 1 2 1M5 11) 1154 )0 20 .8收稿日期：2 1 .3 1;修订日期：2 1—6 1 0 20—2

通信作者：蒋文明，博士；电话：0785 09;Ema: n n@ 13 o 2—7 40 4— ij mig 6 . r l we cn

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中国有色金属学报

较深、分布均匀，为韧性断口为主的断裂方式(图见 5d) ()。相比之下，消失模铸造 A36铝合金的拉伸断 5口韧窝形貌不明显，韧窝较少、较浅，仅分布在局部

的条件为】p“>p1 0 2 H+2/ 2 +y aR

区域，为脆性断口为主的

断裂方式(图 5a)且还存见 (),在缩孔和夹杂缺陷(图 5b和( )见 ( ) c。 )23力学性能 .表 3所列为不同工艺下 A 5 3 6铝合金的力学性能

式中： H为铝液中氢气泡中的压力； 1 P2 P为气泡外部压力之和； 0 P为大气压；p为加压压力；)为铝液的比 2,重； 为气泡上方铝液高度；盯为铝液表面张力；R为气泡半径。

通常情况下，式() 1中肺口项都很小，可忽略 不计。因此，式() 1可简化为Pn> pl PO P2 2=+

对比。由表 3可知，真空低压消失模壳型铸造 A 5 36铝合金的力学性能较消失模铸造 A3 6铝合金的力学 5

性能具有明显优势，经热处理后其抗拉强度、伸长率和布氏硬度分别达到 2 8 7 a .%和 9 . B, 7. 2 MP、81 0 31 H

由式() 2可知，当增大加压压力 P使 P>p,, 2 时就能有效地抑制氢气泡的形成。在真空低压消失模壳

相比消失模铸造件的分别提高了 2 . 0%、 16%和 2 6. 4 1. 76%。此外，真空低压消失模壳型铸造由于采用了

型铸造过程中，金属液是在真空和压力的双重作用下充型和凝固，即加压压力较大，而消失模铸造仅在一定负压下凭金属液的自重进行充型和凝固。因此，真

高密度泡沫模及高精度陶瓷壳型，因此，其获得的铸件表面质量优于消失模铸件表面质量。

空低压消失模壳型铸件的针孔缺陷较消失模铸件的大大降低。

3讨论31泡沫模样材料的影响 .

此外，金属液在凝固过程中的补缩是通过金属液

在枝晶问的流动来进行的l钔 。在凝固过程中如果金属液的补缩压力不足、补缩不充分，则铸件易于产生缩松、缩孔等缺陷。 由铸件缩松的新山判据可知一

在消失模铸造浇注过程中，泡沫模样分解产生大量气体，若这些气体不能很好地通过涂料层逸出，则

会留在铸件中形成孔洞缺陷，且模样分解不完全，残留在铸件中也可能带来夹杂缺陷(图 5c,见 ()这些缺陷 )将显著降低铸件性能。真空低压消失模壳型铸造由于浇注前脱去了泡沫模样，能避免由于泡沫模样分解所带来的上述缺陷；另外，在浇注过程中对铸型抽真空可排除型腔内气体，也进一步减少了孔洞缺陷。因此， 该新工艺获得的铸件比消失模铸件的孔洞、夹杂等缺陷大大减少，力学性能也相

应得到很大提高。3 .真空和压力的影响 2

厂一

√R< J s

( 3 )

式中： G。。和 P。 、R。分别为临界固相率的温度梯度、 冷却速度和压力； 为缩松判据数。在一定铸型条件下，G。 R。和。相对稳定，为影响铸件缩松缺陷的主 P。要因素。金属液在一定压力下凝固，可驱使处于液、 固两相区的金属液进入固相骨架间隙进行补缩，进而阻止缩松和缩孔缺陷的产生。随着外部压力的增加，

枝晶问金属液的补缩能力提高，使铸件的缩松和缩孔缺陷大大减少，铸件致密度提高。在真空低压消失模壳型铸造过程中，由于金属液在真空和压力的双重作

铝合金铸件内部易于产生的针孔缺陷是由于合金液中溶解的氢原子在铸件凝固过程中析出氢分子，并聚合为氢气泡，最终在铸件内形成针孔。氢气泡形成表 3不同工艺下 A3 6 5铝合金力学性能对比

用下进行补缩，其补缩压力较大。因此，最终获得铸

T b e3 Co a io s f c a ia r p ri s f 5 l y u d rd f r n r c s e a l mp rs n me h n c l o ete A3 6 al n e i e e t o e s s o p o o p

As c s—at

1 . 484l

2.5 6 30 .4

5. 83 7 . 92

L C F T6 2 15 3 .7

p ' I三窭0暑0△

第2 3卷第 1期

蒋文明，等：真空低压消失模壳型铸造和消失模铸造铝合金组织和性能对比

2 7

件非常致密，力学性能也得到很大改善。 3 .金属液温度场的影响 3

3 )真空低压消失模壳型铸造 A3 6 5铝合金的抗拉强度、长率和布氏硬度分别达到 2 8 7 a 81%伸 7 . 、 .0 2 MP和 9. 31 HB,比消失模铸造 A 5 3 6铝合金的分别提高了

图 6所示为不同工艺下金属液的冷却曲线。由图 6可见，真空低压消失模壳型铸造中金属液的冷却速度明显比消失模铸造金属液的冷却速度快，而消失模铸造中金属液散热速度较慢，这主要与散干砂的散热速度较慢有关。在真空低压消失模壳型铸造时，金属液的充型速度较快，使得接近型腔壁的金属液散热快， 进而加快了金属液的整体冷却速度，最终金属液获得较大的过冷度，熔体内形核数目增加，使得铸件的初生相和共晶硅的晶粒尺

寸都很细小，且形成的部分细

2. 02%、164[ 7%。 6 .%3 1 ./ 6且铸件表面质量也优于消失模铸件的表面质量。REFERENCES

M AYER H, P AKYRI AP ACOU M, ZE TTL B, S ANZL— T TS CHEGG S E.I fu n e o o o i n t ai e l to i n e c fp r st o l y he f t gu i fd e mi

cs ma n s m n lmiu aly[ . n aiu,2 0, at g ei a dau n m l sJ ItJF t e 0 3 u o] g2 () 2 5 2 6 53: 4— 5 .

小枝晶在结晶潜热作用下也可能被熔断。因此，真空低压消失模壳型铸造获得的 A 5 3 6铝合金比消失模铸造获得的 A 5铝合金晶粒细小、 36铸件力学性能较优。

[] WANG Q G ONE . B NE M . h f cso p l d 2 J S P OS OR T ee e t fa pi ep e s r d rng s ld fc t n on t e mi r sr cu e a d r su e u i oi i ai i o h c o tu t r n

me hncl rp re fls fa A3 6csn s]Ad a cs c aia po et so t o m 5 at g[ . vn e i o i Ji u nu Ca t c n lg 2 2,: 5 8 nAlm i m si Te h oo yI 00 1 7— 4. ng I, 0

[]赵 3

忠，樊自田，成

平，蒋文明，董选普.A1 i -一 . Y合金 S Mg

消失模铸造振动压力凝固的组织与性能[] J.中国有色金属学报， 0 0 2 () 12— 5 6 2 1, 08: 5 0 12 .ZHAO o g AN—i n Zh n,F Zita,CHENG n,J ANG e - n, Pi g I W n mi g T ONG a— u Xu n p .M i r sr t r s a d p o e te f AIS— g Y c o t u e n r p ri s o — iM— uc

a o t irt npesr oiict ni sfr cs n[] l ywi vbai—rsuesl f ai l tom t gJ l h o di o n o ai T e hn s J un l f No fro s h C iee o ra o neru Meas 2 , 2

() tl 0 08:, 1 012 5 0-1 2 5 6.

[]冉 4

广，周敬恩，王永芳，席生岐.铸造 A3 6铝合金的微观 5

组织及其拉伸性能研究[】金属热处理，0 7 3 () 1—1. J_ 2 0,23: 3 8RAN a g,ZHOU i g- n WANG n -a g Gu n Jn e, Yo g f n,XI h n i S e g q . M i r sr cu e nd e s l o e i s f c s 5 a u n m c o tu t r a tn i pr p r e o a t A3 6 l mi u e t

T me s i/

aly[ H a ramet f tl 2 0,23: 3 1 . l e t et n Meas 0 73 () 1- 8 o T o,HI 1 A T F S U I S AR D, S L A S, O ES I V F .[] C R T G S E ANE C 5I l n e o i r t n o h o i i c t n b ha i u n e s l nf ue c fv b a i n t e s ld f a i e v o ra d t n i o i o e

图 6不同工艺下金属液的冷却曲线Fi . 6 g Co l g u v s f mo t n o i c r e o n l m ea u d r ifr n e tl n e d f e t e

p o e ss r c se

po et so nA1 w%S l yJ. tr s 2 0, 05: rp re fa—8 t i l[ Mae, 0 9 3 () i 1 ao] Del 7 1 8 . 5 5 5 0

[] 6

ZHANG M AI ER M, B, J D COCKCROFT S L. v l p n f De e o me to

4结论1 空低压消失模壳型铸造 A 5 1真 3 6铝合金组织比消失模铸造 A 5 3 6铝合金组织细小、致密，其初生相

a - tema 3D h r l mo e f te o pes e decs (P C) d l h lw—rsu i—at L D o r

po eso 5 lmiu ao h esJ. trS i n rcs fA3 6 a u n m l y w el[ Mae c E gA, l] 2 0, 6 (/)2 5 3 5 0 7 4 412: 9— 0 .L E GOVE NDE G T R S UMP E. p l aino F W A pi t f c o[】 M O L R H, 7s o e e h a te t n

t y l s n h r n d e t r a me c c e o A3 6 u o tv b a e t 5 a t mo i e r k

晶粒尺寸和共晶硅尺寸都远小于消失模铸件的，铸件孔隙率仅为 01%,远低于消失模铸造件的孔隙率 . 6(.7。 1%) 9

c l es t set ego ua ddn ri cot cue[] ai r wi r p ci lb lr n ed t m rs u trs . p he v a i c i r JTr n a to s f No e o s M ea s o i t f Ch n,2 0 a s c i n o nf r u t l S c e y o i a 01,

2 ( ) 1 8—1 8 . 09: 7 0 7 5 F I NG X ZH A0 Z An w . e[] JANGW M, AN ZL L AO D E DO 8 Is l c si g p o e sb s d o x e d b e p ae t a u m hel a t r c s a e n e p n a l a m wih v c u n

2空低压消失模壳型铸造 A 5 )真 36铝合金经 T 6热处理后的拉伸断口韧窝形貌明显，韧窝较深，且分布均匀，为韧性断口为主的断裂方式；而消失模铸造A5 3 6铝合金的拉伸断口韧窝较少、较浅，且分布不均

a dlw—rsuecsn r lmiu a dma n s m l y[ . n pes at gf u n m n g ei al s] o r i o a u o JIt Ad n vMa u T c n l2 1, l1 )2— 4 J n f eh o, 0 0 5 (/: 5 3 . 4 M, AN I ' HO Z L L AO D F Z NG . e e r h o Z R s ac n[] JANG W F 9 Ic a k n me h n s rc ig c a im o h t i s e l f te hn h l mo l i e p n a e u d n x e d bl

匀，还存在缩孔和夹杂等缺陷，为脆性断口为主的断裂方式。

p t r hl csn u n atr e v l rcs[ .C ia a e sel at gd r g p t n rmo a po esJ hn tn i i e ]

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中国有色金属学报

21 0 3年 1月

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(编辑

陈卫萍)