在常規(guī)壓鑄工藝中，采用真空輔助工藝來提高鑄件的力學性能一直是廣大研究人員和生產(chǎn)部門感興趣的課題。有關這方面的報道很多[1～4]。真空的應用已被證明能減少鑄件的氣孔缺陷。其鑄件內(nèi)的氣孔尺寸較小且在鑄件斷面上的分布較均勻。與常規(guī)壓鑄不同，半固態(tài)金屬的粘度高、流動特性不同，所以半固態(tài)金屬壓鑄過程中真空對壓鑄件性能的影響如何，澆注系統(tǒng)對真空影響有什么作用等是本文研究的重點。

1　試驗過程

1.1　試驗設備

布勒(Buhler)壓射控制壓鑄機(H-250 SC);阿爾發(fā)(Alpha 1)單線圈感應加熱體;Foudarex真空系統(tǒng)。

1.2　試驗材料

經(jīng)碎晶處理的鋁合金(A356)。

1.3　試驗工藝

(1) 采用扇形單澆道和分支澆道兩種不同的澆注系統(tǒng)壓型進行試驗，試件壁厚為5 mm。

(2) 將鋁合金錠加熱至半固態(tài)(60%固體)，置于壓鑄機的壓室內(nèi)，壓射成型。

(3) 切取試樣進行抗拉強度試驗、伸長率試驗、微觀組織分析。

2　結果與分析

2.1　真空對金屬流動的影響

常規(guī)的真空壓鑄中，必須加工特殊的真空插管。插管的作用是使金屬在流入真空閥系統(tǒng)之前固化金屬，避免細小的鋁金屬顆粒聚結在過濾器上。這些顆粒一旦進入真空罐，會造成真空泵的機械損壞。通常該插管置于閥和型腔之間(見圖1)。這種曲線真空管設計的目的，是為了避免上述的兩個情況。

設想半固態(tài)金屬與常規(guī)壓鑄金屬比較，有較高粘度的層流特性和低的熱容量，且鑄件在真空管內(nèi)凝固較快。另外，半固態(tài)金屬的層流壓射會大大降低金屬液滴

2.3.1　扇形單澆道

靠近表面區(qū)的微觀組織圖片如圖3、圖4所示，表明在有無真空輔助工藝的情況下，鑄件晶粒大小相差不大;在真空下，鑄件微觀組織中單位面積上近球狀晶粒數(shù)較無真空情況少，同時鑄件上的氣孔也少。這一點說明真空有助于減少鑄件的氣孔含量，但在觸變鑄造中表現(xiàn)不明顯。

2.3.2　分支澆道

靠近表面區(qū)的微觀組織圖片如圖5、圖6所示，顯示無論是真空輔助還是無真空輔助，在鑄件試樣中存在較高的氣孔量，且單位面積上近球狀晶粒數(shù)量較少。這說明真空輔助工藝在分支澆道系統(tǒng)中對降低鑄件的卷氣量影響不大，即微觀照片上鑄件表面內(nèi)的氣孔含量總量幾乎一致。

比較圖3與圖5(或圖4和圖6)，我們還可以看出在扇形單澆道中制備的鑄件，其微觀組織比由分支澆道制備的鑄件細致、晶粒尺寸略小，氣孔數(shù)量明顯減少。

3　結　論

在常規(guī)壓鑄中，采用真空輔助工藝金屬易于流入型腔，特別是充填薄壁和形狀復雜的部位，鑄件缺陷(如澆不足等)少，但通常需加工一個費用高、形狀復雜的曲線真空管系統(tǒng)來固化更多的液體金屬。

半固態(tài)金屬的粘度太高，真空對半固態(tài)金屬壓鑄工藝的影響不會產(chǎn)生明顯的金屬材料被吸附現(xiàn)象，因而只需加工直線真空管連接在模具上，就可以使金屬在到達真空系統(tǒng)之前固化。

在半固態(tài)金屬真空輔助觸變鑄造中，扇形單澆道系統(tǒng)使抗拉強度和伸長率分別提高約14%和15%;分支澆道系統(tǒng)提高抗拉強度約4%，伸長率幾乎不變。

從兩種橫澆道系統(tǒng)(扇形單澆道和分支澆道)研究結果可看出：金屬能很快達到閥體的位置，并在真空和無真空兩種工藝情況下呈現(xiàn)相同結果。同時，在扇形單澆道和分支澆道的兩種橫澆道系統(tǒng)中，充填金屬均能到相同的鑄件部位，且鑄件鑄態(tài)表面品質(zhì)在有無真空的條件下變化不大。這些充分說明在觸變鑄造時，有無真空輔助以及不同橫澆道系統(tǒng)對金屬的充型能力影響不大。

2.2　力學性能

表1顯示的結果說明了真空對兩種不同澆注系統(tǒng)(扇形單澆道、分支澆道)情況下鑄件力學性能的影響。

表1　試樣的抗拉強度測試結果

真空

輔助澆道流速伸長率極限抗拉強度*(平均值)試樣

數(shù)量

m/s%MPa

扇形單澆

道系統(tǒng)

有9.55

9.554.07

4.68207.9

237.44

6

分支澆道

系統(tǒng)無

有11.72

11.721.73

1.61196.14

204.564

6

表中的試驗數(shù)據(jù)顯示兩方面的結論。相同澆注系統(tǒng)生產(chǎn)的試件，真空可以提高鑄件的抗拉強度14%(扇形單澆道)、4%(分支澆道)和伸長率15%(扇形單澆道)。分支澆道系統(tǒng)下試樣的伸長率變化表現(xiàn)不明顯;不同澆注系統(tǒng)生產(chǎn)的試件中，扇形單澆道系統(tǒng)鑄件的抗拉強度比分支澆道系統(tǒng)鑄件的抗拉強度高6%(無真空)和16%(真空)，而扇形單澆道鑄件的伸長率比分支澆道高191%(真空)和135%(無真空)。從抗拉強度和伸長率的絕對值來看，扇形單澆道系統(tǒng)生產(chǎn)的鑄件比分支澆道系統(tǒng)的鑄件高得多。

2.3　真空對微觀組織的影響

將鑄件加熱到540 ℃，保溫一段時間，鑄件中卷入的氣體膨脹，使得試樣變形并生成表面氣泡。試驗中發(fā)現(xiàn)在扇形單澆道系統(tǒng)中，真空對鑄件氣孔量有所影響，即減少了鑄件的氣體含量;而分支澆道系統(tǒng)，有真空和無真空輔助對鑄件氣孔量的影響不大，鑄件上的氣孔率幾乎是相同的。這一點說明真空輔助工藝減少含氣量的作用只適用于那些宜半固態(tài)金屬鑄造的澆道系統(tǒng)。

微觀組織的改變可以反映材料的力學性能變化。通過觀察拋光試樣表面的微觀組織，也可以認識到材料宏觀性能的變化原因。圖3～圖6清楚地表明在觸變鑄造中真空并不影響材料的微觀組織。這種情況在兩種澆道系統(tǒng)都存在。