作者：张毅
压力铸造技术由于高速充型和高压凝固而区别于其他铸造方法，易获得组织均匀、晶粒细小、表面精度高的铸件。然而，压铸过程中由于高速充型使金属流体极易发生卷气，在铸件内部形成孔洞缺陷。为降低或消除型腔气体对压铸成形的不利影响，国内外研发了许多新的压铸技术。其中，真空压铸技术在继承普通压铸工艺优势的同时能够改进压铸件的性能，得到越来越多压铸企业的重视和应用。本课题以发动机缸体压铸件为对象，利用Magma软件对其压铸过程进行数值仿真分析，对比研究了压铸件抽真空前后铸件微观组织形貌特征以及铸件性能差异。
1 发动机缸体数值模拟分析
1.1 模拟参数设置
1.1.1化学成分
铸件材质为Al-9Si-3Cu合金，合金成分见表1；浇注温度为650 0C，型芯和模具材质都选用X40CrMoV5，初始温度为150oC；冷却介质为水。
1.1.2传热边界条件
在压铸充型过程中铸件与模具、模具与模具、型芯与型芯、型芯与模具的传热系数均设为7 000W／(m2．K)；模具与冷却水的传热系数为2 500W／(n2．K)。
1.1.3压铸工艺参数
普通压铸工艺开始充填时型腔的初始压力为101.3kPa，真空压铸工艺开始充填时型腔的初始压力为50.6kPa。两种工艺的其他压铸参数均相同：压室长度（含料饼）为1200 mm，冲头直径为140 mm，慢压射速度和快压射速度分别为0. 25、4.5 m/s。
1.2 数值模拟结果分析
1. 2.1 型腔气体压力分析
图1为型腔气体压力模拟图。图1中，普通压铸充型过程中型腔局部的最大压力为349.9 kPa（见图1a），同一位置真空压铸充型过程型腔局部的最大压力为232.8 kPa（见图lb），相差近一个大气压；其次，从该发动机缸体的结构分析，发现在铸件结构复杂的部位，局部气体压力较大；从整个铸件的气压分布结果分析可知，真空压铸过程中铸件局部的压力明显小于普通压铸过程。
1.2.2铸件卷气模拟结果
图2为压铸件的卷气模拟对比图。可以看出，真空压铸（见图1b）与普通压铸（见图1a）的可能发生卷气的分布位置相似，可以确定压铸件的卷气分布情况受铸件结构的影响较为明显。因此，在铸件浇注系统以及排溢系统不变的情况下，铸件内可能发生卷气的位置基本保持不变。同时，真空压铸铸件的卷气情况明显改善。
2 发动机缸体压铸件对比分析
2.1微观组织分析
发动机缸体压铸件是Al-Si系合金，具有良好的铸造性能、抗腐蚀性能、力学性能等优点。在压铸过程中形成了Al2 Cu、Mg2Si、AI2MgCu和AICuMgSi等可热处理相，使合金具有良好的综合性能。
图3和图4分别是普通压铸和真空压铸试样的微观组织。可以看出，普通压铸试样组织夹杂和孔隙较多，而真空压铸试样的夹杂和孔隙较少，且组织较为均匀。图5为试样的CT扫描图，可见铸件内部孔洞情况，白色的点状为铸件内的孔隙。其中“EA”指真空压铸试样，其他是普通压铸试样，图5左下角是试样扫描时的摆放位置关系图，可以看出，EA2-4试样没有明显的孔隙，而2-4试样的孔隙大且较多，所以真空压铸铸件的孔隙比普通压铸试样少。
2.2性能测试对比分析
拉伸试样尺寸见图6。
试验采用阿基米德方法测量拉伸试样的致密度，选用精度为0. 01 g的天平，利用1 mL和0.1 mL分度的量筒测量试样的体积，每一个试样每次操作3次，取测量的平均值。拉伸试样的力学性能、质量、体积以及密度见表2（其中“EA”指真空压铸试样）。
图7为2-7试样断面形貌。图8为真空压铸和普通压铸试样的力学性能。可以看出，常规压铸试样1—7、2-7和4-2的抗拉强度均比真空压铸件EAl-7、EA2-7、EA4-2的抗拉强度差，试样的伸长率和抗拉强度的变化一致。在这些试样中，2-7和EA2-7试样的抗拉强度和伸长率最小，试样致密性最差。在2-7试样的断面图（见图7）中，可以发现缩孔，白色线标记的区域就是缩孔的轮廓，而在其他试样断面未发现如此明显的缩孔或气孔，因此该试样的抗拉强度最低。由表2可以看出，试样的力学性能都随着各自试样的致密度增大呈增大趋势。即随着试样的致密度的增大，组织致密性提高，孔隙率改善，试样的力学性能提高。
3 结 论
(1)真空压铸充型过程中的流体速度在短流程内比普通压铸充型过程中的流体速度大。
(2)抽真空能有效降低充型过程中的气体压力以及改善铸件的卷气情况。
(3)真空压铸工艺能有效降低铸件孔隙率，提高组织致密性，改善铸件性能。
4摘要
以发动机缸体压铸件为对象，利用Magma软件对真空压铸充型过程的气体压力情况和卷气情况进行了数值仿真分析，并通过金相组织观察、CT扫描、力学性能试验和致密度测定，分析了真空压铸对发动机缸体铸件品质的影响，探求了致密度对铸件性能的影响。结果表明，抽真空能减少压铸充型过程中型腔内的气体压力，改善铸件的卷气，且真空压铸工艺能有效降低压铸件的孑L隙率，提高组织致密性，改善铸件性能。
