机械振动对ZL205A合金低压铸造凝固补缩的影响

 吴士平1  王汝佳1  陈  伟1  蒋  清2  肖文峰2  张建兵2  程卫鑫1  陈成龙1

 （1．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院；2．首都航天机械公司）

摘要在ZL205A合金低压铸造铸型上施加水平方向的振动，研究了振动对ZL205A铸件缩松的分布规律。结果表明，振动可以有效地提高铸件的补缩效率，随着振幅的增加，缩松的分布减少，随着频率的升高，缩松的分布也减少。

 关键词  振动；ZL205A合金；低压铸造；凝固；补缩

 中图分类号  TG249.2；TH113；TG146. 21  DOI:10. 15980/j．rzzz. 2016. 06. 014

 低压铸造生产ZL205A合金铸件时，会有缩松缺陷发生，因此造成铸件生产一次成品不稳定，严重影响了生产的进度和生产效率。研究表明，振动技术能提高铸件的形核率和强度，同时还可以提高合金的补缩效率。因此，振动技术在砂型重力铸造中得到了广泛的应用。将振动技术引用到低压铸造，特别是引入到ZL205A合金铸件的低压铸造中来是一次全新的尝试。本课题将振动引入ZL205A合金低压铸造中，试图解决ZL205A合金铸件的凝固补缩效率，同时提高ZL205A合金铸件的生产稳定性和生产效率，进一步改善低压铸造技术。

1  试验方法

 振动凝固补缩试样设计成薄板形，凝固补缩试样尺寸为120 mm×80 mm×15 mm，浇注通道的直径也为15 mm，见图1。试验所用合金材料是ZL205A合金。铸型采用树脂砂造型，浇注温度为700℃，充型压力为75 k Pa，保压压力为0.15 M Pa。

图2为试验压振动铸造试验装置示意图。由图2可知，振子振动通过导杆作用到凝固的合金铸件中，影响铸件的凝固过程。其中低压振动铸造装置由惯性振动电机、变频器等组成，振幅通过调节偏心块的数量来调节，振动频率由变频器调节，改变振动电机的转速可以改变频率。

 充型结束后开启振动装置，研究振动参数对ZL205A合金低压铸造铸件缩松的影响，试验方案见表1。采用了6组不同的振动工艺参数，其他条件相同，研究不同振动条件下铸件的缩松分布。

2  试验结果和分析

 6组试样的试验在相同的充型速度、保压压力和浇注温度下完成的，这样可以消除浇注因素的干扰，使ZL205A合金试样只在不同的振动条件下凝固。采用1号工艺铸造获得的ZL205A合金低压铸造试样见图3。

 用X射线实时成像仪对上述6组试样进行探伤检测，并观察铸件中的缩松情况，其中振动频率为0.50Hz，振幅为0、0.8、0.5 mm的X射线探伤结果见图4～图6。

 试验所得到的合金铸件经X射线探伤，通过OLY-CIAm3金相图像分析系统进行分析统计，将以上各组铸件中缩松缺陷所占铸件截面的面积分数进行数值统计，见表2。

 从表2可知，施加机械振动后，铸件的缩松所占面积分数减小，缩松缺陷分布得到减轻。说明机械振动在ZL205A合金低压铸造生产中促进了合金凝固补缩。

 另外可以看出，缩松分布随振动频率的增大而减少，没有施加机械振动的铸件中存在严重的缩松分布，施加机械振动后缩松分布减轻。当振动频率达到50Hz，振幅为0.8 mm时，缩松所占面积分数最小，此时缩松缺陷最少。

 另外，缩松随振幅的增大而减小，施加机械振动后缩松缺陷减少。当振幅为达到0.8 mm，频率为50 Hz时，缩松缺陷最少。

 对比以上各组试样中缩松的面积分数变化可知，机械振动在一定的频率和振幅范围内，缩松随频率的提高而减少，随振幅的增大也减少。究其原因，是因为机械振动会引起高频度的剪切运动，一方面会降低糊状凝固合金的粘度，因此增加了补缩时间，同时，振动会导致糊状合金的凝固发生一定的弹塑形变形，这也会一定程度上提高对孔洞的补缩，另一方面，振动会松散已经搭接的固相骨架，会使已凝固的骨架坍塌，进而重新打开补缩通道，一定程度上也会提高补缩能力。总之，低压铸造过程施加振动会提高铸件的补缩能力。

3  结  论

 (1) ZL205A合金铸件中缩松随振动频率和振幅的增加不断减轻，频率为50 Hz，振幅为0.8 mm时，振动对缩松的减少最明显。

 (2)振幅对ZL205A合金铸件中缩松的影响强于频率。