熔模鑄造是目前國際上較為的鑄造技術(shù)之一。熔模鑄造從原理上講適合于制備小體積高精密的鑄件。目前它已用于生產(chǎn)鋁合金甚至鎳基超合金。在鎂合金鑄件的發(fā)展歷程中,有些工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一些部位壁厚非常薄,并且對表面粗糙度和尺寸公差要求嚴格,則可以采用熔模鑄造來生產(chǎn)。
采用熔模鑄造法生產(chǎn)鑄件時具有不需取模、無型芯和無分型面等特點,因而其鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近于熔模精鑄件。此外,熔模鑄造為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度,原來多個零件組裝的構(gòu)件,可以通過分片制型后粘合成一體實現(xiàn)整體澆注,因此可以經(jīng)濟地生產(chǎn)許多復(fù)雜零件。但是,熔模鑄造的設(shè)備投入和單位鑄造成本高,工件尺寸有限。此外,鎂與熔模鑄型材料和粘結(jié)材料用氧化物陶瓷之間存在高活性反應(yīng),從而大大地限制了其應(yīng)用。生產(chǎn)鎂合金薄壁件時需要預(yù)熱鑄型以便填充薄壁部位,然而預(yù)熱溫度和澆注溫度過高將促進鎂合金與鑄型間的反應(yīng)。有研究表明采用低的鑄型預(yù)熱溫度時,ZrO2是一種很有前景的鑄型材料。
3)軋制成形:鑄造成平面形狀且有圓形邊緣的鎂錠可以用來進行厚板和薄板的軋制。一般鎂合金厚板厚度范圍為11.0mm—70mm,薄板厚度為0.8mm—10mm。鎂合金的冷軋性能不佳,一般厚板可以在熱軋機上直接生產(chǎn),而薄板一般采用冷軋和溫軋兩種方式生產(chǎn)。
鎂合金熱軋時,一方面要鑄態(tài)組織得到充分變形,達到改善組織的目的,因此要有一定的變形量;另外,由于多晶鎂合金滑移系少,晶粒不易產(chǎn)生宏觀屈服而易在晶界產(chǎn)生大的應(yīng)力集中,合金很容易發(fā)生晶間斷裂。試驗研究發(fā)現(xiàn)開坯時變形量控制在壓下量s二30%左右合適。鎂合金板材在軋制以后一般要進行退火及熱處理,加工組織發(fā)生再結(jié)晶。其退火溫度應(yīng)選擇在靠近完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)。
2.2超塑性變形
超塑性是指晶體材料在拉伸時表現(xiàn)出大的應(yīng)變。已有的研究結(jié)果表明,鎂合金在一定條件下不但具有很高的塑性,而且甚至出現(xiàn)明顯的超塑性。當(dāng)晶粒細化到一定程度(約10—6m),鎂合金可獲得相對的超塑性。通常超塑性現(xiàn)象主要發(fā)生在高溫(約等于0.7Tm,Tm為材料的熔點),應(yīng)變速率相對較低,工業(yè)生產(chǎn)中受到限制。Langdon提出了超塑性變形的兩個必要條件:①局部縮頸受到限制;②空洞內(nèi)部相互連接受到抑制。目前,采用高應(yīng)變速率超塑性成形和低溫超塑性成形獲得細小晶粒。其中,等通道角擠壓技術(shù)是低溫超塑性的一種方法,在200℃溫度下可使AZ91鎂合金延伸率達到675%。
半固態(tài)成形過程一般包括非枝晶組織的制備、二次加熱和半固態(tài)成形3個步驟。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提,機械攪拌法是早采用的方法,其設(shè)備構(gòu)造簡單,但工藝參數(shù)不易控制,很難產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。目前工業(yè)化生產(chǎn)中,應(yīng)用為廣泛的方法有:電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?SSIT)以及化學(xué)晶粒細化法等。
3.1電磁攪拌法
利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地攪動,使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產(chǎn)直徑不大于150mm的棒坯。該方法在很大程度上克服了機械攪拌的缺點,可實現(xiàn)連鑄,生產(chǎn),是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用為廣泛的一種方法。
3.2應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)
預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細小的合金錠,再將合金鑄錠進行足夠的預(yù)變形,然后加熱到半固態(tài)。在加熱過程中,先發(fā)生預(yù)變形,然后部分熔化,使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀,形成半固態(tài)合金材料。此方法對制備較高熔點的非枝晶組織合金具有特的性,但只能制備直徑小于60mm的坯料。
3.3半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?br />
在合金熔融狀態(tài)時加人變質(zhì)元素,進行常規(guī)鑄造,然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進行保溫處理(半固態(tài)等溫?zé)崽幚?,終獲得具有觸變性的非枝晶組織。主要工藝參數(shù)有添量元素的種類、加入量、半固態(tài)等溫溫度和保溫時間等。
3.4化學(xué)晶粒細化法
是近幾年開發(fā)的新方法。通過添加晶粒細化劑或變質(zhì)劑,增加外來晶粒數(shù)量或改變結(jié)晶方式來細化晶粒組織,使生產(chǎn)的錠坯適合于半固態(tài)鑄造。據(jù)報道,挪威NorskHydro公司已經(jīng)通過化學(xué)晶粒細化法與特殊的凝固條件結(jié)合制備了鎂合金AZ91的細晶粒鑄錠。
半固態(tài)觸變成形之前,先要進行局部重熔(二次加熱)。應(yīng)根據(jù)加工零件大小分割具有非枝晶組織的坯料,然后將其加熱到半固態(tài)溫度后再進行成形加工。其目的一是為了獲得不同工藝所需的固相體積分數(shù),二是將有些工藝(電磁攪拌,化學(xué)晶粒細化法等)獲得的細小枝晶碎片逐漸長大,并轉(zhuǎn)化成球狀結(jié)構(gòu),從而為觸變成形創(chuàng)造有利條件。
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