復雜鎂合金鑄件的型芯材料及清理技術研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展，復雜薄壁鎂合金鑄件的需求越來越大，鎂合金鑄件的結構向整體化、空心薄壁化、精密化和復雜化方向發(fā)展，用于成形鑄件內腔的砂芯變得非常復雜、制備成型難度大，液態(tài)鎂合金的熱容量低又使得澆注后鑄件清理更加困難。為了解決復雜鎂合金鑄件成形及其清理困難的問題，本文在國家自然科學基金項目“鎂合金航空鑄件用復雜砂芯成型性及潰散性調控機制”的資助下，系統(tǒng)地研究了復雜型芯的成型性、潰散性及其影響因素，研發(fā)了高性能的易潰散型芯材料和高

2、效的型芯清理技術，具有重要的理論和實際意義。
　　本研究主要內容包括：⑴以MgSO4水溶液為主要黏結劑，采取微波加熱固化新方法制備了高性能的水溶砂芯。確定了適于復雜鎂合金鑄件的水溶性砂芯粘結劑材料組成及固化參數(shù)，研究了硫酸鎂砂芯的性能特征及其抗?jié)駨娀夹g，分析了硫酸鎂砂芯的粘結、吸濕和抗?jié)駨娀瘷C理。結果表明：微波加熱硬化水溶性硫酸鎂砂芯，具有良好的常溫強度、表面安定性、高溫潰散性及水溶性，發(fā)氣性小，但抗吸濕性較差；硫酸鋁或高嶺土改

3、性MgSO4水溶液，均能提高MgSO4砂芯的抗吸濕性；采取在硫酸鎂砂芯表面涂刷凡士林或石蠟的方法，可大幅提高其抗吸濕性；MgSO4砂芯鑄造成形鎂合金鑄件，砂芯鑄后可在較短時間內水溶。⑵以鋁礬土粉為耐火材料、硅溶膠為粘結劑、輕質MgO粉末為固化劑，采用灌漿成形和低溫焙燒工藝制備可溶性氧化鋁基型芯。系統(tǒng)地研究了不同工藝參數(shù)對型芯各項性能的影響，建立了型芯性能與影響因素之間的關系方程，探討了漿料固化機制、型芯強化和脫芯機理。結果表明：可溶性氧

4、化鋁基型芯較佳配方為漿料粉液比2.4~2.6g/ml、固化劑加入量1~2wt.％、粗粉加入量0~20wt.%；較佳的燒結工藝為燒結溫度800~900℃、保溫時間2~3小時；燒結溫度的升高可增加莫來石相（3Al2O3·2SiO2）的含量，氧化鈦的加入可提高型芯的強度、降低型芯的溶失率和顯氣孔率，硼砂的加入可大幅提高型芯的強度、降低型芯的顯氣孔率和溶失率，石英粉的加入可提高型芯的溶失率和顯氣孔率、降低型芯的強度，氫氧化鈉堿液可較快地溶失脫除

5、氧化鋁基型芯。⑶提出了化學溶解、振動破碎和超聲空化的型芯復合清理新方法，采用研制的型芯清理裝置系統(tǒng)研究了不同工藝參數(shù)對型芯清理效率的影響，確定了優(yōu)化的型芯清理工藝參數(shù)，分析了化學溶解、振動破碎和超聲波空化復合清理型芯機制。結果表明：該清理新方法及裝置可較快地清理內腔中的殘留型芯；復合清理的優(yōu)化工藝參數(shù)為清理液NaOH濃度5wt.%、振動電機偏心塊夾角2/18π、超聲波功率1200W；堿性清理液的主要作用是溶解軟化型芯，振動破碎的作用是使

6、型芯與清理溶液的反應物較快地脫落、并利用慣性力破碎型芯，超聲波的作用是利用超聲空化效應引起的局部高壓和高溫現(xiàn)象加快型芯的清理。⑷采用自主研發(fā)的型芯材料和清理設備進行了實際鎂合金零件鑄造成形和鑄后清理研究。模擬分析了復雜鎂合金零件澆注時型芯的受熱溫度變化，研究了不同型芯鑄造成形復雜內腔鎂合金零件的實際效果。結果表明：鎂合金澆注時熱容量低，型芯的受熱溫度低，溫度超過300℃的時間較短，從而導致鎂合金零件內腔中的殘留型芯難以受熱潰散；采用本文