復(fù)雜鎂合金鑄件的型芯材料及清理技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)雜薄壁鎂合金鑄件的需求越來(lái)越大，鎂合金鑄件的結(jié)構(gòu)向整體化、空心薄壁化、精密化和復(fù)雜化方向發(fā)展，用于成形鑄件內(nèi)腔的砂芯變得非常復(fù)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(fù)雜鎂合金鑄件成形及其清理困難的問(wèn)題，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鎂合金航空鑄件用復(fù)雜砂芯成型性及潰散性調(diào)控機(jī)制”的資助下，系統(tǒng)地研究了復(fù)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(shù)，具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以MgSO4水溶液為主要黏結(jié)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(fù)雜鎂合金鑄件的水溶性砂芯粘結(jié)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?qiáng)化技術(shù)，分析了硫酸鎂砂芯的粘結(jié)、吸濕和抗?jié)駨?qiáng)化機(jī)理。結(jié)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(qiáng)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M(jìn)gSO4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(shí)間內(nèi)水溶。⑵以鋁礬土粉為耐火材料、硅溶膠為粘結(jié)劑、輕質(zhì)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(duì)型芯各項(xiàng)性能的影響，建立了型芯性能與影響因素之間的關(guān)系方程，探討了漿料固化機(jī)制、型芯強(qiáng)化和脫芯機(jī)理。結(jié)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(jié)工藝為燒結(jié)溫度800~900℃、保溫時(shí)間2~3小時(shí)；燒結(jié)溫度的升高可增加莫來(lái)石相（3Al2O3·2SiO2）的含量，氧化鈦的加入可提高型芯的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(xué)溶解、振動(dòng)破碎和超聲空化的型芯復(fù)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(duì)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(xué)溶解、振動(dòng)破碎和超聲波空化復(fù)合清理型芯機(jī)制。結(jié)果表明：該清理新方法及裝置可較快地清理內(nèi)腔中的殘留型芯；復(fù)合清理的優(yōu)化工藝參數(shù)為清理液NaOH濃度5wt.%、振動(dòng)電機(jī)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(dòng)破碎的作用是使

6、型芯與清理溶液的反應(yīng)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(yīng)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(shè)備進(jìn)行了實(shí)際鎂合金零件鑄造成形和鑄后清理研究。模擬分析了復(fù)雜鎂合金零件澆注時(shí)型芯的受熱溫度變化，研究了不同型芯鑄造成形復(fù)雜內(nèi)腔鎂合金零件的實(shí)際效果。結(jié)果表明：鎂合金澆注時(shí)熱容量低，型芯的受熱溫度低，溫度超過(guò)300℃的時(shí)間較短，從而導(dǎo)致鎂合金零件內(nèi)腔中的殘留型芯難以受熱潰散；采用本文