镁合金陶瓷型精密铸造工艺及组织性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文镁合金陶瓷型精密铸造工艺及组织性能研究摘要本文采用SiO2陶瓷型，利用重力铸造和低压铸造方法制造了中、小型的镁合金模具。研究了不同工艺下陶瓷型的强度和表面质量；研究了浇注温度及压力对于镁合金成形性的影响规律；分析了陶瓷型精密铸造镁合金的微观组织及室温力学性能；分析了界面反应及其产物；通过热力学计算得出了镁合金与SiO2的反应起始温度。主要成果如下：（一）开发的镁合金陶瓷型铸造的工艺为：母模处理—涂刷硅橡胶—抽真空—灌石膏—硅橡胶/石膏模起模—配水解液—配陶瓷浆料—灌浆—起模—喷烧—焙烧—制作砂型—合金冶炼—浇注

2、—开箱—检验。（二）研究成果表明：耐火材料的粒度、粉液比、起模时间等因素都会影响陶瓷型的强度及表面质量。通过正交试验得出：耐火材料的最佳配比为：40-50目：30%，100-140目：10%，270-320目：60%；最佳的粉液比为：3.2：1。而起模时间根据制件的大小而定：小件的为5分钟左右，而大型的为20分钟左右。为了防止SiO2在870℃发生相变而引起较大的裂纹，因此焙烧温度定位850℃，温升速度为3℃/min，保温一小时，以消除其中有机物，防止其与镁合金的反应。（三）对于较小铸件采用陶瓷型铸造时，宜采用重力铸造顶注式浇注系统；

3、而对于中大型铸件，重力铸造成形困难，会产生缺肉、冷隔等缺陷，则宜采用低压铸造，压力为0.07Mpa。镁合金陶瓷型精密铸造能获得高的尺寸精度和表面光洁度：重力和低压铸件尺寸表面可分别达到1.89µm和1.94µm。（四）陶瓷型铸造NZK30合金（Mg-3Nd-0.3Zn-0.5Zr），铸件组织的平均晶粒尺寸：62-66µm，平均抗拉强度155MPa左右。力学性能主要由其晶粒尺寸决定，晶粒尺寸主要由冷却速度决定。陶瓷型铸造冷却速度缓慢，因此晶粒较为粗大，力学性能较低，重力浇注和低压浇注差别不大；金相组织由α-Mg基体以及Mg12Nd相组成

4、；断裂方式为脆性的解理断裂。I上海交通大学硕士学位论文（五）在无保护措施的情况下，镁会和SiO2在700℃左右发生反应生成Mg2Si和2Mg+SiO=Si+2MgO2Mg+Si=MgSiMgO，其反应方程式为：22。改进措施有：降低浇注温度到730℃左右，从热力学上减缓反应进行；在砂型中添加硫粉，硫粉遇到高温合金液时生成SO2,消耗掉型腔内的氧气，并和镁生成MgS保护膜；同时添加硼酸，通过硼酐在高温下溶解MgO形成3MgO•B2O3釉质膜发挥作用。关键词：镁合金，陶瓷型，精密铸造，工艺，组织性能，热力学，界面反应II上海交通大学硕士学

5、位论文StudyofCeramicDecisionCasting,MicrostructuresandPropertiesofMagnesiumalloyABSTRACTInthispaper,ceramicmouldisusedtoproducesmallandmedium-sizedmagnesiummouldsbygravitycastingandlow-pressurecasingrespectively.Theinfluencesofdifferenttechnologiesontheintensityandsurfaceq

6、ualityarestudied;theinfluencesofpouringtemperatureandpressureontheformabilityofthealloysarestudied;themechanicalpropertyandmicrostructureofthemouldareanalyzed;thefacialreactionanditsproductionbetweenSiO2andMg;thestartingtemperatureofthefacialreactionbythermodynamiccalcu

7、lation.Themainresearchresultsarethat:1.ThestudiedtechnologyofCeramicDecisionCastingis:thecleanoffemalemold---brushingsiliconrubber---vacuum-pumping---plasterstuffperfusion---siliconrubber/plastermouldrapping---makeupethylsilicatehydrolysate---makeupceramicstuff---cerami

8、cstuffperfusion---ceramicmouldrapping---torchfiring---roasting---sandmouldmaking---alloysmelting---alloypourin