《表3 不同浇注工艺下ZL114A合金轴盘铸件冶金缺陷统计Tab.3 Statistics of metallurgical defects of Zl114A alloy shaft disk ca

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《车用轴盘铸件浇注系统设计与组织性能分析》

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与传统试错法和依靠经验设计相比，采用数值仿真计算，可有效缩短产品的研发周期，提高产品研制合格率。但目前多数商用铸造仿真计算软件，材料数据库与边界参数库中的可用数据有限，导致仿真计算结果与铸件实际浇注结果往往存在着一定的差距。本文考虑到铸件研制前期模具设计制造费用较高，在不投入铸件模具的前提下，采用砂型3D打印的方法制造出本文所述3种不同浇注系统的型腔，完成ZL114A合金轴盘铸件的浇铸，借助X光在线探伤对比分析不同浇注工艺下铸件内部的冶金质量。表3为ZL114A轴盘铸件内部冶金缺陷统计结果。由表3可知:浇注系统设计方案1下铸件内部共存在2处针孔与2处疏松缺陷，针孔缺陷见图4（e），疏松集中分布在铸件顶端。分析认为:轴盘铸件侧壁受黄铜冷铁激冷作用，合金熔体自外向内凝固冷却，且顶部冒口在凝固末期起到了良好的补缩；但黄铜冷铁热传导系数较高，冒口部位补缩通道受激冷作用，补缩距离随之缩短，侧壁与冒口相连部位未得到有效补缩，此区域出现了疏松缺陷[11]。浇注完成后工艺方案2的轴盘铸件内部共发现2处针孔、2处夹渣、4处疏松与1处气孔，疏松缺陷见图4（d）。分析认为:浇注工艺2下环状横浇道流程偏长，充型初期合金熔体自环状横浇道进行充填，当最远端内浇口完成充填时，熔体在横浇道内部长流程充型过程中，多次冲刷铸型型壁，卷入部分涂料产生夹渣缺陷；且横浇道上两相邻直浇道间距较大，充型初期裹入的气体来不及排逸，卷入铸件内部形成气孔缺陷。浇注工艺方案3下共存在2处针孔、5处夹渣、6处疏松、2处冷隔与3处气孔，夹渣缺陷见图4（a），冷隔缺陷见图4（b），卷入气孔缺陷见图4（c）。分析认为:浇注工艺方案3布置了大量冷铁以实现铸件自下而上与自外向内的逐序凝固，且有效提高铸件的工艺出品率（92%），结合一字型横浇道设计，实现浇注初期合金熔体的快速填充；从铸件内部冶金质量检测结果可推知:充型初期，合金熔体自直浇道快速进入横浇道，对铸型型腔产生了大面积冲刷，卷入大量夹渣；轴盘铸件外侧壁与上、下端冷铁的激冷虽有效提高了冷却速度，但凝固初期大量补缩通道受激冷作用，被阻碍而失去了凝固末期的补缩作用，且充型瞬间快速激冷形成的凝固壳层在后续合金熔体浇注过程造成了部分冷隔缺陷；且横浇道与内浇道设计截面尺寸偏大，充型初期大量气体卷入铸件内部形成了严重的气孔缺陷。