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28 材料工程/2012年9期 不同充型条件下应力框铸件的力学性能 MechanicalPropertiesofStressFrameCastingUnder DifferentFillingConditions 樊振中,熊艳才,洪润洲 (北京航空材料研究院,北京100095) — — — FANZhenzhong,XIONGYancai,HONGRunzhou (BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China) 摘要:通过实验与数值模拟方法研究了自由充型和低压浇注两种充型方式对A357铝合金应力框铸件铸态组织的影响, 并采用拉伸实验、SEM和EDS对T6热处理后两种铸件的力学性能及断口形貌进行了观察。结果表明:采用低压浇注 可以减少铸件的区域缩松与微观缩孔,A357铝合金铸态断裂以沿晶断裂为主,裂纹起源于组织缺陷处并不断生长增殖 直至铸件发生断裂;T6热处理后铸件主要发生韧窝断裂,断121上交错分布一定数量的沿晶断裂,华铸CAE数值模拟研 究证实了低压浇注充型方案的优越性。 关键词:低压浇注;力学性能;应力框铸件;A357铝合金;华铸CAE 中图分类号:TG244.2 文献标识码:A ——— 文章编号:10014381(2012)09002807 — — Abstract:TheinfluenceofgravityfillingandlOWpressurefillingonthecaststructureofA357alumi numalloystressframewasinvestigatedbytestandnumericalsimulationmethods.Themechanical propertiesandfracturemorphologyoftwocastingswerealsoobservedwiththeuseoftensiletest, — SEMandEDSafterT6heattreatment.TheresultsindicatethatlOWpressurefillingcanreducethe — castingshrinkageandmicro~cavityregion.CrystalfractureistheprincipalsplitpatternofA357alumi numalloyincastingstate,cracksappearandfastgrowuntilcastingfracturefromthedefectarea. DimpleruptureisthemainfracturefactorwithsomecrystalfractureafterT6heattreatment.China — castCAEsimulationstudyconfirmsthatthelowpressurefillingissuperiority. — Keywords:lowpressurefilling;mechanicalproperty;stressframecasting;A357aluminumalloy;China castCAE 铝硅系铸造铝合金具有流动性好、气密性好、收缩 率低和热裂倾向小等特点,经过变质与热处理后,具有 良好的力学性能、物理性能、耐蚀性能和机械加工性 能,是应用最为广泛的一类铸造合金[1J。A357铸造铝 合金具有较好的充型流动性与力学性能,常用来生产 形状复杂、承受中等载荷的工程构件,在航空航天领域 得到了广泛的应用与发展]。 目前国内关于A357铸造铝合金力学性能的研究 开展较多_3],研究对象一般选取为应力框铸件,这些研 究往往侧重于热处理温度,热处理时间,合金变质元素 添加,共晶硅粒子形貌、排列、取向等对A357铝合金 铸件力学性能的影响],而针对充型方式对铸件力 学性能影响的研究报道较少。 在A357铝合金铸件的实际生产过程中,浇注充 型阶段往往由于紊流、卷气而产生的夹杂、粘砂、缩松、 缩孔等铸造缺陷,降低了铸件的力学性能。本工作以 应力框铸件为研究对象,分别考察了低压浇注与自由 充型条件下A357铝合金应力框铸件的力学性能,并 在此基础上研究了T6热处理后的力学性能,结合实 验参数,采用华铸CAE软件对应力框铸件的低压浇 注与自由充型过程进行了数值模拟。 1实验材料与方法 1.1实验材料 应力框铸件的尺寸如图1所示,图1(a)为三维形 状示意图;图1(b)为三维尺寸示意图。实验所用合金 —— 为AlSiMg系A357铸造铝合金,其化学成分见表1。 实验分别采用低压浇注与自由充型,自由充型下 直浇道、横浇道、内浇道的浇道截面比设计为 1:1.6:2.5;低压浇注下直浇道与内浇道的截面比为 1.7:1,低压浇注工艺参数如表2所示。为减少其他 38 材料工程/2012年9期 (2)FeO。/Ag核壳纳米复合材料导电率为0.317 S/cm。— (3)aFeO。粒子具有超顺磁性,其饱和磁化强度 为1.28A・in・kg一,矫顽力为8.2784kA・m_。。— aFeO。/Ag核壳粒子饱和磁化强度为0.92A・m。・ — kg,矫顽力与aFe。O。粒子基本一致。 参考文献 — — [1]BAOYuping,HECTORCALDERON,KANNANMKRISH — — NAN.SynthesisandcharacterizationofmagneticopticalCoAu— — coreshellnanoparticles[J].PhysChemC,2007,111(5):1941 1944. — — E22xuZhi~chuan,HOUYanglong,SUNShouheng.Magneticcore/ shellFe3O4/AuandFe304/Au/Agnanoparticleswithtunable — plasmonicpropertiesI-J].AmChemSoc,2007,129(28):8698 8699. — — E33XUANShouhu,WANGYi~xiang,JIMMYYU,eta1.Prepara tion,characterization,andcatalyticactivityofcore/shellFea04/ polyaniline/Aunanocomposites[J].Langmuir,2009,25(19):— 1183511843. r41LIDIAARMELAO,MICHELEPASCOLINI,ELENABIAS10一 — — L0,eta1.InnovativemetaloxidebasedsubstratesforDNAmi — croarrays[J].InorganicaChimicaAeta,2008,361(1213):3603— 3608. 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E14]WANGXH,WANGLX,JINGXB,eta1.Thermalbehaviorsof — dopedpolyaniline[J].SyntheticMetals,1995,69(13):265~ 266. —— 收稿日期:2011-05-19;修订日期:20120313 作者简介:郭巍(1979一),男,博士研究生,主要从事功能高分子材料研 究,联系地址:北京市丰台区杜家坎21号院研究生78队(100072),— Email:syfdgwl979@sina.eom 通讯作者:吴行(1962一),男,教授,主要从事功能聚合物材料和环境友 好特种涂覆层防护材料研究,联系地址:北京市丰台区槐树岭3号院二 — 室(100072),Email:hang7wu@yahoo.corn.cn 米米柴米米柴米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 loysduringsolutionheattreatment[J].MaterialsandDesign [3]解传浩,陈振中.A357铸造铝合金拉伸性能研究口].沈13航空工 — 业学院学报,2010,27(1):57. [4]KENGAII,MARKHORSTEMEYER.Finiteelementanalysis ofthestressdistributionsneardamagedSiparticleclustersincast— AlSialloys_J].MechanicsofMaterials,2000,32(4):277~301. 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