導(dǎo)讀：采用真空差壓鑄造法制備ZL114A合金試樣，借助金相顯微鏡、掃描電鏡及顯微硬度計(jì)研究了分級(jí)加壓壓差對(duì)真空差壓鑄造ZL114A合金微觀組織及顯微硬度的影響。結(jié)果表明，分級(jí)加壓壓差顯著影響ZL114A合金的顯微組織和性能。在分級(jí)加壓壓差為35~185kPa的范圍內(nèi)，隨著分級(jí)加壓壓差增加，金屬液的擠滲能力也逐漸增強(qiáng)，ZL114A合金的初生相形貌由粗大的樹狀晶向細(xì)小的薔薇晶與等軸晶轉(zhuǎn)變，組織明顯細(xì)化，共晶硅也由粗大的棒狀或針片狀向細(xì)小的棒狀或圓粒狀轉(zhuǎn)變；同時(shí)合金的顯微硬度顯著提高，當(dāng)分級(jí)加壓壓差為185kPa時(shí)，其顯微硬度為96.9HV，相比在壓差為35kPa的條件下提高了33.4%。
ZL114A合金作為一種傳統(tǒng)的鑄造Al-Si系合金，以其優(yōu)良的可塑性與鑄造性能被廣泛應(yīng)用，但較差的強(qiáng)度限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用，如何提高其性能成為許多研究者關(guān)注的問題。目前，對(duì)鑄造Al-Si合金進(jìn)行變質(zhì)處理、改進(jìn)鑄造工藝以及合金化等手段在一定程度上可改善其性能。真空差壓鑄造在鑄造過程中能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)充型以及有較好的凝固補(bǔ)縮效果，其基本原理是在真空條件下低壓充型、高壓結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)鑄件的精密成形，因此常用來生產(chǎn)高質(zhì)量的大型復(fù)雜薄壁件。分級(jí)加壓真空差壓鑄造相對(duì)于傳統(tǒng)的真空差壓鑄造工藝可以進(jìn)一步加大凝固壓差，在分級(jí)加壓壓差的作用下，金屬液具有強(qiáng)勁的擠滲補(bǔ)縮作用，這會(huì)使得凝固初期形成的枝晶骨架被打碎，破碎的枝晶骨架分散在基體中形成大量異質(zhì)形核核心，從而進(jìn)一步細(xì)化晶粒并減少縮松、縮孔，提高了合金的性能。因此，本課題通過研究分級(jí)加壓壓差對(duì)真空差壓鑄造ZL114A合金微觀組織及顯微硬度的影響，以期獲得性能更好的ZL114A合金鑄件。
1試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為ZL114A（ZAlSi7Mg1A），其化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)設(shè)備采用課題組自主研制的VCPC型真空差壓鑄造設(shè)備，該設(shè)備的原理示意圖及真空差壓分級(jí)加壓鑄造工藝實(shí)驗(yàn)的理想曲線圖見圖1和圖2。試樣采用外形尺寸為Φ60mm×210mm圓棒，具體的真空差壓鑄造工藝參數(shù)見表2。
表1ZL114A合金的主要化學(xué)成分wb/%

1.上罐2.鑄件3.隔板4.下罐5.升液管6.熔煉金屬液7.調(diào)節(jié)閥8.真空泵9.下罐儲(chǔ)氣罐10.上罐儲(chǔ)氣罐11.開關(guān)閥12.進(jìn)氣管13.鑄型
圖1真空差壓鑄造設(shè)備系統(tǒng)原理圖

圖2真空差壓分級(jí)加壓鑄造工藝曲線
表2試驗(yàn)工藝參數(shù)

2分級(jí)加壓壓差對(duì)微觀組織的影響

不同分級(jí)加壓壓差下真空差壓鑄造ZL114A合金試樣的鑄態(tài)顯微組織見圖3?？梢钥闯?，35kPa時(shí)合金微觀組織較為粗大，呈現(xiàn)出形狀大小不規(guī)則的樹狀枝晶；85kPa時(shí)部分形狀大小不規(guī)則的樹狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇晶，并出現(xiàn)大量的柱狀晶；135kPa時(shí)，組織中還存在較多分布不均且尺寸較大的晶粒，但樹枝晶基本消失，局部組織出現(xiàn)較為均勻的薔薇晶與等軸晶，且薔薇晶尺寸有較為明顯的減?。划?dāng)185kPa時(shí),凝固組織明顯被細(xì)化，大多數(shù)尺寸較大的等軸晶和薔薇狀晶粒都轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小圓整的等軸晶，組織更加均勻。

（a）35kPa（b）85kPa

（c）135kPa（d）185kPa
圖3不同分級(jí)加壓壓差下的金相組織
圖4為不同分級(jí)加壓壓差下真空差壓鑄造ZL114A合金的共晶硅形貌。可以看出，35kPa時(shí),存在大量粗大不均分布的棒狀或針片狀共晶硅組織,見圖4a；當(dāng)分級(jí)加壓壓差為85kPa時(shí)，粗大棒狀或針片狀共晶硅組織減少，共晶硅明顯被細(xì)化，見圖4b；分級(jí)加壓壓差為135kPa時(shí)，粗大棒狀或針片狀的共晶硅組織進(jìn)一步減少，并出現(xiàn)大量細(xì)小的短棒狀共晶硅,見圖4c；185kPa時(shí)只出現(xiàn)細(xì)小的圓棒狀以及圓粒狀的共晶硅，粗大針片狀的共晶硅組織基本消失,見圖4d。

（a）35kPa（b）85kPa
（c）135kPa（d）185kPa
圖4不同分級(jí)加壓壓差下ZL114A合金共晶硅SEM形貌
分級(jí)加壓差壓對(duì)真空差壓鑄造ZL114A合金顯微硬度影響見圖5。可以看出，隨著分級(jí)加壓壓差增大，合金的硬度不斷提高。當(dāng)分級(jí)加壓壓差為35kPa時(shí)，試樣的硬度值最低，僅為72.63HV；當(dāng)分級(jí)加壓壓差提高到185kPa時(shí)，試樣的硬度達(dá)到最大值96.90HV，相較于壓差為35kPa時(shí)提高了33.4%。
圖5不同分級(jí)加壓壓差下ZL114A合金的顯微硬度
3結(jié)論
（1）分級(jí)加壓壓差對(duì)ZL114A合金的微觀組織和共晶硅形貌均具有顯著影響。當(dāng)分級(jí)加壓壓差增加到185kPa時(shí)，ZL114A合金組織中晶粒顯著細(xì)化，粗大的樹狀晶與薔薇晶基本轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小且圓整的等軸晶，同時(shí)粗大的棒狀或針片狀共晶硅組織基本消失，共晶硅主要以細(xì)小的短棒狀與圓粒狀的形式存在。
（2）隨著分級(jí)加壓壓差增大，ZL114A合金的顯微硬度顯著增大。當(dāng)分級(jí)加壓壓差增加為185kPa時(shí)，合金的顯微硬度達(dá)到最大值96.90HV，相比35kPa時(shí)的顯微硬度提高了33.4%。
本文引用格式：黃普英，蘆剛，嚴(yán)青松，等.真空差壓分級(jí)加壓壓差鑄造對(duì)ZL114A合金微觀組織及顯微硬度的影響.特種鑄造及有色合金，2021,41（4）：494-497.