鎂合金材料熔鑄過程中施加激振力的效果研究

蔡力鉉 鐘首亮

摘 要：在對鎂合金的整體結(jié)構(gòu)和組織進(jìn)行消失模鑄造的行為時(shí)，通過機(jī)器振動的方式實(shí)現(xiàn)，有關(guān)機(jī)器振動對結(jié)構(gòu)組織的影響和效果，本文將重點(diǎn)分析。除此之外，還有整個模鑄造在分散重新凝固的時(shí)候有關(guān)這個機(jī)體在受到機(jī)器振動時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列的分化現(xiàn)象的研究。通過我們的研究和分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：杜宇這種鎂合金的組成結(jié)構(gòu)，尤其是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組織，運(yùn)用機(jī)器振動的方法確實(shí)能夠達(dá)到顆粒更加細(xì)致的效果。同時(shí)這種鎂合金（特指AZ91）的結(jié)構(gòu)組成主要是包括A-Mg等組織。通過機(jī)器振動，鎂合金的力學(xué)性能發(fā)生了很大的變化：即在保持1、5KN的激振力的條件下，這種美合金所產(chǎn)生的一種對抗強(qiáng)壓力度的力就會增加27%，這個數(shù)據(jù)主要是對比不使用機(jī)器振動的情況?？偨Y(jié)來說，只有這種情況下的鎂合金保持了最好的狀態(tài)，消失模鑄造后的功能特性也展現(xiàn)出最佳特性。但是如果我們把這個激振力在往上加大，這個時(shí)候就會出現(xiàn)內(nèi)部組織的松散以及受力強(qiáng)壓度下降的情況。但是我們使用了機(jī)器振動，這個方法效果很好的原理就在于使得晶體在發(fā)生的過程中加速冷卻度以及細(xì)化重鑄的過程。

首先，對于消失模鑄造這個概念，我們已經(jīng)有所了解，主要是一種新型的鑄造方法，與傳統(tǒng)的熔鑄方法相比，消失模鑄造具有更強(qiáng)的優(yōu)勢特點(diǎn)：誤差少、效率高且省時(shí)省力。

對于一些鎂合金的材料來說，使用消失模鑄造的建模方法，其中加入機(jī)器振動的步驟，有關(guān)機(jī)器振動對于鎂合金材料的動力學(xué)效果影響確實(shí)有待研究和分析。鎂合金可以說是目前世界上結(jié)構(gòu)重量最小的工程使用材料了，與其他材料相比來說，它的優(yōu)勢主要在于強(qiáng)度、硬度高，再加上導(dǎo)電導(dǎo)熱減震功能以及回收率高這些優(yōu)點(diǎn)，更重要的是它的普及應(yīng)用：無論是在汽車制造商，還是我們生活中常見的電子計(jì)算機(jī)、電器工具等類似的產(chǎn)品外殼等部件都可以看到它的存在。所以說，有關(guān)這方面的研究發(fā)現(xiàn)對于現(xiàn)階段的工程機(jī)械制造方面有著重要的指導(dǎo)意義。

相比較而言，鎂合金更適合時(shí)代工程制造發(fā)展的主要原因在于它內(nèi)部豐富密集排列的方六方晶體，所以我們對于鎂合金所受到的機(jī)器振動消失模鑄造的影響研究要更為密切。想要使得鎂合金功能特性發(fā)生本質(zhì)性的變化，最好的辦法就是采用化學(xué)方法。最常使用的方法就是將MgCO3等類似的化學(xué)物質(zhì)放到我們需要熔鑄的對象內(nèi)，化學(xué)物質(zhì)可以促進(jìn)熔鑄物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而分解成為我們需要的成分。但是，這樣一來，就會出現(xiàn)由于MgCO3這類物質(zhì)具有相當(dāng)強(qiáng)的解析能力，會使得整體的溫度發(fā)生過高的變化，同時(shí)也會導(dǎo)致整個合金材料的氧化嚴(yán)重，如此下去，就不可避免的造成還沒有解析完全的鹽類使得整個被熔鑄的物體變得更加渾濁。

除此之外，通過分析研究我們得知，如果那些本身含有碳元素物質(zhì)的東西發(fā)生了本質(zhì)性的變化，一旦這些物質(zhì)被不正確的方式進(jìn)行處理加工過后，經(jīng)歷的時(shí)間越長，這些有毒物質(zhì)釋放的也就越多越久，這對于人們的生活環(huán)境有著極為強(qiáng)烈的損害。事實(shí)顯示，到目前為止來看，有關(guān)那些含有碳元素的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生本質(zhì)變化的試劑的處理加工還是存在著嚴(yán)重的問題，我們希望可以進(jìn)一步強(qiáng)化它的細(xì)致分解，最好的辦法就是尋找一種更加環(huán)保新型的試劑來替代，在這方面還有待研究。

根據(jù)研究顯示：鎂合金材料本身的優(yōu)勢可以使得消失模鑄造技術(shù)發(fā)揮出更好的效果，可以說這種材料本身是很適宜采用這種新型鑄造技術(shù)的。通過分析，我們看到技術(shù)進(jìn)行時(shí)，那些特別適用的振動臺，對于鎂合金材料起到了非常好的細(xì)致晶體組織結(jié)構(gòu)的效果，尤其是受到動力學(xué)的刺激和影響。很明顯的對比結(jié)果：新技術(shù)的使用相較以前而言更加簡單，成本也比較低，最重要的這是一種采用物理性質(zhì)使得本質(zhì)發(fā)生變化的方法，對于環(huán)境的保護(hù)也有著很好的效果。

縱觀東西方全球，在這方面的研究已經(jīng)取得了初步的成效。研究人員嘗試著使用一些比較超前的設(shè)備比如超聲機(jī)器振動等，來對這個熔鑄過程加入機(jī)器振動的效果，并對這方面的研究做了更加深入的挖掘。

我們采用物理變質(zhì)的方法進(jìn)行試驗(yàn)，其中選用了新型的鎂合金材料，加入了一定量化學(xué)酸類物質(zhì)后，進(jìn)行熔鑄，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

通過表1，我們看到鎂合金材料的試驗(yàn)樣品在進(jìn)行熔鑄的過程中，發(fā)生了一定的變化：

1，機(jī)器振動的影響

實(shí)驗(yàn)過程中采用機(jī)器振動所產(chǎn)生的影響主要是針對鎂合金材料在進(jìn)行模型熔鑄過程中的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以通過圖1的圖像進(jìn)行一個直觀的顯示觀察。

我們發(fā)現(xiàn)，在熔鑄的過程里，最開始產(chǎn)生的晶體組織結(jié)構(gòu)容易發(fā)生被細(xì)化的變化，而且因?yàn)檫@個溫度變化也是局限在一定的成都范圍內(nèi)，所以我們能看到激振力并沒有對這個沉淀過程產(chǎn)生多大的影響。

2，晶體組織發(fā)生細(xì)致變化的原理研究

鎂合金（AZ91）在進(jìn)行熔鑄的過程時(shí)，內(nèi)部的晶體組織發(fā)生的變化在使用機(jī)器振動和不適用機(jī)器振動兩種不同情況下呈現(xiàn)出不同的效果，具體可參見如圖2。

3，動力學(xué)功能特性的變化研究

當(dāng)這個激振力開始變成1KN的時(shí)候，采用物理變質(zhì)方法的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。從這個角度，我們看到機(jī)器振動的物理方法對于熔鑄后的鎂合金材料的強(qiáng)度改變產(chǎn)生了很好的改善作用。

4，鎂合金才倆不同部位的微觀組織變化研究

沒有經(jīng)過機(jī)器振動這一步驟熔鑄后材料的斷口面貌顯示出很大面積相比較而言面積越大，材料就越脆生，越是容易發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。我們使用2KN的機(jī)器振動力度加入這個熔鑄過程，就出現(xiàn)了鎂合金材料同樣是發(fā)生了斷裂現(xiàn)象，不過由于這個發(fā)生斷裂的解理面積比較著之前很小，所以就出現(xiàn)了撕裂的現(xiàn)象。從這個角度來看，對鎂合金材料進(jìn)行熔鑄的過程中施加一個合適的激振力，也就是采用機(jī)器振動確實(shí)是更具優(yōu)勢，它可以顯著改良這個材料的細(xì)微組織結(jié)構(gòu)，而且對于環(huán)保比較著化學(xué)變質(zhì)的方法更具優(yōu)越性。

通過以上的試驗(yàn)，我們對于激振力施加采用物理變質(zhì)方法的研究有了更加深刻的認(rèn)識。首先，對于熔鑄過程中使用機(jī)器振動，這個激振力可以使得鎂合金組織發(fā)生撕裂性的組織細(xì)化，同時(shí)組織內(nèi)部的成分也發(fā)生了一定的變化，與添加化學(xué)物質(zhì)來達(dá)到變質(zhì)的方法比較，更能體現(xiàn)出低成本，高環(huán)保的優(yōu)勢。

其次，激振力的施加在熔鑄的過程中大大促進(jìn)了冷卻度，細(xì)化內(nèi)部組織的進(jìn)程，效果也是讓我們非常滿意。最后，采用機(jī)器振動的熔鑄效果，我們可以通過實(shí)驗(yàn)清楚的了解到它對于熔鑄后材料的組織結(jié)構(gòu)以及功能特性的改良效果，但是我們也要注意這個激振力的力度大小，過猶不及的后果反而是降低了材料的強(qiáng)度，試驗(yàn)顯示，1.5KN的機(jī)器振動力，可以使材料在熔鑄后的功能特性達(dá)到最優(yōu)。