高強鎂合金熔鑄技術及應用取得關鍵進展

高強鎂合金熔鑄技術及應用取得關鍵進展

鎂合金具有低密度、高比強度、高比剛度等優(yōu)點，小型、非承力或次承力砂型精密鑄造件已有小規(guī)模應用，但砂型精密鑄造大尺寸、薄壁、承力結構件的制造和應用在技術和工藝上仍受到限制。主要技術和工藝困難源于鎂合金自身的物理、化學特性。例如：液態(tài)鎂合金容易氧化燃燒，一次夾雜和二次夾雜傾向都很高；鎂合金凝固溫度區(qū)間寬，凝固時體積收縮大，加之冒口自重小導致補縮效率低，鑄件疏松傾向高；鎂合金的（比）熱容小，凝固速率比鋁等其他金屬材料相對快，容易形成冷隔、澆不足、微裂紋等缺陷；鎂合金線収縮也比鋁合金大，熱處理時更容易變形；鎂合金表面容易腐蝕。因此，鎂合金砂型精密鑄件的冶金質量和缺陷、鑄件力學性能均勻性、穩(wěn)定性控制以及表面處理技術一直是大尺寸薄壁承力結構件應用的關鍵瓶頸技術。

“長征七號”運載火箭上設計的鎂合金鑄件采用高強度鎂合金制造，尺寸大，結構特殊且復雜。而且，鑄件冶金質量要求高，需有承載能力，曾被定為“短線風險的技術瓶頸”，其研制進度始終受到有關各方的高度關注。

中科院金屬所陳榮石研究員、單大勇研究員、韓恩厚研究員和柯偉院士帶領鎂合金及其應用創(chuàng)新團隊經過6年多的艱苦努力，全流程自主設計了工藝總方案、鑄造工藝方案、熱處理工藝方案、機械加工工藝方案、表面處理工藝方案等；完成了樹脂砂型準備、熔煉鑄造、化學分析、力學分析、缺陷處理、夾雜檢測、熱處理、數(shù)控機械加工、X-射線探傷、表面熒光檢測、三坐標尺寸檢測、零件表面打磨拋光、表面處理等15道大工序的研究開發(fā)任務。

在產品研制過程中研究人員系統(tǒng)細致地研究和設計了鑄造工裝模具，澆注和補縮冒口系統(tǒng)，冷鐵，鑄造圓角和加強筋，型腔排氣孔布置方案，砂型阻燃劑，冶煉工藝方案，澆注保護和砂型型腔保護，防熱處理變形工藝、機械加工防變形工藝及專用工裝，表面處理工藝及工裝等。由于鎂合金鑄件的冶金質量對工藝參數(shù)高度敏感，為了精確控制每道工序的工藝參數(shù)，課題組制定了19個工藝文件及18個生產記錄文件來控制研制過程的工藝技術狀態(tài)。即使如此，每進行一步，研究人員都需現(xiàn)場確認工藝方案和工藝參數(shù)并親自動手實施。從工藝預研、初樣研制到試樣研制的3個階段共經過3次工藝方案論證，2次轉段工藝方案評審和論證，2次工藝歸零管理和論證，共進行了80多次實驗，目前，已可以基本穩(wěn)定獲得組織致密，化學成分、力學性能、尺寸精度、重量及表面防護均滿足設計要求的產品。2016年6月25日該部件隨“長征七號”在海南航天發(fā)射中心成功完成首飛任務，為我國新一代運載火箭發(fā)揮了重要技術支撐作用。不久前，課題組收到用戶為此發(fā)來的賀信。

（中科院金屬所）