導讀：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研究了分級加壓壓差對真空差壓鑄造ZL114A合金微觀組織及顯微硬度的影響。結果表明，分級加壓壓差顯著影響ZL114A合金的顯微組織和性能。在分級加壓壓差為35~185kPa的范圍內，隨著分級加壓壓差增加，金屬液的擠滲能力也逐漸增強，ZL114A合金的初生相形貌由粗大的樹狀晶向細小的薔薇晶與等軸晶轉變，組織明顯細化，共晶硅也由粗大的棒狀或針片狀向細小的棒狀或圓粒狀轉變；同時合金的顯微硬度顯著提高，當分級加壓壓差為185kPa時，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用，但較差的強度限制了其進一步的應用，如何提高其性能成為許多研究者關注的問題。目前，對鑄造Al-Si合金進行變質處理、改進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實現(xiàn)平穩(wěn)充型以及有較好的凝固補縮效果，其基本原理是在真空條件下低壓充型、高壓結晶，實現(xiàn)鑄件的精密成形，因此常用來生產(chǎn)高質量的大型復雜薄壁件。分級加壓真空差壓鑄造相對于傳統(tǒng)的真空差壓鑄造工藝可以進一步加大凝固壓差，在分級加壓壓差的作用下，金屬液具有強勁的擠滲補縮作用，這會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形核核心，從而進一步細化晶粒并減少縮松、縮孔，提高了合金的性能。因此，本課題通過研究分級加壓壓差對真空差壓鑄造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試驗材料與方法

試驗材料為ZL114A（ZAlSi7Mg1A），其化學成分見表1。試驗設備采用課題組自主研制的VCPC型真空差壓鑄造設備，該設備的原理示意圖及真空差壓分級加壓鑄造工藝實驗的理想曲線圖見圖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.調節(jié)閥8.真空泵9.下罐儲氣罐10.上罐儲氣罐11.開關閥12.進氣管13.鑄型
圖1真空差壓鑄造設備系統(tǒng)原理圖

圖2真空差壓分級加壓鑄造工藝曲線
表2試驗工藝參數(shù)

2分級加壓壓差對微觀組織的影響

不同分級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?？梢钥闯觯?5kPa時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時部分形狀大小不規(guī)則的樹狀晶轉變?yōu)樗N薇晶，并出現(xiàn)大量的柱狀晶；135kPa時，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?85kPa時,凝固組織明顯被細化，大多數(shù)尺寸較大的等軸晶和薔薇狀晶粒都轉變?yōu)榧毿A整的等軸晶，組織更加均勻。

（a）35kPa（b）85kPa

（c）135kPa（d）185kPa
圖3不同分級加壓壓差下的金相組織
圖4為不同分級加壓壓差下真空差壓鑄造ZL114A合金的共晶硅形貌?？梢钥闯?，35kPa時,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；當分級加壓壓差為85kPa時，粗大棒狀或針片狀共晶硅組織減少，共晶硅明顯被細化，見圖4b；分級加壓壓差為135kPa時，粗大棒狀或針片狀的共晶硅組織進一步減少，并出現(xiàn)大量細小的短棒狀共晶硅,見圖4c；185kPa時只出現(xiàn)細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不同分級加壓壓差下ZL114A合金共晶硅SEM形貌
分級加壓差壓對真空差壓鑄造ZL114A合金顯微硬度影響見圖5?？梢钥闯觯S著分級加壓壓差增大，合金的硬度不斷提高。當分級加壓壓差為35kPa時，試樣的硬度值最低，僅為72.63HV；當分級加壓壓差提高到185kPa時，試樣的硬度達到最大值96.90HV，相較于壓差為35kPa時提高了33.4%。
圖5不同分級加壓壓差下ZL114A合金的顯微硬度
3結論
（1）分級加壓壓差對ZL114A合金的微觀組織和共晶硅形貌均具有顯著影響。當分級加壓壓差增加到185kPa時，ZL114A合金組織中晶粒顯著細化，粗大的樹狀晶與薔薇晶基本轉變?yōu)榧毿∏覉A整的等軸晶，同時粗大的棒狀或針片狀共晶硅組織基本消失，共晶硅主要以細小的短棒狀與圓粒狀的形式存在。
（2）隨著分級加壓壓差增大，ZL114A合金的顯微硬度顯著增大。當分級加壓壓差增加為185kPa時，合金的顯微硬度達到最大值96.90HV，相比35kPa時的顯微硬度提高了33.4%。
本文引用格式：黃普英，蘆剛，嚴青松，等.真空差壓分級加壓壓差鑄造對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.