镁合金由于其质轻高强的特性，在航天航空领域内广泛应用。低差压铸造作为一种反重力铸造工艺，可以减少铸件气孔、缩孔、缩松、针孔缺陷；提高铸件表面品质；差压铸造的补缩压力较大，补缩效果明显，降低疏松缺陷产生倾向，可同时降低铸件凝固时的热裂倾向，因此，低差压铸造得到了广泛的应用。随着大型镁合金壳体铸件在航天、航空领域应用不断扩大，为了获得高品质铸件，低（差）压铸造技术得到了广泛应用和发展。航天航空用ZM5、ZM6镁合金和稀土耐热镁合金壳体类铸件大多为I类铸件，需要100%进行X射线探伤，铸件内部质量要求较高。ZM5、ZM6合金壳体型芯一般采用粘土砂表干型，外型采用粘土砂湿型；稀土耐热镁合金壳体型芯采用树脂砂，外型采用粘土砂湿型，采用差（低）压铸造工艺生产，浇注的铸件经常会出现疏松、裂纹、偏析、气孔和熔剂夹渣等铸造缺陷。。

本课题结合壳体铸件的生产特点，总结差(低)压铸造中经常遇到的铸造缺陷并提出相应的解决措施。

一、铸件分析

图1为壳体类零件三维图。材料为ZM5，尺寸为为Φ420 mm×700 mm，要进行100%X射线探伤，属I类铸件。铸件常见缺陷有疏松、偏析、裂纹、熔剂夹杂以及气孔缺陷。


图2：镁合金壳体浇注系统
图3为镁合金壳体铸件冷铁布置示意图。缝隙浇道前要设置冷铁，冷铁位置和厚度对减轻浇口前疏松尤为重要，缝隙浇道不仅要对准冷铁，错开冷铁间隙，而且要保证缝隙浇道两侧冷铁有足够的宽度，缝隙浇道前冷铁还要由厚到薄逐渐过渡，冷铁边缘用石墨砂过渡，石墨砂也要由厚到薄逐渐过渡。


图4：裂纹产生处
控制原材料质量

由金属的遗传性可知，原料镁锭的成分决定了铸件的质量。镁锭的一系列缺陷，在铸造后能遗传给浇注后的铸件。当原生镁锭有裂纹缺陷时，浇注的铸件会产生批次性裂纹缺陷，因此加强对原生镁锭裂纹缺陷的控制可有效消除批次性裂纹缺陷的产生。

冷铁位置

稀土耐热镁合金收缩大，凝固时受阻碍极易产生裂纹缺陷，裂纹一旦产生就会发展并贯穿到底，是一种致命缺陷，因此，造型时冷铁间隙要足够大，否则会阻碍合金的收缩而产生裂纹。一般冷铁间隙不小于5 mm，圆弧面冷铁要向心，防止后部相抵住。

4、熔剂夹杂的产生和防止

镁合金熔炼中熔剂起着很重要的覆盖和精炼作用，使用不当，会在铸件浇注位置的下部、内浇口附近及死角处产生熔剂夹杂缺陷，是镁合金铸件的常见缺陷之一，主要来源于精炼剂及熔炼工具的洗涤剂。合金液静置时间、熔剂的使用和浇注条件都会导致熔剂夹杂[4]。

镁合金精炼后要有一定的静置时间，将合金液精炼后静置时间由20 min延长至30 min,延长静置时间后，保证了熔剂能够有充足的时间从合金液体中分离出去，铸件的熔渣夹杂程度会得到明显改善。

合金采用氩气精炼，精炼熔剂用量取下限，仅用于覆盖，减少熔剂用量；熔剂坩埚的温度控制在800℃，使熔炼工具和升液管上的熔剂容易流下，这些措施都可以减轻熔剂夹杂缺陷的产生。

升液管距离坩埚底部要有足够的距离，防止浇注时将熔剂吸入升液管而浇入铸件。

5、气孔的产生和防止

气孔是壳体中常见缺陷。一般分为卷入性气孔和侵入性气孔，升液管使用情况、冷铁质量、型砂透气性、铸型烘烤质量和浇注速度等因素都会影响铸件气孔缺陷的形成。

升液管使用情况

升液管经过多次使用，由于长期浸泡在合金液中会腐蚀，局部腐蚀过快会形成凹坑，随着使用时间延长，凹坑会加深直至漏气，因升液管漏气而产生的气孔较大，因此升液管在使用之前必须经过认真检查，发现有凹坑要及时更换。

冷铁品质

若气孔出现在与冷铁接触的铸件表面，则可能是冷铁表面有油污或冷铁表面未烘烤透造成的。冷铁挂砂前要经过吹砂处理，挂砂后要烘烤透，未烘烤透的冷铁表面挂砂发黄。对激冷面积过大的冷铁可在表面开通气槽，增强冷铁在浇注时的排气能力。

型砂透气性和铸型烘烤

控制原砂的含泥量，将原砂的粒度由70/140目调整为40/70目，提高型砂的透气性；对铸型进行两次烘烤，提高铸型的烘烤质量，这些措施可有效减轻铸件表面气孔的产生。

在实际生产中发现，在壳体的薄壁处，特别是当薄壁面积较大时，容易产生皮下气孔，在X光检查时呈黑色斑点，往往被误判为熔剂夹杂。通过在薄壁位置的泥芯上开设浅的排气槽，减轻了表面气孔缺陷。

选择合理的充型压力

铸件在浇注过程中常常出现卷气等缺陷，主要原因是由于充填过程中充填速度过快而造成的。同时由于舱体内部结构复杂，铸件突变壁厚也会引起液体流动瞬时速率不断变化，加大了卷气的可能性。降低充型速率可有效防止卷入性气孔的产生。

三、结束语

（1）在镁合金壳体低差压铸造中，对原材料、熔化工具、金属液质量、熔化过程和细化精炼等每个环节须进行严格控制，保证金属液合格，是生产出优质铸件的前提。

（2）合理的铸造工艺是解决镁合金壳体低差压铸造缺陷的关键，可有效降低生产成本。