高強鎂合金熔鑄技術(shù)及應(yīng)用取得關(guān)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(yīng)用，但砂型精密鑄造大尺寸、薄壁、承力結(jié)構(gòu)件的制造和應(yīng)用在技術(shù)和工藝上仍受到限制。主要技術(shù)和工藝困難源于鎂合金自身的物理、化學(xué)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(dǎo)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(zhì)量和缺陷、鑄件力學(xué)性能均勻性、穩(wěn)定性控制以及表面處理技術(shù)一直是大尺寸薄壁承力結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)。

“長征七號”運載火箭上設(shè)計的鎂合金鑄件采用高強度鎂合金制造，尺寸大，結(jié)構(gòu)特殊且復(fù)雜。而且，鑄件冶金質(zhì)量要求高，需有承載能力，曾被定為“短線風(fēng)險的技術(shù)瓶頸”，其研制進度始終受到有關(guān)各方的高度關(guān)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(lǐng)鎂合金及其應(yīng)用創(chuàng)新團隊經(jīng)過6年多的艱苦努力，全流程自主設(shè)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(xué)分析、力學(xué)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(wù)。

在產(chǎn)品研制過程中研究人員系統(tǒng)細致地研究和設(shè)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(zhì)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(chǎn)記錄文件來控制研制過程的工藝技術(shù)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(yù)研、初樣研制到試樣研制的3個階段共經(jīng)過3次工藝方案論證，2次轉(zhuǎn)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(xué)成分、力學(xué)性能、尺寸精度、重量及表面防護均滿足設(shè)計要求的產(chǎn)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(wù)，為我國新一代運載火箭發(fā)揮了重要技術(shù)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）