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    铝合金熔体处理及先进的压铸件技术

    发布日期:2019-09-16 发布者:润恒压铸

    1、铝合金的熔体处理

    铝的化学性质比较活泼,熔炼过程中易与水反应、氧化并吸氢。氢在铝合金中从液态到固态的饱和溶解度相差近17倍,这使得铝合金铸件中极易产生小孔和夹杂等缺陷。去除铝液中气体和夹杂,提高熔体质量,可直接提高铝铸件质量和性能。80年代末,英国FOSECO公司利用气泡浮游原理,研制出一种FDV设备,用旋转喷头自铝液底部吹入惰性气体,形成弥散分布的小气泡,大大增加了气体与熔液的接触面积和作用时间,可有效的除去氢及夹杂物,这种方法被称为RID法。用RID法处理铝液,可使铝液中的氢含量达到6*10-8以下,并能有效去除细小夹杂物。此外,英国HEPWRTH矿产化学有限公司结合气体净化和熔剂净化的优点,研制出熔剂喷射机。它以惰性气体为载体,将熔剂喷入合金液中,净化与变质同时进行。

    2、先进的压铸技术

    气孔和夹杂物是压铸件较常见的缺陷之一,气孔的存在降低了压铸件的力学性能、耐蚀性能和物理性能,同时还影响压铸件的气密性、可热处理性及可焊接性,降低压铸件的表面粗糙度。降低气孔率、减少夹杂物是提高压铸件性能的基础,采用无气孔压铸可使铸件进行热处理,从而大幅度提高性能。下面主要介绍目前国内外的无气孔压铸技术,如真空压铸、充氧压铸、半固态压铸、挤压压铸。

    2.1、真空压铸技术

    真空压铸法是将型腔中的气体抽空或部分抽空,降低型腔中的气压,以利于充型和合金熔体中气体的排除,使合金熔体在压力的作用下充填型腔,并在压力下凝固而获得致密的压铸件。真空压铸法与普通压铸法相比具有以下特点:(1)气孔率大大降低;(2)真空压铸的铸件的硬度高,微观组织细小;

    (3)真空压铸件的力学性能较高。

    近来,真空压铸以抽除型腔中的气体为主,主要有两种形式:(1)从模具中直接抽气;(2)置模具于真空箱中抽气。采用真空压铸时,模具的排气道位置和排气道面积的设计至关重要。排气道存在一个“临界面积”,其与型腔内抽出的气体量、抽气时间及充填时间有关。当排气道的面积大于临界面积时,真空压铸效果明显;反之,则不明显。真空系统的选择也非常重要,要求在真空泵关闭之前,型腔内的真空度可保持到充型完毕。英国的VDSprovac系统能达到有效去除气孔的目的,该系统生产的压铸件经热处理后没有发现气孔。

    2.2、充氧压铸技术

    压铸件气孔中的气体绝大部分为N2和H2,几乎没有O2,主要原因是O2与活性金属发生反应生成了固体氧化物,这为充氧压铸技术提供了理论基础。充氧压铸是在压铸前将氧气充入型腔,取代其中的空气。当金属液进入型腔时,一部分氧气从排气槽排出,残留的氧与金属液发生反应,生成弥散状的氧化物微粒,在铸型内形成瞬间真空,从而获得无气孔的压铸件。

    充氧压铸过程中,型腔内的真空是由化学反应产生的。生产中为保证安全性,应严格控制充氧量,降低型腔压力,使其与充氧压力相匹配。将真空压铸与充氧过程结合起来,使型腔处于负压状态,可获得更好的效果。在金属液充型过程中,应使金属液以弥散喷射状态充型。浇道尺寸的大小也对充氧压铸的效果有较大影响,适当的浇道尺寸既可以满足金属液以紊流形式充满铸型,又可以避免金属液温度下降得过快。氧化物的高度弥散分布不会对铸件产生不利影响,反而可提高铸件的硬度,并使热处理后的组织细化。充氧压铸可用于与氧反应的Al、Mg及Zn合金。目前,采用充氧压铸可生产各种铝合金铸件,如:液压变速器壳体、加热器用热交换器、液压传动阀体、计算机用托架等。

    由于充氧压铸需要附加充氧控制装置,且消耗大量氧气,增大压铸循环时间,这导致了充氧压铸件成本的提高,但因其具有的性能指标,对于需热处理或组焊、要求气密性高和在较高温度下使用的压铸件,充氧压铸具有技术和经济上的优点。

    2.3、半固态压铸技术

    半固态压铸是在液态金属凝固时进行搅拌,在一定的冷却速度下获得约50%甚至更高固相组分的浆料,然后用浆料进行压铸的技术。半固态压铸技术目前有两种成形工艺:流变成形工艺和触变成形工艺。前者是将液态金属送入特殊设计的压射成形机筒中,由螺旋装置施加剪切使其冷却成半固态浆料,然后进行压铸。后者是将固态金属粒或碎屑送入螺旋压射成形机中,在加热和受剪切的条件下使金属颗粒变成浆料后压铸成形。

    半固态压铸具有以下特点:(1)因含有50%或更高的固相成分,合金的收缩量小,同时又具有较好的流动性,便于补缩;(2)半固态合金进入型腔不流淌,紊流程度小,基本上达到全壁厚充填,卷气少,易获得无气孔铸件;(3)浇注温度低,且在搅拌时已有50%的结晶潜热散失,减少了对压室、压铸型腔和压铸机部件的热冲击,从而提高压铸型的使用寿命;(4)半固态压铸所要求的拔模斜度小,甚至零拔模斜度,减少铸件的脱型阻力,提高铸件的精度;(5)半固态合金只有在成形时才表现出流体的特性,在成形前可象固态一样搬运,便于组织机械化生产;(6)半固态合金在剪切力的作用下使固态枝晶破碎,有利于细化晶粒,改善合金组织;(7)半固态压铸件含气量少,可进行热处理和组焊,提高了力学性能,扩大了应用范围。半固态压铸成形工艺的关键是有效制取半固态合金浆料、精确控制固液组分的比例及半固态成形过程自动化控制的研究开发。为实现半固态成形的自动化生产,美国的VernonMangold认为需要大力发展以下几种技术:(1)具有自适性、灵活性的棒料运输;(2)精密的压铸润滑及维护;(3)可控的铸件冷却系统;(4)等离子除气及处理。


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