熱室壓鑄機(jī)是生產(chǎn)中小型鎂合金的理想設(shè)備, 因?yàn)樗臒釗p失很低。由于其良好的延展性, 材料 am60b 經(jīng)常被用作生產(chǎn)汽車轉(zhuǎn)向部件的材料。這種材料 am60b 的延展性也源于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。am60b 在熱室中的行為是由它的非樹突狀矩陣決定的, 它基本上是由共晶 (a117mgl2) 分離的。

因?yàn)楫?dāng)金屬流體快速凝固時(shí), 共晶無法形成降低金屬延展性和抗蠕變性的粗糙片, 而是以不相交的形式存在。鎂的基體結(jié)構(gòu)介于樹突狀和球形之間, 而在半凝固鑄造過程中通常會(huì)發(fā)現(xiàn)球狀結(jié)構(gòu)。在注入過程中, 溶液中的鎂合金在通過閘門入口位置時(shí)被壓縮并推進(jìn)到 "鵝頸" 處, 并與通道表面進(jìn)行熱交換, 形成強(qiáng)制對(duì)流。這一過程是形成非樹突狀結(jié)構(gòu)的主要原因之一。

由于 am60b 中鋁的含量低于 am9d, am60 的金屬流體在壓鑄過程中的流動(dòng)性低于 am91d。此外, 由于 am60b 金屬流體固化速度快得多 (比 az91d 快得多), am60b 鑄件的表面固化速度也快于其他鑄件。此外, 由于 am60b 具有較長的凝固區(qū), 因此需要很長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)完全凝固。鎂合金鑄件特有的缺陷是內(nèi)部層壓, 或缺陷帶。主要在鑄件表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異。這種缺陷也受到其無形式和凝固過程的影響。應(yīng)用表明, 通過選擇較好的閘門位置, 優(yōu)化鑄件的幾何形狀, 可以避免這些缺陷。

am60m 汽車轉(zhuǎn)向部件鑄造

此鑄件用于固定轉(zhuǎn)向柱外殼。需要更高的延展性和抗蠕變性, 而犧牲了強(qiáng)度。

熱開裂和斷裂

熱裂通常發(fā)生在 t 形區(qū)域, 鑄件中心區(qū)的缺陷區(qū)就是證明, 而更多的研究表明, 這種缺陷是導(dǎo)致鑄件熱裂的主要因素。

壓鑄過程中的流體流動(dòng)模式

當(dāng)金屬流體在高速處8形腔內(nèi)時(shí), 由于流體本身的粘度, 流體在邊界處受到較大的阻力, 而流體的中心則受到較小的電阻測(cè)量。因此, 流體在邊界附近的速度接近于零, 而流體中心的速度是快的。圖4顯示了流體的流速場分布。流體表面實(shí)際上是由回流填充的, 因?yàn)榱黧w表面具有相對(duì)較強(qiáng)的導(dǎo)熱系數(shù), 這導(dǎo)致鑄件的表面溫度低于鑄造中心的溫度, 最終導(dǎo)致在鑄件內(nèi)生產(chǎn)兩種不同的溫堿壓力接口。該接口將直接產(chǎn)生鑄造內(nèi)部缺陷環(huán)。結(jié)果表明, 缺陷環(huán)是在壓鑄初期形成的, 并在凝固過程中得到加強(qiáng)。結(jié)果表明, 不同的鑄件表面和中心凝固速度將促進(jìn)缺陷環(huán)的生成和強(qiáng)化。實(shí)踐和理論證明, 雷諾數(shù) (高速) 流體具有較小的速度梯度分布。因此, 鎂合金壓鑄中的高速壓鑄將更加可行。

組織

上述結(jié)論也支持了由內(nèi)部界面引起的鑄造缺陷環(huán)的微觀結(jié)構(gòu)照片。圖5顯示了此類缺陷的微觀結(jié)構(gòu)圖。可以清楚地觀察到內(nèi)部分裂區(qū), 上半部分是鑄件的表面積, 下半部分是鑄件的中心區(qū)域。所有區(qū)域均表明, 非樹突α鎂原生晶體相 (白色) 被分離的β共晶相 (黑色) 所包圍, 這證明表面區(qū)域有較細(xì)的晶體顆粒形狀, 內(nèi)部區(qū)域有較大的晶體粒子。

我們還認(rèn)為, 這種非樹突狀晶體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)來源是金屬流體通過熱室的閘門入口的強(qiáng)制對(duì)流。采用 eds (x 射線能量色散檢測(cè)器) 測(cè)試鑄件界面中是否存在重要的合金分離帶。eds 可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行這種化學(xué)測(cè)試, 并能檢測(cè)原子中的化學(xué)元素。eds 結(jié)果表明, 表面的晶體顆粒比鑄件中心的晶體顆粒小, 但在表面和內(nèi)部的區(qū)域沒有明顯的合金偏析。這一結(jié)論將有助于改進(jìn)設(shè)計(jì), 即改變流體模型。生產(chǎn)無缺陷層的鑄件。

非樹突狀晶體是如何產(chǎn)生的

在圖5和圖6中, 微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)表明, 非樹突狀晶體結(jié)構(gòu)與其他過程中形成的結(jié)構(gòu)有很大不同。非樹突晶體結(jié)構(gòu)的來源實(shí)際上來自其流變特性。這一原理目前正被用于半固化壓鑄工藝的開發(fā)。通常需要幾種不同的條件來產(chǎn)生這種非樹突狀晶體結(jié)構(gòu), 首先是快速冷卻, 然后是機(jī)械或其他攪拌作用, 這兩種情況都會(huì)產(chǎn)生較小的晶體顆粒, 并消除樹突狀晶體。在一定條件下, 熱室中鵝頸形狀的閘門通道與上述兩個(gè)條件完全一致。圖7顯示了熔融金屬在壓鑄到腔內(nèi)之前通過加熱室的流動(dòng)。

"z" 形閘門入口允許金屬流體通過其界面層更早地與管壁進(jìn)行熱交換。由于高合金 am60 與凝固溫度, 首先在結(jié)晶相的開始, 會(huì)有一些鎂在強(qiáng)制對(duì)流和 "z" 型, 在金屬流動(dòng)的雙重作用下, 在噴液金屬流體入口管冷卻, 從而破壞金屬流體樹突晶體, 產(chǎn)生近似球形的晶體后, 這些含有部分凝固體的金屬被送入模具腔液進(jìn)行冷卻, 快速冷卻是圍繞α初級(jí)相產(chǎn)生的散射和共晶分離, 這種形態(tài)可以提高金屬的延展性和抗蠕變性。值得一提的是, 這種非樹突微晶結(jié)構(gòu)不是一個(gè)真正的半凝固體, 它所產(chǎn)生的溫度區(qū)域不在半凝固體的溫度范圍內(nèi)。同時(shí), 這種對(duì)流模式不是層流狀態(tài)。

由于早期凝固, 鎂合金在壓鑄中的金屬流體不呈直線流動(dòng), 而是屬于非牛頓流體力學(xué)范疇。因此, 金屬流體的速度取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)。這種非樹突晶體結(jié)構(gòu)流動(dòng)性低, 在金屬流動(dòng)過程中, 在井內(nèi)產(chǎn)生少量金屬輥, 對(duì)非樹突晶體結(jié)構(gòu)非常重要。此外, 熱室的鵝頸形狀也支持這種強(qiáng)對(duì)流, 這促進(jìn)了鎂合金壓鑄中這種非樹突晶體結(jié)構(gòu)的形成。

討論

鑄件表面的熱裂紋是由冷卻過程中不同的凝固溫度和收縮引起的。熱收縮在尚未完全凝固的金屬的 "t" 形區(qū)域中積累, 而熱開裂通常發(fā)生在模具的第一次填充過程中, 因?yàn)槟＞呱形丛诜€(wěn)定狀態(tài)下使用。

增加半徑不一定會(huì)減少鑄件的表面熱開裂。以實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)更改。分析易缺陷區(qū)的金屬流動(dòng)方向和凝固溫度是非常重要的。

對(duì)于凝固間隔大、共晶小的合金, 如 am60b, 更容易發(fā)生內(nèi)部和表面的熱開裂缺陷。

內(nèi)部熱開裂發(fā)生在 "層" (不同結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)晶體) 的界面上, 無論是在凝固過程中, 還是在由于缺乏填充而難以從閘門入口填充的區(qū)域, 或者因?yàn)樗鼈冊(cè)缭谀踢^程之前就已經(jīng)凝固了。由于合金的凝固溫度不同, 模具的收縮強(qiáng)度也不同, 以后會(huì)發(fā)生表面熱開裂。同時(shí), 鑄件的表面熱開裂也會(huì)隨著一些小的內(nèi)部熱開裂而向外擴(kuò)展。

結(jié)論

缺陷環(huán)是在鑄造充填和冷卻凝固過程中產(chǎn)生的。改進(jìn)后的方法是修改設(shè)計(jì)參數(shù)。首先, 要獲得低速梯形流體的形態(tài), 金屬流體需要具有較高的速度和良好的流動(dòng)性。這就需要改進(jìn)入口的形狀和位置。

其次, 通過重新設(shè)計(jì)鑄件形式, 如增加或減少一些鑄件的體積和形狀。其目的是提高冷卻和凝固速度, 從而減少鑄件某些部位的熱量積累。

其他技術(shù)包括改變鑄造半徑和增加側(cè)肋或凹槽。大型鑲嵌和使用局部溫度冷卻棒可以減少鑄件脆性位置的熱量積累: 同時(shí)進(jìn)行必要的模擬試驗(yàn)。為了使設(shè)計(jì)更加完善, 通過這樣的工程改進(jìn)可以進(jìn)一步減少鑄造缺陷。