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    有關鋁合金高壓鑄造工藝方面的文章


     在國際壓鑄會議上,有關鋅、鋁合金壓鑄問題的學術論文數量僅次于鎂合金,說明鋅、鋁合金壓鑄仍然是壓鑄合金的一大主流。但是,與前兩屆壓鑄國際會議相比,擠壓(液、固態)鑄造、半固態擠壓鑄造等技術更受重視,大部分論文與這兩項技術有關,而單純的對普通高壓鑄造技術問題的研究,寥寥無幾。這可能與高壓鑄造技術日趨成熟,已成為一種成形的工藝等因素有關。

      有關鋁合金高壓鑄造工藝方面的文章,僅有瑞士布勒公司的Leo Iten 宣讀的“生產未來輕型汽車的鑄造工藝”。這篇論文針對未來輕型汽車對構件的塑性、可焊性和表面質量要求的提高,需要采用真空壓鑄的特點,介紹了布勒公司的鋁合金真空壓鑄工藝。采用這種工藝壓鑄的鋁合金件,具有可焊接、可進行熱處理的特點,鑄件的延伸率和表面質量隨著真空度的提高而提高,完全可以滿足未來輕型汽車的要求,并具備操作簡單、經濟、靈活等優點?梢哉f,通過這種鑄造工藝讓我們看到了高壓鑄造廣闊的發展前景。

      繼半固態擠壓鑄造技術作為“第二屆中國國際壓鑄會議”重點交流的內容后,又成為本屆國際壓鑄會議的重點交流內容。清華大學的唐靖林先生對半固態合金瞬態流變行為及其初生相動力學演化進行了研究,采用瞬態流變試驗設備,對A356合金瞬時切變速率進行了測試,得到了剪切力與時間的回歸關系式,比較理想地描述了剪切速率階梯變化時,半固態A356合金不同初生a相形態的瞬態流變行為。作者引入了形態參數來表征某一狀態下初生a相的形態特征,揭示出液固溫區A356合金初生形態的動力學演化模型,以此推導出液固溫區A356合金瞬態流變分析模型。這些研究成果對深入認識鋁合金半固態擠壓過程中的流變行為具有指導意義。

      北方交通大學的邢書明先生針對影響半固態產品性能和廢品率的重要因素—充型能力進行了實驗研究,系統地實驗了加熱工藝參數對充型能力的影響,分析了半固態坯料的擠壓充型特點。實驗結果表明,半固態合金的壓力充型能力受充型過程的壓力損失、溫度損失及半固態合金自身的性質控制。在此基礎上,作者建立了半固態合金充型能力的定量預測表達式,為確定合理的半固態擠壓成形工藝參數提供了依據。

      半固態坯料二次加熱是半固態加工技術的關鍵工序,其目的是球化枝晶組織,獲得半固態漿料,這也是獲得高性能半固態擠壓制件的關鍵之一。為了獲得均勻的半固態漿料,二次加熱時需要精確控制坯料的溫度和分布均勻性。然而,受加熱方式的限制,獲得溫度精確、分布均勻的二次加熱坯料,尚存在許多問題。為此,上海大學的許珞萍女士開展了非枝晶Al-Si-Mg合金感應加熱溫度場的研究。這項研究是在感應加熱的基礎上,利用溫度場數值模擬和溫度場實測,研究加熱電流頻率、試樣形狀和尺寸等對加熱溫度場的影響。結果表明,加熱電流頻率越大,加熱越快,但溫度分布越不均勻,加熱電流頻率最好選在中頻范圍內(640~1000Hz);試樣橫截面越小,加熱速度越快,溫度分布越均勻,但加熱效率越低;試樣高度減小,加熱速度越快,但溫差先小后大。因此,試樣尺寸和形狀最好與線圈相當或相似。這項研究的意義在于為制定合理的半固態二次加熱工藝提供了依據。

      太原重型機械學院的游曉紅女士以ZA27合金為研究對象,系統地研究了半固態擠壓前后合金的微觀組織特征。研究發現,與普通鑄態相比,半固態ZA27合金在二次加熱后,薔薇狀的a相分離球化,尺寸變得明顯細化,近球形的a相長大,邊緣變得光滑園整,利于擠壓成形;擠壓變形過程中產生的動態再結晶,能夠得到更為均勻細小的組織,更利于擠壓變形的進行;此外,文中還提出了適宜半固態ZA27合金的二次加熱溫度應該在390~425°C之間。

      西安儀表廠的潘憲曾先生圍繞著半固態冶金和缺陷等問題展開了分析工作。著重討論了半固態棒材所需要的組織、短坯的重新加熱等問題,并對產生氧化皮、共晶偏析、硅晶體集聚和顯微縮松等缺陷的原因進行了分析。作者指出,為了保證形成半固態所需要的組織,應合理設置攪拌工藝,否則將產生不良的組織形態,從而引起缺陷的產生;二次加熱時,為了獲得所需的液相分數,又要保證得到的細枝晶碎片粗化成球狀,應注意固相形狀系數的大小。根據試驗結果,固相形狀系數小于5時,細枝晶碎片能快速發育成半固態所需要的球狀結構。此外,半固態缺陷的產生與攪拌和二次加熱工藝有關,合理地控制這些工藝參數可防止缺陷的產生。

      液態擠壓工藝參數是影響擠壓合金鑄件組織結構和力學性能的重要因素,開展相應的理論研究工作十分必要。為此,沈陽工業大學的李榮德先生,從理論上對擠壓工藝參數與擠壓過程的關系進行了研究。研究時,首先假設凝固層增厚是已有晶核生長的結果,微小區域包含固液兩相區;所研究的區域內宏觀凝固界面是始終以平面形式向液相區推進。在此基礎上推導了擠壓鑄件局部凝固時間與凝固層厚度的關系,保壓時間與凝固時間的關系,最終得到了擠壓工藝參數、鑄件參數、凝固熱力學與動力學條件之間的關系。另外,沈陽工業大學的于海朋先生,針對液態擠壓ZA43合金不同部位宏觀及微觀組織不同的問題,通過研究擠壓過程中金屬的流動及變形特點,從理論上推導計算了擠壓過程金屬的等效應變和變形速度分布,解釋了組織形成的原因。此外,通過理論分析,作者提出增加固相率的均勻性,可改變金屬變形速度和等效應變分布,使擠壓合金獲得均勻的組織,而具體措施是適當提高模溫和坯料的縱向溫度梯度。上述研究豐富了擠壓理論,為實際生產中確定合理的擠壓鑄造工藝參數提供了依據。

      武漢科技大學的羅繼相先生,也對間接立式液態擠壓鑄造液流充型特性進行了研究。通過分析液流的充填特性和充填過程中的壓力變化,探討了液流流速、液流壓力對制件質量的影響。結果表明,液流充填型腔將出現噴射階段、壓力流階段和補縮階段及相應的流動方式;噴射流充填的部位比有壓力流充填的部位表面質量好,如果在相同的時間內金屬液充填完畢,則壓力流成形的制件比噴射流形成的制件內部缺陷少;壓力流可使晶粒細化;液流的流動壓力可保證制件成形,流體動壓力可使制件輪廓更清晰、表面光潔、尺寸精確,靜壓力可對內澆道附近的金屬液凝固收縮進行強制補縮。這項研究有利于指導制定改善液態擠壓鑄件內在質量的工藝方案。

      此外,日本UBE公司的內田正志先生通過對比各種擠壓、壓鑄工藝生產的鑄件性能參數,對UBE公司的擠壓工藝進行了優化,并介紹了該公司的半固態擠壓鑄造的特點。

      近幾年,利用壓力鑄造制備復合材料的技術得到了發展,研究成果不斷涌現,為復合材料的制備提供了一條新途徑。西北工業大學的齊樂華女士利用液態擠壓技術進行了Al2O3/LY12復合材料管、棒材的制備研究。這種新工藝直接將非連續物增強金屬基復合材料制備成管、棒等型材類制品,省去了液態模鍛法所需的擠壓、軋制等二次成形工序。通過對成形后的管材組織和斷口分析發現,采用該工藝制備的復合材料型材,增強纖維沿擠壓變形方向均勻分布,纖維與基體之間的結合是機械結合,斷口呈韌性斷裂特征。這說明采用該工藝可制備出高性能的復合材料制件。

      廣西大學的曾健民先生采用低壓鑄造技術制備了碳化硅顆粒增強復合材料。這項研究內容較系統地分析了充型的動力學,模擬了影響充型過程的因素。結果表明,粘度因素的影響大于重力因素,因而熔體充型更平穩,產生的渦流和液面波動小,溫度分布的方向性好,便于采用更快的加壓速度。這項研究為低壓鑄造生產復合材料制件提供了指導和借鑒。

      在國際壓鑄會議上,部分作者介紹了本單位取得成功的壓鑄設計或生產工藝的經驗。廣東鴻圖科技股份有限公司的嚴卓榮先生,介紹了該公司生產壓鑄鋁合金整體梯級的成功工藝。東風本田發動機有限公司的李建華也介紹了該公司生產轎車缸體的壓鑄生產工藝,以及質量管理方法等。

    【上一個】 我國的鎂合金壓鑄工業也必將在強手如林的世界市場上占有一席之地 【下一個】 目前世界上已投入應用的快速成型裝置所采用的主要方法

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