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    通過將凝固組織與冷卻曲線對照分析研究了壓力對凝固組織的影響


    擠壓鑄造鋁合金鑄件內部溫度測量及組織特征李彥達1韓志強1黃曉然1萬里2柳百成13(1.清華大學機械工程系,先進成形制造教育部重點實驗室;。華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室;3.清華大學汽車工程系,汽車安全與節能國家重點實驗室)一種擠壓鑄造過程直接測量鑄件內部溫度的方法,該方法能夠對直接擠壓鑄造過程中鑄件內部的溫度變化進行連續多模次測量。采用該方法,對A356鋁合金擠壓鑄造過程中鑄件內部溫度變化進行了測量,獲得了不同擠壓壓力下階梯試件不同部位的冷卻曲線。采用光學顯微鏡對測溫部位附近的凝固組織進行了觀察,并測量了晶粒尺寸。通過將凝固組織與冷卻曲線對照分析,研究了壓力對凝固組織的影響。

      擠壓鑄造是一種先進的近凈成形工藝,其主要特點是對澆入型腔內的液態金屬施以較高的機械壓力,使其在壓力下凝固成形,獲得內部致密、可進行熱處理的鑄件,以緊配合固定熱電偶,在加壓凝固后熱電偶即固化于鑄件中,又緊固在模具上,從而造成鑄件脫模困難,容易損傷模具,不利于連續進行多模次的測溫。為此,本課題開發了一種直接測量擠壓鑄造過程鑄件內部溫度的方法,該方法能夠對直接擠壓鑄造過程中鑄件內部的溫度變化進行連續多模次測量。本課題應用該方法對A356鋁合金擠壓鑄造過程中試件內部溫度變化進行了測量,并采用光學顯微鏡對測溫部位附近的凝固組織進行了觀察和晶粒尺寸測量。通過將凝固組織與冷卻曲線對照分析,研究了壓力對凝固組織的影響。

      鋁合金擠壓鑄造測溫試驗1.1直接擠壓鑄造測溫模具擠壓鑄造過程中,液態金屬在幾十甚至上百MPa基金項目:國家自然科學基金資助項目(0875143);科技部國際科技合作計劃資助項目(2010DFA72760);華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室開放基金資助項目(9-11)第一:李彥達,男,1987年出生,碩士研究生,清華大學機械工程系,先進成形制造教育部重點實驗室,北京(100084),,E―mail:liydl987163.com通訊作者:韓志強,男,1968年出生,副教授,清華大學機械工程系,先進成形制造教育部重點實驗室,北京(100084),電話:010―62794482,E-mail:寸擠壓鑄造鋁合金鑄件內部溫度測量及組織特征李彥達的壓力下進行凝固。對擠壓鑄件內部進行溫度測量的難點在于,一方面,熱電偶與模具之間的間隙不能太大,以保證加壓凝固過程中金屬液不會泄露,另一方面,在鑄件凝固后,熱電偶固結在鑄件中,當頂出鑄件時,熱電偶必須能夠跟隨鑄件一起脫模。為了解決這一難題,本研究通過活動的凸臺連接模具和熱電偶,熱電偶與凸臺之間是緊配合,用以防止加壓過程中金屬液泄露,而凸臺與模具利用帶有斜面的間隙配合,用以保證鑄件凝固后,熱電偶隨鑄件一起頂出。該模具的設計使得擠壓鑄造測溫試驗能夠安全穩定,連續多模次地進行。開發的直接擠壓鑄造測溫模具結構見。

      6.頂桿7.熱電偶8.數據采集裝置當需要對擠壓鑄件內部溫度進行測量時,將熱電偶從凸臺的通孔穿出并調整熱電偶的高度,通過熱電偶測量鑄件冷卻過程內部的溫度變化。由于熱電偶固定凸臺的存在,在鑄件凝固后,鑄件以及凝固其中的熱電偶可以一起被頂桿頂出,與模具順利分離,在頂出過程熱電偶不會損傷模具,能夠實現連續多模次的測溫。當無需測溫時,可使用不帶通孔的凸臺,進行正常的擠壓鑄造即可。

      1.2試驗材料和方法試驗材料為A356鋁合金,具體成分見表1.該合表1A356鋁合金的化學成分余量金屬于Al-Si-Mg系鋁合金,具有良好的鑄造性能和抗腐蝕能力、熱處理后的比強度高等優點。

      擠壓鑄件的幾何尺寸和熱電偶測溫位置見。

      擠壓鑄造試件幾何尺寸及熱電偶測溫位置試驗步驟如下:①將鋸好的鋁錠烘干后放在石墨坩堝內進行熔煉,加熱、熔化、升溫至740°C,然后除氣、靜置,等待澆注,在鋁錠熔煉的同時用電加熱器將模具加熱至220C;②模具噴涂料,保證脫模順利,試驗中采用水基石墨涂料;③模具安裝熱電偶,以測量試件冷卻過程中內部的溫度變化;④在擠壓力為27、82、123 MPa,保壓時間為20s的條件下進行測溫;⑤到達保壓時間后,用頂桿將鑄件頂出,用鉗子將熱電偶絲剪斷,將鑄件取下,隨后進行組織觀察。

      試驗結果2.1鑄件局部的冷卻曲線為不同壓力下鑄件內部3個測溫點的冷卻曲線。合金熔體澆注后溫度逐漸降低,當熔體過冷至液相線下某一溫度時熔體發生形核長大,固相率逐漸增加,釋放的潛熱使熔體溫度略微上升或基本保持不變或下降速度變緩。對比同一位置不同壓力下的冷卻曲線可以發現,壓力的施加大大縮減了鑄件凝固所需的時間,加快了鑄件的冷卻速度。

      2.2測量晶粒尺寸將擠壓鑄件在熱電偶頭處切開,見。按照GB/擠壓鑄件切割方法及編號T3246.1―2000標準將試樣磨制、拋光在光學顯微鏡下觀察,得到的金相照片見。經陽極覆膜后在偏振光下觀察,得到的金相照片見,然后采用截距法測量晶粒尺寸,測量結果見表2.表2不同壓力下試件不同位置的晶粒尺寸壓力/MPa位置晶粒尺寸/大氣壓力(。1)(a)大氣壓力(0.在不同壓力下鑄件的典型微觀組織(a)大氣壓力(0.在不同壓力下P2位置處的微觀組織從可以看出,壓力對初生a -A1形貌的影響,在大氣壓力和41MPa時,初生a-A1為典型的枝晶狀。當壓力增大到82MPa時,初生a-A1相為薔薇狀,較為圓整,但比較粗大,當壓力增大到123MPa時,組織中已經看不到典型的枝晶組織,此時初生a -A1相的邊界比較平滑,為細小的近球狀。

      比較不同壓力下鑄件同一位置的晶粒尺寸可以發現,晶粒尺寸隨著壓力的增大而減小。這一方面是由于壓力的增大提高了熔體液相線溫度,使過冷度增大,另一方面,增大壓力減小了鑄件和模具之間的接觸熱阻,提高了鑄件的冷卻速度。

      結論開發了一種能夠連續多模次地直接測量擠壓鑄造過程鑄件內部溫度的模具。在該模具上進行直接擠壓鑄造試驗,成功獲得擠壓鑄件和冷卻曲線。

      在試驗壓力范圍內,增大擠壓壓力使得鑄件中初生a-Al相逐漸圓整,由典型的枝晶組織過渡到薔薇壓力鑄造特種鑄造及有色合金帶預復位機構的推管和擺塊推件的葉輪壓鑄模李淑玉1田福祥2(1.青島理工大學汽車與交通學院;2.青島理工大學機械工程學院)件變形甚至斷裂,故采用8個擺塊與1個推管的組合推件機構。分析了鑄件的工藝性,論述了模具結構和工作過程。

      為葉輪示意圖,材料為ZL107,工件由8個葉片組成,尺寸較大,葉片外端面直徑為416mm,輪轂的寬度為84mm,中心孔的抽芯和輪轂的脫模采用推管推出。葉片截面為曲面,其根部與近似球體的輪轂交接處形成側凹,側凹處在模具中不易出模,而且葉片與輪轂的接觸面積小,強度較小,需采用擺塊機構推件。

      狀形貌的組織,最終為細小的近球狀。

      在試驗壓力范圍內,增大擠壓壓力使得試件的晶粒尺寸逐漸變小。


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