高硅鋁合金的半固態(tài)壓鑄成形技術(shù).pdf

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1、IRI竺堡苧高硅鋁合金的半固態(tài)壓鑄成形技術(shù)華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北武漢430074)吳樹森萬里安萍毛有武【摘要】本文介紹了利用超聲振動制備半固態(tài)漿料及其流變壓鑄成形方法，以及利用該方法進(jìn)行高硅鋁合金的壓鑄成形研究。半固態(tài)壓鑄成形工藝適合于高硅鋁合金材料零件的成形制造，可降低成形溫度，組織致密，性能提高。A890及含20％Si的AlSiCuMgNigE~硅鋁合金經(jīng)過半固態(tài)壓鑄成形，抗拉強(qiáng)度比液態(tài)壓鑄提高5O％左右，且可以通過熱處理提高零件的性能。生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前的研究熱點(diǎn)。一般的流變一概述成形制漿過程中，為方便熔

2、體均勻形核和初生晶粒緩慢W．>18％的高硅鋁合金具有很好的耐磨性及耐熱長大，常將熔體從液相線溫度緩慢冷卻到半固態(tài)成形溫性，膨脹系數(shù)低，在汽車、摩托車及其他領(lǐng)域具有重要度。但對過共晶Al—si合金來說，一般的緩慢冷卻不但的用途。但是，采用傳統(tǒng)的鑄造方法生產(chǎn)高硅鋁合金難以阻礙初生si粒的迅速長大，還會造成初生si粒的偏時(shí)，主要存在以下問題：析。目前的一些方法也很難以經(jīng)濟(jì)的方式制備出理想的一是初晶硅的細(xì)化困難。隨著si含量的增加，合金過共晶Al—Si合金流變漿料。因此，本研究進(jìn)行超聲振中初晶硅體積率增大，使得合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度動制備高硅A1一si

3、合金流變漿料的探索并研究相關(guān)工藝和塑性都降低。參數(shù)對漿料組織的影響。二是液態(tài)成形溫度高，其澆注溫度在800℃左右，研究表明，超聲振動制備高硅鋁合金成本較低，對鑄型的熱沖擊大，限制了高硅鋁合金的廣泛使用。能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熔體對流，可以同時(shí)保證初生Si均勻形三是力學(xué)性能偏低，難以滿足越來越高的性能要核、緩慢長大及避免Si相偏析，并提高制漿效率，最終求。制得初生si晶粒細(xì)小、均勻分布的流變漿料，壓鑄成形因此，改善高硅鋁合金綜合力學(xué)性能仍然是當(dāng)今后零件的強(qiáng)度高，且可進(jìn)一步進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。的重要研究內(nèi)容。雖然通過快速凝固技術(shù)可以制造W，本文介紹了超聲波制備半固

4、態(tài)漿料的技術(shù)，以及=25％左右的鋁硅合金，但該方法的應(yīng)用受到零件形狀A(yù)390、A1—20％Si高硅鋁合金的半固態(tài)流變壓鑄成形的及成本的限制。組織及性能。金屬材料的半固態(tài)成形制備，具有成形溫度低二、半固態(tài)流變壓鑄成形技術(shù)(比液態(tài)制備低1()o～150~C)、模具壽命長、材料縮孔縮松少，以及強(qiáng)度高并能夠熱處理等許多優(yōu)點(diǎn)。近年本技術(shù)采用高能超聲波振動制漿方法制備半固態(tài)來，過共晶Al—si合金的半固態(tài)成形也得到廣泛關(guān)注，漿料，在金屬液進(jìn)入料室前的澆包內(nèi)進(jìn)行漿料制備，或但研究主要集中在半固態(tài)觸變成形方面。半固態(tài)流變成將超聲振動裝置與成形設(shè)備緊密結(jié)合，在成形

5、機(jī)的料室形不需制坯和重熔，與觸變成形相比具有生產(chǎn)效率高及(如壓鑄機(jī)或擠壓機(jī)的料室)內(nèi)進(jìn)行漿料制備，實(shí)現(xiàn)半?yún)㈥鹿?—■●■■■■■竺■■■簽■■■■■竺■■■■_fI一IR鑄造技術(shù)專題固態(tài)漿料的直接流變鑄造成形。由于選用的超聲振動裝浸入熔體15～20mm，然后開啟超聲波振動。超聲波振置一般都比較小，所以容易實(shí)現(xiàn)靈活安裝及移動。本方動一定時(shí)間后，獲得具有一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)漿料，法具有設(shè)備緊湊、設(shè)備成本低、流程短、維護(hù)容易，以停止振動；然后升起振動頭，移動盛有半固態(tài)漿料的容及攪拌效果好等諸多優(yōu)點(diǎn)。器，將漿料傳送至壓鑄機(jī)或擠壓機(jī)，澆入壓射室(如圖高能超

6、聲波振動制備半固態(tài)漿料裝置如圖1所示。2所示)，壓鑄或擠壓成形，獲得具有半固態(tài)組織的鋁它主要由超聲波發(fā)生控制器、換能器，變幅桿，電爐溫合金零件。度控制儀，以及保溫電爐和特制保溫樣杯等部分組成。其中，超聲波發(fā)生控制器的功率為1200～1800W，發(fā)振頻率為20kHz以上。超聲波換能器采用縱向夾心式壓電2———～振子，變幅桿(振動頭)采用鈦合金材料，起振幅放大1及超聲振動作用。為了文中敘述方便，我們將換能器和、＼、I＼幅桿構(gòu)成的部分稱為超聲波振動頭。l

7、t5高能超聲制漿的原理是由于超聲振動在金屬熔體中產(chǎn)生的聲空化和聲流的共同作用，在液體內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)圖2

8、漿料壓鑄成形示意烈的對流效應(yīng)，并增強(qiáng)熔體的形核能力，從而使晶粒呈1．模具2型腔3．漿料4砷頭5．壓鑄機(jī)壓室非枝晶方式生長，并細(xì)化晶粒，獲得半固態(tài)漿料及組三、A390高硅鋁合金的半固態(tài)壓鑄成形織。高能超聲波制備半固態(tài)漿料及漿料的壓射成形的1．半固態(tài)制漿及成形工藝主要流程如下：合金熔煉一澆入保溫杯一超聲振動一漿試驗(yàn)所用合金材料A390的化學(xué)成分為：W=料傳送一澆人壓室一壓射成形一零件。17％、Wc=4．5％、WM=0．6％，其余為A1。A390合金首先，將鋁合金爐料放入電阻爐內(nèi)的鑄鐵坩堝的固相線溫度為505℃，液相線溫度為650℃。中，加熱至800～

9、850℃(對于A390等高硅鋁合金)熔將按一定比例配好的原材料放入鑄鐵坩堝中，電化，用高純氬氣旋轉(zhuǎn)除氣、靜置并調(diào)溫至750～780~C備