熱室壓鑄機是生產(chǎn)中小型鎂合金的理想設(shè)備, 因為它的熱損失很低。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。

因為當(dāng)金屬流體快速凝固時, 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被壓縮并推進到 "鵝頸" 處, 并與通道表面進行熱交換, 形成強制對流。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), 因此需要很長時間才能實現(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模式

當(dāng)金屬流體在高速處8形腔內(nèi)時, 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。流體表面實際上是由回流填充的, 因為流體表面具有相對較強的導(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。結(jié)果表明, 不同的鑄件表面和中心凝固速度將促進缺陷環(huán)的生成和強化。實踐和理論證明, 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。

我們還認為, 這種非樹突狀晶體結(jié)構(gòu)的另一個來源是金屬流體通過熱室的閘門入口的強制對流。采用 eds (x 射線能量色散檢測器) 測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)進行這種化學(xué)測試, 并能檢測原子中的化學(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)論將有助于改進設(shè)計, 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, 然后是機械或其他攪拌作用, 這兩種情況都會產(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。

"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, 會有一些鎂在強制對流和 "z" 型, 在金屬流動的雙重作用下, 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行冷卻, 快速冷卻是圍繞α初級相產(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, 這種對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, 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)流動性低, 在金屬流動過程中, 在井內(nèi)產(chǎn)生少量金屬輥, 對非樹突晶體結(jié)構(gòu)非常重要。此外, 熱室的鵝頸形狀也支持這種強對流, 這促進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, 因為模具尚未在穩(wěn)定狀態(tài)下使用。

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

對于凝固間隔大、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, 或者因為它們早在凝固過程之前就已經(jīng)凝固了。由于合金的凝固溫度不同, 模具的收縮強度也不同, 以后會發(fā)生表面熱開裂。同時, 鑄件的表面熱開裂也會隨著一些小的內(nèi)部熱開裂而向外擴展。

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。改進后的方法是修改設(shè)計參數(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性。這就需要改進入口的形狀和位置。

其次, 通過重新設(shè)計鑄件形式, 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: 同時進行必要的模擬試驗。為了使設(shè)計更加完善, 通過這樣的工程改進可以進一步減少鑄造缺陷。