高硅铝合金的半固态压铸成形技术.pdf

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1、IRI竺堡苎高硅铝合金的半固态压铸成形技术华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室(湖北武汉430074)吴树森万里安萍毛有武【摘要】本文介绍了利用超声振动制备半固态浆料及其流变压铸成形方法，以及利用该方法进行高硅铝合金的压铸成形研究。半固态压铸成形工艺适合于高硅铝合金材料零件的成形制造，可降低成形温度，组织致密，性能提高。A890及含20％Si的AlSiCuMgNigE~硅铝合金经过半固态压铸成形，抗拉强度比液态压铸提高5O％左右，且可以通过热处理提高零件的性能。生产成本低等优点，成为目前的研究热点。一般的流变一概述成形制浆过程中，为方便熔

2、体均匀形核和初生晶粒缓慢W．>18％的高硅铝合金具有很好的耐磨性及耐热长大，常将熔体从液相线温度缓慢冷却到半固态成形温性，膨胀系数低，在汽车、摩托车及其他领域具有重要度。但对过共晶Al—si合金来说，一般的缓慢冷却不但的用途。但是，采用传统的铸造方法生产高硅铝合金难以阻碍初生si粒的迅速长大，还会造成初生si粒的偏时，主要存在以下问题：析。目前的一些方法也很难以经济的方式制备出理想的一是初晶硅的细化困难。随着si含量的增加，合金过共晶Al—Si合金流变浆料。因此，本研究进行超声振中初晶硅体积率增大，使得合金的抗拉强度、屈服强度动制备高硅A1一si

3、合金流变浆料的探索并研究相关工艺和塑性都降低。参数对浆料组织的影响。二是液态成形温度高，其浇注温度在800℃左右，研究表明，超声振动制备高硅铝合金成本较低，对铸型的热冲击大，限制了高硅铝合金的广泛使用。能产生强烈的熔体对流，可以同时保证初生Si均匀形三是力学性能偏低，难以满足越来越高的性能要核、缓慢长大及避免Si相偏析，并提高制浆效率，最终求。制得初生si晶粒细小、均匀分布的流变浆料，压铸成形因此，改善高硅铝合金综合力学性能仍然是当今后零件的强度高，且可进一步进行热处理强化。的重要研究内容。虽然通过快速凝固技术可以制造W，本文介绍了超声波制备半固

4、态浆料的技术，以及=25％左右的铝硅合金，但该方法的应用受到零件形状A390、A1—20％Si高硅铝合金的半固态流变压铸成形的及成本的限制。组织及性能。金属材料的半固态成形制备，具有成形温度低二、半固态流变压铸成形技术(比液态制备低1()o～150~C)、模具寿命长、材料缩孔缩松少，以及强度高并能够热处理等许多优点。近年本技术采用高能超声波振动制浆方法制备半固态来，过共晶Al—si合金的半固态成形也得到广泛关注，浆料，在金属液进入料室前的浇包内进行浆料制备，或但研究主要集中在半固态触变成形方面。半固态流变成将超声振动装置与成形设备紧密结合，在成形

5、机的料室形不需制坯和重熔，与触变成形相比具有生产效率高及(如压铸机或挤压机的料室)内进行浆料制备，实现半参曷工⋯—■●■■■■■竺■■■签■■■■■竺■■■■_fI一IR铸造技术专题固态浆料的直接流变铸造成形。由于选用的超声振动装浸入熔体15～20mm，然后开启超声波振动。超声波振置一般都比较小，所以容易实现灵活安装及移动。本方动一定时间后，获得具有一定固相分数的半固态浆料，法具有设备紧凑、设备成本低、流程短、维护容易，以停止振动；然后升起振动头，移动盛有半固态浆料的容及搅拌效果好等诸多优点。器，将浆料传送至压铸机或挤压机，浇入压射室(如图高能超

6、声波振动制备半固态浆料装置如图1所示。2所示)，压铸或挤压成形，获得具有半固态组织的铝它主要由超声波发生控制器、换能器，变幅杆，电炉温合金零件。度控制仪，以及保温电炉和特制保温样杯等部分组成。其中，超声波发生控制器的功率为1200～1800W，发振频率为20kHz以上。超声波换能器采用纵向夹心式压电2———～振子，变幅杆(振动头)采用钛合金材料，起振幅放大1及超声振动作用。为了文中叙述方便，我们将换能器和、＼、I＼幅杆构成的部分称为超声波振动头。l

7、t5高能超声制浆的原理是由于超声振动在金属熔体中产生的声空化和声流的共同作用，在液体内部产生强图2

8、浆料压铸成形示意烈的对流效应，并增强熔体的形核能力，从而使晶粒呈1．模具2型腔3．浆料4砷头5．压铸机压室非枝晶方式生长，并细化晶粒，获得半固态浆料及组三、A390高硅铝合金的半固态压铸成形织。高能超声波制备半固态浆料及浆料的压射成形的1．半固态制浆及成形工艺主要流程如下：合金熔炼一浇入保温杯一超声振动一浆试验所用合金材料A390的化学成分为：W=料传送一浇人压室一压射成形一零件。17％、Wc=4．5％、WM=0．6％，其余为A1。A390合金首先，将铝合金炉料放入电阻炉内的铸铁坩埚的固相线温度为505℃，液相线温度为650℃。中，加热至800～

9、850℃(对于A390等高硅铝合金)熔将按一定比例配好的原材料放入铸铁坩埚中，电化，用高纯氩气旋转除气、静置并调温至750～780~C备