半固态压铸厚壁产品缩松与偏析缺陷表征和控制机理研究
发布时间：2021-10-11 11:39
实现“以铝代钢”从而达到汽车轻量化已经成为汽车行业的一个重要发展趋势。半固态成形技术凭借能够显著地球化细化铝合金晶粒、提高铝合金的铸造性能和可热处理强化等特点,逐渐成为实现汽车“以铝代钢”轻量化的一种技术。然而在目前的铝合金半固态成形的实际生产中,仍存在大量的铸造缺陷,由于缺乏对这些缺陷的系统地分析统计,导致加长了研发周期、提高了生产成本等。本论文主要研究了铝硅合金在半固态压铸过程中,工艺参数对两类典型的半固态铸造缺陷——缩孔缩松缺陷和固液偏析缺陷的影响,得出了不同工艺参数对两类缺陷的影响规律。这对今后在类似厚壁产品的实际研发及生产过程中有着重大的指导意义。主要研究成果如下:缩孔缩松缺陷的主要影响因素为:增压压力、料柄厚度以及模具温度。在一定范围内,随着增压压力的提高、料柄厚度的增大、模具温度的提升,缩孔缩松缺陷面积逐渐减少。当增压压力稳定在1000bar时,料柄厚度保持在68mm时,模具温度保持在230℃时,可以连续稳定的生产出无缩孔缩松缺陷的铸件。厚壁产品中的固液偏析包括径向固液偏析和轴向固液偏析。径向偏析表现为在径向上,从边部到心部的液相变化规律为先显著降低然后略微波动,最终在心...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＳＥＥＤ法制备的合金组织??１．２．３半固态成形技术优点??半固态成形由于其半固态浆料的特点，相对于其他铸造方式拥有以下几个天然的??
缩??的过程中收缩量更小，再加上压铸等工艺中的补缩措施，能够有效地避免由于凝固收??缩而引起的缩孔缩松等缺陷［４７］。??（３）相对于传统的液态压铸，半固态压铸的产品内部气孔含量较低甚至不含气孔，??在此基础上半固态压铸的产品可以经过热处理强化提高其力学性能。??１＊３半固态压铸成形缺陷＿??随着半固态理论研究的不断深入、半固态成型技术的不断推广，半固态压铸产品??也在不断开发，种类越来越多。目前半固态压铸产品可定义为三大类：（１）厚壁产品，??其厚度为ｌ〇ｍｍ以上。如卡钳等，如图１．４（ａ），其厚度最高可达４０ｍｍ；?（２）薄壁产品，??其厚度为５ｍｍ以下。如减震塔等，如图１．４（ｂ），其最薄的部分大约为４ｍｍ左右；（３）??中壁产品，其厚度为５ｍｍ－１０ｍｍ，如左中支架等，如图１．４（ｃ）；不同类型产品中，产??生的典型缺陷具有一定的规律性，缺陷产生的类型及原因也不尽相同。在已有生产实??验的基础上，通过大量的观察实验发现：（１）在厚壁产品中，由于某些部位厚大，在充??型过程中很容易产生补缩不完全从而产生缩孔缩松缺陷，如图１．５（ｂ）该类型的产品中??也容易在某些特征部位产生固液偏析缺陷如图１．５（ａ）；?（２）在薄壁件中，如减震塔，由??于产品大而薄的特性，为了在浇注过程中的充型完整，通常在压铸过程中加快冲头的??速度。这样的话虽然避免产生了充型不良的缺陷，但会导致浆料流动前沿稳定性降低，??产生湍流，进而产生其他缺陷，例如流动失稳等，如图１．５（ｃ）；?（３）在中壁产品中，其??厚度介于薄壁和厚壁之间，充型过程基本保持中低速就可以达到充型完整的效果。但??由于其具有某些复杂的结构，也容易在一些部位，如直角拐弯处
?１绪论???ｉｉｗ??图１．５不同类型半固态压铸产品中的典型缺陷：??（ａ）卡钳中的固液偏析缺陷；（ｂ）卡钳中的缩孔缩松缺陷；??（ｃ）减震塔中流动失稳缺陷；（ｄ）左中支架中卷气缺陷；??１．４缩孔缩纖陷研宄现状??１．４．１缩孔缩松简介??在半固态厚壁产品的缺陷分析中，缩孔缩松是被重点研宄的典型缺陷。在铸造过??程中，如果模具设计不当，则会出现某区域金属比周围金属凝固缓慢的局部区域，称??该区域为“热节”?［５９］。随着凝固的进行，热节区域会凝固最慢，导致周围金属凝固??后，该区域再凝固收缩时不能进行补缩，最终容易在该位置形成缩孔缺陷，因此在铸??造中补缩尤为重要［６Ｇ］，一些学者也在模具设计中把热节位置作为主要的研究对象进??行研究。在铸造合金中，Ｓｉ元素在凝固时会膨胀，因此铝硅合金具有良好的充型性和??补缩性［６｜］，故半固态铸造中最常用的就是以３１９ｓ等为主的铝硅合金。缩孔缩松缺陷??金相显微镜下观察如图１．６所示，ＳＥＭ扫描分析如图１．７所示。??圓??图１．６?３１９Ｓ合金半固态成形中的缩孔缺陷??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金材料的应用与开发潜力[J]. 徐默雷. 当代化工研究. 2018(10)
[2]汽车轻量化技术:铝/镁合金及其成型技术发展动态[J]. 付彭怀,彭立明,丁文江. 中国工程科学. 2018(01)
[3]基于成分均匀化的层状铸造方法的实验与模拟研究[J]. 李军,王军格,任凤丽,葛鸿浩,胡侨丹,夏明许,李建国. 金属学报. 2018(01)
[4]工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响[J]. 谭建波,魏胜辉,刘雪萍. 河北科技大学学报. 2017(02)
[5]汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J]. 陈进. 中国市场. 2016(41)
[6]半固态成形工艺特点及发展现状[J]. 孟毅. 精密成形工程. 2016(04)
[7]间接挤压铸造工艺参数对铝合金中Si偏析的影响[J]. 郭莉军,邢书明,鲍培玮,邱常明,刘文鑫. 工程科学学报. 2016(02)
[8]新能源汽车轻量化材料[J]. 唐见茂. 新型工业化. 2016(01)
[9]半固态金属成形技术的研究进展[J]. 罗晓强,李正阳,燕青芝. 新技术新工艺. 2015(06)
[10]温度对α+Ti2Cu钛合金半固态偏析行为和锻造机理的影响（英文）[J]. 陈永楠,雒创,张凤英,魏建锋,赵永庆. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
博士论文
[1]半固态铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺及强化机理研究[D]. 杜康.北京有色金属研究总院 2017
[2]Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D]. 梁小康.北京有色金属研究总院 2017
[3]319s铝合金高固相分数半固态压铸多尺度数值模拟方法与实验研究[D]. 胡小刚.北京科技大学 2017
本文编号：3430435
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?ＳＥＥＤ法制备的合金组织??１．２．３半固态成形技术优点??半固态成形由于其半固态浆料的特点，相对于其他铸造方式拥有以下几个天然的??
缩??的过程中收缩量更小，再加上压铸等工艺中的补缩措施，能够有效地避免由于凝固收??缩而引起的缩孔缩松等缺陷［４７］。??（３）相对于传统的液态压铸，半固态压铸的产品内部气孔含量较低甚至不含气孔，??在此基础上半固态压铸的产品可以经过热处理强化提高其力学性能。??１＊３半固态压铸成形缺陷＿??随着半固态理论研究的不断深入、半固态成型技术的不断推广，半固态压铸产品??也在不断开发，种类越来越多。目前半固态压铸产品可定义为三大类：（１）厚壁产品，??其厚度为ｌ〇ｍｍ以上。如卡钳等，如图１．４（ａ），其厚度最高可达４０ｍｍ；?（２）薄壁产品，??其厚度为５ｍｍ以下。如减震塔等，如图１．４（ｂ），其最薄的部分大约为４ｍｍ左右；（３）??中壁产品，其厚度为５ｍｍ－１０ｍｍ，如左中支架等，如图１．４（ｃ）；不同类型产品中，产??生的典型缺陷具有一定的规律性，缺陷产生的类型及原因也不尽相同。在已有生产实??验的基础上，通过大量的观察实验发现：（１）在厚壁产品中，由于某些部位厚大，在充??型过程中很容易产生补缩不完全从而产生缩孔缩松缺陷，如图１．５（ｂ）该类型的产品中??也容易在某些特征部位产生固液偏析缺陷如图１．５（ａ）；?（２）在薄壁件中，如减震塔，由??于产品大而薄的特性，为了在浇注过程中的充型完整，通常在压铸过程中加快冲头的??速度。这样的话虽然避免产生了充型不良的缺陷，但会导致浆料流动前沿稳定性降低，??产生湍流，进而产生其他缺陷，例如流动失稳等，如图１．５（ｃ）；?（３）在中壁产品中，其??厚度介于薄壁和厚壁之间，充型过程基本保持中低速就可以达到充型完整的效果。但??由于其具有某些复杂的结构，也容易在一些部位，如直角拐弯处
?１绪论???ｉｉｗ??图１．５不同类型半固态压铸产品中的典型缺陷：??（ａ）卡钳中的固液偏析缺陷；（ｂ）卡钳中的缩孔缩松缺陷；??（ｃ）减震塔中流动失稳缺陷；（ｄ）左中支架中卷气缺陷；??１．４缩孔缩纖陷研宄现状??１．４．１缩孔缩松简介??在半固态厚壁产品的缺陷分析中，缩孔缩松是被重点研宄的典型缺陷。在铸造过??程中，如果模具设计不当，则会出现某区域金属比周围金属凝固缓慢的局部区域，称??该区域为“热节”?［５９］。随着凝固的进行，热节区域会凝固最慢，导致周围金属凝固??后，该区域再凝固收缩时不能进行补缩，最终容易在该位置形成缩孔缺陷，因此在铸??造中补缩尤为重要［６Ｇ］，一些学者也在模具设计中把热节位置作为主要的研究对象进??行研究。在铸造合金中，Ｓｉ元素在凝固时会膨胀，因此铝硅合金具有良好的充型性和??补缩性［６｜］，故半固态铸造中最常用的就是以３１９ｓ等为主的铝硅合金。缩孔缩松缺陷??金相显微镜下观察如图１．６所示，ＳＥＭ扫描分析如图１．７所示。??圓??图１．６?３１９Ｓ合金半固态成形中的缩孔缺陷??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金材料的应用与开发潜力[J]. 徐默雷. 当代化工研究. 2018(10)
[2]汽车轻量化技术:铝/镁合金及其成型技术发展动态[J]. 付彭怀,彭立明,丁文江. 中国工程科学. 2018(01)
[3]基于成分均匀化的层状铸造方法的实验与模拟研究[J]. 李军,王军格,任凤丽,葛鸿浩,胡侨丹,夏明许,李建国. 金属学报. 2018(01)
[4]工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响[J]. 谭建波,魏胜辉,刘雪萍. 河北科技大学学报. 2017(02)
[5]汽车轻量化材料及制造工艺研究浅析[J]. 陈进. 中国市场. 2016(41)
[6]半固态成形工艺特点及发展现状[J]. 孟毅. 精密成形工程. 2016(04)
[7]间接挤压铸造工艺参数对铝合金中Si偏析的影响[J]. 郭莉军,邢书明,鲍培玮,邱常明,刘文鑫. 工程科学学报. 2016(02)
[8]新能源汽车轻量化材料[J]. 唐见茂. 新型工业化. 2016(01)
[9]半固态金属成形技术的研究进展[J]. 罗晓强,李正阳,燕青芝. 新技术新工艺. 2015(06)
[10]温度对α+Ti2Cu钛合金半固态偏析行为和锻造机理的影响（英文）[J]. 陈永楠,雒创,张凤英,魏建锋,赵永庆. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
博士论文
[1]半固态铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺及强化机理研究[D]. 杜康.北京有色金属研究总院 2017
[2]Al-Si合金半固态浆料制备技术及应用研究[D]. 梁小康.北京有色金属研究总院 2017
[3]319s铝合金高固相分数半固态压铸多尺度数值模拟方法与实验研究[D]. 胡小刚.北京科技大学 2017
本文编号：3430435
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