压铸技术

镁合金压铸件裂纹缺陷的产生和过程控制

文章来源:威尼斯2017娱乐官网时间:2019-03-15 点击:
热室压铸机是生产中小型镁合金的理想设备, 因为它的热损失很低。由于其良好的延展性, 材料 am60b 经常被用作生产汽车转向部件的材料。这种材料 am60b 的延展性也源于其独特的微观结构。am60b 在热室中的行为是由它的非树突状矩阵决定的, 它基本上是由共晶 (a117mgl2) 分离的。
因为当金属流体快速凝固时, 共晶无法形成降低金属延展性和抗蠕变性的粗糙片, 而是以不相交的形式存在。镁的基体结构介于树突状和球形之间, 而在半凝固铸造过程中通常会发现球状结构。在注入过程中, 溶液中的镁合金在通过闸门入口位置时被压缩并推进到 "鹅颈" 处, 并与通道表面进行热交换, 形成强制对流。这一过程是形成非树突状结构的主要原因之一。
由于 am60b 中铝的含量低于 am9d, am60 的金属流体在压铸过程中的流动性低于 am91d。此外, 由于 am60b 金属流体固化速度快得多 (比 az91d 快得多), am60b 铸件的表面固化速度也快于其他铸件。此外, 由于 am60b 具有较长的凝固区, 因此需要很长时间才能实现完全凝固。镁合金铸件特有的缺陷是内部层压, 或缺陷带。主要在铸件表面和内部结构上的差异。这种缺陷也受到其无形式和凝固过程的影响。应用表明, 通过选择较好的闸门位置, 优化铸件的几何形状, 可以避免这些缺陷。
am60m 汽车转向部件铸造
此铸件用于固定转向柱外壳。需要更高的延展性和抗蠕变性, 而牺牲了强度。
热开裂和断裂
热裂通常发生在 t 形区域, 铸件中心区的缺陷区就是证明, 而更多的研究表明, 这种缺陷是导致铸件热裂的主要因素。
压铸过程中的流体流动模式
当金属流体在高速处8形腔内时, 由于流体本身的粘度, 流体在边界处受到较大的阻力, 而流体的中心则受到较小的电阻测量。因此, 流体在边界附近的速度接近于零, 而流体中心的速度是快的。图4显示了流体的流速场分布。流体表面实际上是由回流填充的, 因为流体表面具有相对较强的导热系数, 这导致铸件的表面温度低于铸造中心的温度, 最终导致在铸件内生产两种不同的温碱压力接口。该接口将直接产生铸造内部缺陷环。结果表明, 缺陷环是在压铸初期形成的, 并在凝固过程中得到加强。结果表明, 不同的铸件表面和中心凝固速度将促进缺陷环的生成和强化。实践和理论证明, 雷诺数 (高速) 流体具有较小的速度梯度分布。因此, 镁合金压铸中的高速压铸将更加可行。
组织
上述结论也支撑了由内部界面引起的铸造缺陷环的微观结构照片。图5显示了此类缺陷的微观结构图。可以清楚地观察到内部分裂区, 上半部分是铸件的表面积, 下半部分是铸件的中心区域。所有区域均表明, 非树突α镁原生晶体相 (白色) 被分离的β共晶相 (黑色) 所包围, 这证明表面区域有较细的晶体颗粒形状, 内部区域有较大的晶体粒子。
大家还认为, 这种非树突状晶体结构的另一个来源是金属流体通过热室的闸门入口的强制对流。采用 eds (x 射线能量色散检测器) 测试铸件界面中是否存在重要的合金分离带。eds 可以在小范围内进行这种化学测试, 并能检测原子中的化学元素。eds 结果表明, 表面的晶体颗粒比铸件中心的晶体颗粒小, 但在表面和内部的区域没有明显的合金偏析。这一结论将有助于改进设计, 即改变流体模型。生产无缺陷层的铸件。
非树突状晶体是如何产生的
在图5和图6中, 微观结构的形态表明, 非树突状晶体结构与其他过程中形成的结构有很大不同。非树突晶体结构的来源实际上来自其流变特性。这一原理目前正被用于半固化压铸工艺的开发。通常需要几种不同的条件来产生这种非树突状晶体结构, 首先是快速冷却, 然后是机械或其他搅拌作用, 这两种情况都会产生较小的晶体颗粒, 并消除树突状晶体。在一定条件下, 热室中鹅颈形状的闸门通道与上述两个条件完全一致。图7显示了熔融金属在压铸到腔内之前通过加热室的流动。
"z" 形闸门入口允许金属流体通过其界面层更早地与管壁进行热交换。由于高合金 am60 与凝固温度, 首先在结晶相的开始, 会有一些镁在强制对流和 "z" 型, 在金属流动的双重作用下, 在喷液金属流体入口管冷却, 从而破坏金属流体树突晶体, 产生近似球形的晶体后, 这些含有部分凝固体的金属被送入模具腔液进行冷却, 快速冷却是围绕α初级相产生的散射和共晶分离, 这种形态可以提高金属的延展性和抗蠕变性。值得一提的是, 这种非树突微晶结构不是一个真正的半凝固体, 它所产生的温度区域不在半凝固体的温度范围内。同时, 这种对流模式不是层流状态。
由于早期凝固, 镁合金在压铸中的金属流体不呈直线流动, 而是属于非牛顿流体力学范畴。因此, 金属流体的速度取决于材料的微观结构。这种非树突晶体结构流动性低, 在金属流动过程中, 在井内产生少量金属辊, 对非树突晶体结构非常重要。此外, 热室的鹅颈形状也支撑这种强对流, 这促进了镁合金压铸中这种非树突晶体结构的形成。
讨论
铸件表面的热裂纹是由冷却过程中不同的凝固温度和收缩引起的。热收缩在尚未完全凝固的金属的 "t" 形区域中积累, 而热开裂通常发生在模具的第一次填充过程中, 因为模具尚未在稳定状态下使用。
增加半径不一定会减少铸件的表面热开裂。以实现更好的设计更改。分析易缺陷区的金属流动方向和凝固温度是非常重要的。
对于凝固间隔大、共晶小的合金, 如 am60b, 更容易发生内部和表面的热开裂缺陷。
内部热开裂发生在 "层" (不同结构的微观结构晶体) 的界面上, 无论是在凝固过程中, 还是在由于缺乏填充而难以从闸门入口填充的区域, 或者因为它们早在凝固过程之前就已经凝固了。由于合金的凝固温度不同, 模具的收缩强度也不同, 以后会发生表面热开裂。同时, 铸件的表面热开裂也会随着一些小的内部热开裂而向外扩展。
结论
缺陷环是在铸造充填和冷却凝固过程中产生的。改进后的方法是修改设计参数。首先, 要获得低速梯形流体的形态, 金属流体需要具有较高的速度和良好的流动性。这就需要改进入口的形状和位置。
其次, 通过重新设计铸件形式, 如增加或减少一些铸件的体积和形状。其目的是提高冷却和凝固速度, 从而减少铸件某些部位的热量积累。
其他技术包括改变铸造半径和增加侧肋或凹槽。大型镶嵌和使用局部温度冷却棒可以减少铸件脆性位置的热量积累: 同时进行必要的模拟试验。为了使设计更加完善, 通过这样的工程改进可以进一步减少铸造缺陷。
镁合金压铸件 裂纹缺陷
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