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ADC12铝合金近液相线挤压铸造组织演变及缺陷控制

王绍著  
【摘要】:挤压铸造是一种金属液在机械压力作用下结晶凝固的先进的成型技术。在压力作用下,金属液在整个凝固过程中与模具紧密接触,增加了金属液的热传递系数及冷却率,组织更加细小,获得的制品表面粗糙度低及尺寸精度高,同时压力提高制品的密度,机械性能提高。压力在凝固过程中为补缩提供动力,大大减小制品中的缩孔缩松以及气孔等缺陷。挤压铸造制品还可进行焊接及热处理。间接挤压铸造靠浇注系统将压力传递给制品,易成形复杂形状的制品。同时间接挤压铸造设备发展迅速,已实现挤压铸造的自动化、工业化生产,因此间接挤压铸造现已被广泛的应用于汽车及航空工业,尤其是高强度、高密封性以及耐磨零件。本文将挤压铸造与近液相线铸造相结合,提出近液相线挤压铸造概念,简称NLSC,用于汽车用承力部件差速器支架的生产,促进了挤压铸造在汽车领域的应用。本文以ADC12铝合金为原料,采用间接挤压铸造工艺对差速器支架进行NLSC试验,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及X射线衍射等分析和测试手段,对ADC12铝合金近液相线挤压铸造部件差速器支架进行相组成及断裂形式分析,研究了工艺参数对组织演变及断口形貌、力学性能的影响。在浇注温度600℃、压力150MPa、压射速度0.15m/s及保压时间15s工艺参数下无需准备半固态坯料就可获得细小均匀圆整的半固态球状组织。球状组织的球状系数超过0.7,晶粒尺寸为20μm左右,固相率最高可达79%,共晶组织成细小颗粒状,抗拉强度可达295MPa。建立了铝液在料筒及模具型腔内冷却率的本构方程。揭示了NLSC组织中球状晶的球化与长大机理,阐述了NLSC组织演变过程及形核、生长方式;推导出近液相线挤压铸造的球状晶临界半径公式,临界半径与过冷度成反比例关系,压力通过改变铝液过冷度来影响球状生长的临界半径,工艺参数对组织演变的影响是通过影响凝固时间来实现的,高浇注温度、小压力可延长凝固时间使球状晶长大成蔷薇状晶。对NLSC存在的缺陷进行宏观及微观观察,研究了缩孔缩松的形成机理及偏析对组织性能影响机制,建立了零件截面的偏析模型。提出了浇注温度低(液相线附近)可减小壁厚差距较大部位缩孔缩松的新方法;截面上偏析可分为四个区域,而中心偏析具有与周围球状晶完全不同的组织及元素分布,增加厚壁处的冷却速度可减小并消除中心偏析。给出了浇注系统与排溢系统的设计原则,设计合理的浇注系统、排溢系统及冷却系统,实现零件的顺序凝固,控制了缩孔缩松的产生。推导出冷却水道直径及水流速度与零件模数的关系式。对五个工艺进行正交试验获得其对缩孔缩松的影响程度顺序及最佳工艺参数。


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