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    通过将凝固组织与冷却曲线对照分析研究了压力对凝固组织的影响


    挤压铸造铝合金铸件内部温度测量及组织特征李彦达1韩志强1黄晓然1万里2柳百成13(1.清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室;。华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室;3.清华大学汽车工程系,汽车安全与节能国家重点实验室)一种挤压铸造过程直接测量铸件内部温度的方法,该方法能够对直接挤压铸造过程中铸件内部的温度变化进行连续多模次测量。采用该方法,对A356铝合金挤压铸造过程中铸件内部温度变化进行了测量,获得了不同挤压压力下阶梯试件不同部位的冷却曲线。采用光学显微镜对测温部位附近的凝固组织进行了观察,并测量了晶粒尺寸。通过将凝固组织与冷却曲线对照分析,研究了压力对凝固组织的影响。

      挤压铸造是一种先进的近净成形工艺,其主要特点是对浇入型腔内的液态金属施以较高的机械压力,使其在压力下凝固成形,获得内部致密、可进行热处理的铸件,以紧配合固定热电偶,在加压凝固后热电偶即固化于铸件中,又紧固在模具上,从而造成铸件脱模困难,容易损伤模具,不利于连续进行多模次的测温。为此,本课题开发了一种直接测量挤压铸造过程铸件内部温度的方法,该方法能够对直接挤压铸造过程中铸件内部的温度变化进行连续多模次测量。本课题应用该方法对A356铝合金挤压铸造过程中试件内部温度变化进行了测量,并采用光学显微镜对测温部位附近的凝固组织进行了观察和晶粒尺寸测量。通过将凝固组织与冷却曲线对照分析,研究了压力对凝固组织的影响。

      铝合金挤压铸造测温试验1.1直接挤压铸造测温模具挤压铸造过程中,液态金属在几十甚至上百MPa基金项目:国家自然科学基金资助项目(0875143);科技部国际科技合作计划资助项目(2010DFA72760);华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室开放基金资助项目(9-11)第一:李彦达,男,1987年出生,硕士研究生,清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室,北京(100084),,E―mail:liydl987163.com通讯作者:韩志强,男,1968年出生,副教授,清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室,北京(100084),电话:010―62794482,E-mail:寸挤压铸造铝合金铸件内部温度测量及组织特征李彦达的压力下进行凝固。对挤压铸件内部进行温度测量的难点在于,一方面,热电偶与模具之间的间隙不能太大,以保证加压凝固过程中金属液不会泄露,另一方面,在铸件凝固后,热电偶固结在铸件中,当顶出铸件时,热电偶必须能够跟随铸件一起脱模。为了解决这一难题,本研究通过活动的凸台连接模具和热电偶,热电偶与凸台之间是紧配合,用以防止加压过程中金属液泄露,而凸台与模具利用带有斜面的间隙配合,用以保证铸件凝固后,热电偶随铸件一起顶出。该模具的设计使得挤压铸造测温试验能够安全稳定,连续多模次地进行。开发的直接挤压铸造测温模具结构见。

      6.顶杆7.热电偶8.数据采集装置当需要对挤压铸件内部温度进行测量时,将热电偶从凸台的通孔穿出并调整热电偶的高度,通过热电偶测量铸件冷却过程内部的温度变化。由于热电偶固定凸台的存在,在铸件凝固后,铸件以及凝固其中的热电偶可以一起被顶杆顶出,与模具顺利分离,在顶出过程热电偶不会损伤模具,能够实现连续多模次的测温。当无需测温时,可使用不带通孔的凸台,进行正常的挤压铸造即可。

      1.2试验材料和方法试验材料为A356铝合金,具体成分见表1.该合表1A356铝合金的化学成分余量金属于Al-Si-Mg系铝合金,具有良好的铸造性能和抗腐蚀能力、热处理后的比强度高等优点。

      挤压铸件的几何尺寸和热电偶测温位置见。

      挤压铸造试件几何尺寸及热电偶测温位置试验步骤如下:①将锯好的铝锭烘干后放在石墨坩埚内进行熔炼,加热、熔化、升温至740°C,然后除气、静置,等待浇注,在铝锭熔炼的同时用电加热器将模具加热至220C;②模具喷涂料,保证脱模顺利,试验中采用水基石墨涂料;③模具安装热电偶,以测量试件冷却过程中内部的温度变化;④在挤压力为27、82、123 MPa,保压时间为20s的条件下进行测温;⑤到达保压时间后,用顶杆将铸件顶出,用钳子将热电偶丝剪断,将铸件取下,随后进行组织观察。

      试验结果2.1铸件局部的冷却曲线为不同压力下铸件内部3个测温点的冷却曲线。合金熔体浇注后温度逐渐降低,当熔体过冷至液相线下某一温度时熔体发生形核长大,固相率逐渐增加,释放的潜热使熔体温度略微上升或基本保持不变或下降速度变缓。对比同一位置不同压力下的冷却曲线可以发现,压力的施加大大缩减了铸件凝固所需的时间,加快了铸件的冷却速度。

      2.2测量晶粒尺寸将挤压铸件在热电偶头处切开,见。按照GB/挤压铸件切割方法及编号T3246.1―2000标准将试样磨制、抛光在光学显微镜下观察,得到的金相照片见。经阳极覆膜后在偏振光下观察,得到的金相照片见,然后采用截距法测量晶粒尺寸,测量结果见表2.表2不同压力下试件不同位置的晶粒尺寸压力/MPa位置晶粒尺寸/大气压力(。1)(a)大气压力(0.在不同压力下铸件的典型微观组织(a)大气压力(0.在不同压力下P2位置处的微观组织从可以看出,压力对初生a -A1形貌的影响,在大气压力和41MPa时,初生a-A1为典型的枝晶状。当压力增大到82MPa时,初生a-A1相为蔷薇状,较为圆整,但比较粗大,当压力增大到123MPa时,组织中已经看不到典型的枝晶组织,此时初生a -A1相的边界比较平滑,为细小的近球状。

      比较不同压力下铸件同一位置的晶粒尺寸可以发现,晶粒尺寸随着压力的增大而减小。这一方面是由于压力的增大提高了熔体液相线温度,使过冷度增大,另一方面,增大压力减小了铸件和模具之间的接触热阻,提高了铸件的冷却速度。

      结论开发了一种能够连续多模次地直接测量挤压铸造过程铸件内部温度的模具。在该模具上进行直接挤压铸造试验,成功获得挤压铸件和冷却曲线。

      在试验压力范围内,增大挤压压力使得铸件中初生a-Al相逐渐圆整,由典型的枝晶组织过渡到蔷薇压力铸造特种铸造及有色合金带预复位机构的推管和摆块推件的叶轮压铸模李淑玉1田福祥2(1.青岛理工大学汽车与交通学院;2.青岛理工大学机械工程学院)件变形甚至断裂,故采用8个摆块与1个推管的组合推件机构。分析了铸件的工艺性,论述了模具结构和工作过程。

      为叶轮示意图,材料为ZL107,工件由8个叶片组成,尺寸较大,叶片外端面直径为416mm,轮毂的宽度为84mm,中心孔的抽芯和轮毂的脱模采用推管推出。叶片截面为曲面,其根部与近似球体的轮毂交接处形成侧凹,侧凹处在模具中不易出模,而且叶片与轮毂的接触面积小,强度较小,需采用摆块机构推件。

      状形貌的组织,最终为细小的近球状。

      在试验压力范围内,增大挤压压力使得试件的晶粒尺寸逐渐变小。


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