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真空壓鑄技術對鋁合金壓鑄件的外觀質量和力學性能的影響

2016年09月30日
鋁合金壓鑄是將高溫熔融狀態的鋁合金金屬液,高壓高速壓射入模具型腔成形的鑄造工藝方法。這種鑄造方法的特點是產品成形精密,生產效率高。但常規壓鑄工藝有缺陷,由于高速壓射時模具型腔中的氣體不能被有效排除,留存在鑄件內部,形成氣孔缺陷,導致鑄件的力學性能變差。

為了解決這個問題,人們采用抽真空的方法,即壓鑄時抽出型腔中的氣體,形成一定的真空或負壓狀態,從而減少了鑄件內部的氣孔缺陷。

長期以來,人們為了拓寬壓鑄件的應用范圍,提高壓鑄件的力學性能,研究了一些新的壓鑄方法,如層流充填法(超低速壓鑄法)、充氧壓鑄法以及真空壓鑄法等。

上述方法的主要目的都在于減少金屬液充填過程中的卷氣現象,從而提高鑄件的力學性能。由于層流充填法存在生產效率低,充氧壓鑄法存在操作工序復雜、工藝參數不易控制等缺點,所以實際生產中這兩種方法應用的并不多。

而真空壓鑄法則是將型腔中的氣體抽出,金屬液在真空狀態下充填型腔,因而卷入的氣體少,鑄件的力學性能得到提高。并且真空壓鑄和普通壓鑄方法一樣,操作方便,不降低生產效率。所以真空壓鑄法自出現以來,表現出強大的生命力,隨著相關技術的發展,其應用將越來越廣泛。

本文針對某公司采用普通壓鑄方法生產的鋁合金快速接頭(OPW)存在外觀質量不高、力學性能較差、平均合格率較低等問題,通過在原有模具的基礎上添加了真空裝置,研究了普通壓鑄試樣和真空壓鑄試樣的外觀質量和力學性能,以期為真空壓鑄技術在鋁合金壓鑄生產中的應用提供一定的指導意義。

1 試驗

試驗所用的材料為ADCl2鋁合金,采用鎖模力為1800kN的J1118F型臥式冷室壓鑄機和DIEVS60-SUM9真空裝置制備出直徑為6mm的標準棒狀拉伸試樣。試驗所用材料的化學成分見表1。



將普通壓鑄試樣和真空壓鑄試樣各分成兩部分,每種試樣一部分做T6熱處理,另一部分不做處理,然后分別測試其力學性能。在CSS-1120型電子萬能試驗機上進行拉伸試驗,在HB-3000型布氏硬度計上進行 硬度試驗,壓頭直徑為5mm,載荷值為2.452kN,保持載荷時間為30S,環境溫度為18℃。

本試驗液態鋁合金的澆注溫度為660℃,增壓壓力為11MPa,低速速度為0.25m/s,高速速度為5m/s。

2 試驗結果及分析

2.1 試樣的外觀質量

圖1和圖2分別為真空壓鑄試樣和普通壓鑄試樣在熱處理后的照片。從圖中可以看出,真空壓鑄試樣的表面鼓泡很少。相比之下,普通壓鑄試樣的表面有許多鼓泡,這是由于鑄件內部氣體高溫膨脹而形成的。

圖3為兩種試樣做抗拉強度試驗后的斷面照片。圖中左側的是普通壓鑄試樣的斷面,右側的是真空壓鑄試樣的斷面。從圖中可以看出,普通壓鑄試樣的斷面晶粒粗糙,顏色發黑暗;真空壓鑄試樣的斷面晶粒細密,顏色更接近鋁合金本色。測量試樣相同部位的直徑,與熱處理前相比,普通壓鑄試樣的直徑增大了0.1mm以上,而真空壓鑄試樣幾乎沒有變化。
2.2 試樣的力學性能

采用T6熱處理即固溶加人工時效的方法了解普通壓鑄工藝與真空壓鑄工藝生產的壓鑄件氣體含量之間的差別。

兩種試樣分別隨機抽取做力學性能試驗,在熱處理前的檢測結果見表2。



從表2的檢測結果來看,在熱處理前,兩種試樣的力學性能相差不大,真空壓鑄試樣的力學性能略好一些。真空壓鑄試樣比普通壓鑄試樣的抗拉強度提高約6.67%,伸長率提高了25%,硬度提高約4.34%。這是因為普通壓鑄試樣中有較多的氣孔存在,組織中的晶粒粗大,組織也較為疏松;而真空壓鑄試樣中的氣孔數量較少,組織中的晶粒細小,組織也相對致密。

兩種試樣同時進行固溶和人工時效處理。其中固溶條件:溫度為515℃,時間為6h,冷卻方式為90℃水冷;人工時效條件:溫度為175℃,時間為6h,冷卻方式為空冷。固溶處理與人工時效處理的間隔時間為1h。

按上述條件做過固溶和人工時效處理后,再抽樣進行力學性能檢測,檢測結果見表3。



由表3數據可知,經T6熱處理后,真空壓鑄試樣的力學性能仍然保持在良好狀態,伸長率還比鑄態時提高了180%;而普通壓鑄試樣的力學性能下降幅度較大。經T6熱處理后,雖然兩種壓鑄件組織中的共晶硅都得到了細化,但是真空壓鑄試樣中氣孔的大小并沒有發生明顯的變化;而普通壓鑄試樣中氣孔因體積膨脹而明顯增大,從而導致其力學性能下降幅度較大。

表4給出了兩種壓鑄工藝生產的壓鑄件氣體含量的檢測結果。



從表4中可以看出,真空壓鑄件的氣體含量確實少于普通壓鑄件。

由于真空壓鑄時抽出了型腔中的空氣,使得鑄件中出現氣孔缺陷的幾率大大降低,從而改善了鑄件的顯微組織,提高了鑄件的力學性能。

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