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鋁合金鑄件!為什么高壓鑄不需熱處理而低壓鑄需要?

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2021/8/26     瀏覽次數:    
第一次接觸鑄造工藝是大學畢業后的第二年,公司內部輪崗后開始負責結構件的相關工作。其中一個讓人抓耳撓腮又徹夜難眠的零件就是鎂合金的高壓鑄造殼體,依舊清晰的記得原材料的牌號是AZ91D,一個腦海中揮之不去的夢魘。自此一個非機械非材料專業的門外漢開始了結構件之旅。
根據GB/T 5611-1998 定義:鑄造(Casting/ Founding/Foundry)是指熔煉金屬,制造鑄型,并將熔融金屬澆入鑄型,凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。
鑄造的種類很多,截至目前為止筆者有幸實地見過:重力鑄造中的砂型鑄造(鑄鐵制動盤, 離合器壓盤),高低壓力鑄造,熔模鑄造(失蠟鑄造)等。另外還有有趣的Thixomolding (半固態射出成型),類似于塑膠件的注塑成型將金屬合金制成合金粒子然后熔融經由螺桿高壓射出成型。本次主要計劃梳理一下高地壓力鑄造
(二)高壓鑄造和低壓鑄造
約定俗成,實際工作過程中,絕大部分情況下我們所討論的壓鑄,可以直接理解為高壓鑄造。
高壓鑄造:熔融金屬在高壓下高速充型,并在壓力下凝固的方法。
鋁合金鑄件!為什么高壓鑄不需熱處理而低壓鑄需要?

高壓鑄造優缺點:
1)零件的尺寸精度高,表面質量好。利于表面處理:陽極氧化,噴涂等
2)鑄件力學性能好(抗拉強度,延伸率),適合大批大量生產
3)可以生產結構形狀復雜的薄壁零件
4)壓鑄零件件不能進行大面積余量的機械加工CNC
5)鑄件容易產生細小的氣孔和縮松,不能做常規的熱處理
常見零件:內外殼體(渦輪增壓),底座,支架,方向盤骨架等等。 由于壓鑄件塑性低,不宜在沖擊載荷及有震動的情況下工作。
常見廠家:南京泉峰,上海華培,寧波亞路,寧波旭升
低壓鑄造:鑄型安放在密封的坩堝上方,坩堝中通入壓縮空氣,在熔池表面形成低壓力(一般是60~150KPa),使金屬通過升液管充填鑄型和控制凝固的鑄造方法。
鋁合金鑄件!為什么高壓鑄不需熱處理而低壓鑄需要?
鋁合金低壓鑄造結構示意圖
低壓鑄造的優缺點:
1)可以方便控制充型壓力和速度
2)零件的微觀組織致密,有很高的力學性能,可以通過熱處理進一步增加零件的力學性能
3)原材料利用率高,一般在90%~98%.零件成本優勢增加
4)雖然充型壓力和速度方便控制,但是生產的效率比高壓鑄造低
5)從坩堝到鑄型的升液管壽命較短,損耗大,需要準備備品備件
常見零件:羊角(Steering Knuckle),鑄鋁卡鉗本體,氣缸頭、輪轂、氣缸架等等
常見廠家:南京正領,威孚長安
(三)熱處理回顧
普通熱處理,例如一般常見的金屬零件會涉及到“三把火”:退火-Annealing,正火-Normalizing,淬火-Quenching ;當然還有表面熱處理中的表面淬火和化學熱處理,這里就不詳細討論。筆者之前負責過鋁鍛件(摩托車剎車把手)的工作,使用的大多數牌號是6082,6061。當時所涉及的熱處理主要是T2 + T6. 接下來整理匯總了一下鋁合金熱處理的相關知識點和大家分享。
鋁合金鑄件!為什么高壓鑄不需熱處理而低壓鑄需要?
◎退火:把產品加熱到一定溫度同時保溫一定的時間,然后以一定速度冷卻到室溫。旨在通過金屬粒子擴散、遷移,使之晶體組織更加均勻穩定來消除內應力。
◎固溶:零件加熱到高溫單相區保持恒溫,使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。將可以熱處理的鋁合金零件加熱到較高溫度同時保溫一定時間,使零件中可溶成分充分溶解到鋁基體中,從而最大程度形成過飽和固溶體,然后快冷將這種過飽和固溶體保持到室溫,獲得合適的晶粒度。

◎時效:分為自然時效(將零件放在室溫或者自然條件下長時間靜置)和人工時效(將零件加熱到比較高的溫度同時在短時間內回到常溫),為節約時間通常選擇人工時效。主要原理是零件件經固溶處理,冷塑性變形或鑄造,鍛造后,在較高的溫度或室溫放置,其性能、形狀、尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。

(四)寫在結尾
通過上述的知識回顧,仔細的讀者應該可以發現問題的答案關鍵:Internal Porosity (內部孔隙)
從工藝成型的角度可以看出壓鑄在高壓高速填充的過程中使得鑄件本體中存在一定的氣泡,這也是為什么在鋁壓鑄產品質量管控中會使用X-Ray ,CT去測的零件的氣孔率,從而確保零件力學性能可以達標(常見的ADC12,抗拉強度平均值在228Mpa左右)。如果高壓鑄零件進行熱處理,會使得零件變形曲翹。鋁合金高壓鑄零件的抗拉強度相對低壓鑄零件會低不少。這也就決定該工藝對應的一些產品大多數是一些結構件,保護殼體,底座支撐等等。
而低壓鑄造的過程中密封在坩堝上方的型腔緩慢的得到填充,使得低壓鑄造零件的組織具有良好的致密性,氣孔極少。同時又可以通過固溶時效的熱處理進一步使得組織晶體更加致密均勻從而確??估瓘姸鹊攘W機械性能,優秀的企業抗拉可以做到290~330Mpa,甚至更高。這就不難理解為什么一些運動機構件需要采用低壓鑄造的工藝。
對于一些強度要求更高,延展性要求更好的部件例如控制臂,可以選擇鍛造工藝;但是優秀的低壓鑄造工藝控制有時也可以達到一定的替代效果。
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