Les alliages d'aluminium coulés sont largement utilisés dans les domaines de la construction automobile et de l'industrie aéronautique en raison de leurs excellentes performances de coulée, de leur bonne résistance à la corrosion, de leur résistance spécifique élevée et de leur faible coût de production. L'alliage d'aluminium A356 est un alliage Al-Si couramment utilisé pour la coulée. En raison de sa bonne fluidité, de sa bonne étanchéité à l'air, de son faible taux de retrait et de sa faible tendance à l'échauffement, il est généralement utilisé pour fabriquer des pièces moulées de structure complexe, telles que des culasses de moteurs automobiles, des composants de glissières et des moyeux de roues. .
Avec le développement de l'industrie automobile, l'élargissement de son champ d'application impose des exigences plus élevées en matière de propriétés mécaniques et de capacité de dissipation thermique des pièces. La résistance à la traction de l'alliage A356 coulé dans un moule métallique est d'environ 180 MPa, l'allongement est d'environ 5,0% et la conductivité thermique à température ambiante est d'environ 150,7 W/(m∙K). Les principaux facteurs affectant les propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium coulé comprennent le type, la taille et la morphologie des phases dans l'alliage, ainsi que la nature, la quantité et la distribution des défauts de coulée. Au cours du processus de coulée sous pression, sous l'effet de la pression, les grains sont affinés et la densité de la structure est augmentée, ce qui améliore les propriétés mécaniques de la pièce coulée. La résistance à la traction du moulage par extrusion liquide peut atteindre 208,975 MPa, et l'allongement peut atteindre 8,58%. En outre, avec l'augmentation de la pression de coulée, la conductivité thermique de l'alliage augmente de manière significative. Cependant, en raison de la vitesse de remplissage rapide du métal liquide dans la coulée par compression, il est inévitable que du gaz soit piégé et provoque des défauts de coulée. Après avoir préparé la suspension semi-solide, on procède à la coulée sous pression pour augmenter la viscosité de la suspension et éliminer au maximum les défauts de coulée. Zhu Liang a utilisé la coulée sous pression semi-solide pour préparer des piliers en alliage d'aluminium A356. En raison de la sphéroïdisation de l'α-Al et de l'affinement du Si eutectique dans la microstructure, les propriétés mécaniques ont été améliorées et la résistance à la traction a été améliorée par rapport à la coulée continue. L'allongement a augmenté de 7,81 TTP3T et de 3501 TTP3T.
Des échantillons d'alliage A356 ont été préparés à l'aide de trois méthodes de coulée : Coulée en moule permanent, Coulée par compression liquide et Coulée par compression semi-solide. Leur microstructure et la morphologie de la phase eutectique Si ont été observées, et leur conductivité thermique et leurs propriétés mécaniques ont été testées et analysées. Comprendre les domaines d'application de l'alliage d'aluminium A356.
Matériaux et méthodes d'essai
Matériel d'essai
Le matériau d'essai est un alliage d'aluminium commercial A356, dont la composition est indiquée dans le tableau 1.
Méthode d'essai et équipement
Trois méthodes de coulée différentes, à savoir PMC, LSC et SSC, ont été utilisées pour le test. Parmi elles, la méthode PMC a utilisé le four à résistance à creuset de type SG-7.5-10 pour refondre l'alliage d'aluminium commercial A356. Lorsque la température a atteint 720°C, 26 avec une fraction massique de 1% a été ajoutée pour l'affinage (dégazage et élimination du laitier), puis laissée au repos. Le produit est ensuite coulé dans un moule préchauffé à 250 ℃ pour obtenir une coulée. La coulée sous pression utilise une machine de coulée sous pression horizontale de 600T avec une force d'injection de 784 kN, une pression spécifique de 101 MPa et une pression de maintien de 15 s. L'alliage d'aluminium liquide est versé dans le cylindre de la machine de coulée sous pression préchauffé à 250 ℃ après que le laitier d'affinage a été retiré et laissé au repos, puis la suspension d'alliage est poussée dans le moule préchauffé à 250 ℃ pour l'extrusion. SSC, quant à elle, verse l'alliage d'aluminium A356 fondu dans une machine à bouillie semi-solide de type tambour pour obtenir une bouillie (température de sortie de 590°C), puis l'injecte dans le cylindre de l'extrudeuse pour l'extrusion. La taille de la pièce formée est de 160 mm × 170 mm × 8 mm.
Les échantillons des différentes méthodes de coulée ont été ébauchés et finement broyés pour lisser et polir la surface, puis corrodés avec une solution HF de 0,5% pendant 20 s. Les microstructures des trois pièces coulées ont été observées au microscope métallographique (4XG-MS). La phase eutectique du Si et la rupture par traction ont été observées par microscopie électronique à balayage (QUANTAFG-450). Le diffractomètre à rayons X (D/max-2400) a été utilisé pour l'analyse des phases, 2θ était 20°~90°, et la constante de réseau a été analysée par le logiciel Jade5.0. La diffusivité thermique est mesurée par l'analyseur de conductivité thermique à laser LFA457, la température d'essai est de 25 °C et la taille de l'échantillon est φ12.7 mm×
λ=α-ρ-c (1)
Dans la formule, α est la diffusivité thermique, m㎡/s ; ρ est la densité, g/cm³ ; J/(g-K).
Une machine à couper les fils a été utilisée pour découper l'échantillon de traction (voir figure 1), la machine d'essai électronique universelle WDW-100D a été utilisée pour effectuer un essai de traction, et la résistance à la traction et l'allongement de l'échantillon ont été enregistrés. Le duromètre Brinell HB-3000B a été utilisé pour tester la dureté de l'alliage.
Influence du procédé de moulage sur les propriétés de l'alliage d'aluminium A356 Conclusion
- La méthode de coulée affecte de manière significative la microstructure et la morphologie de l'alliage d'aluminium A356. Les grains α-Al de l'échantillon de moulage de métal sont des dendrites grossières avec une taille moyenne de 137,807 μm, et la phase Si eutectique existe sous forme de lattes et de lamelles avec un diamètre moyen de 4,04 μm ; Les grains sont évidemment raffinés, montrant les plus petits cristaux cellulaires, avec une taille moyenne de seulement 43,512 μm. La phase Si eutectique prend la forme d'une tige élancée et son diamètre moyen tombe à 2,05 μm ; la taille moyenne des grains obtenus par pressage semi-solide est de 64,824 μm, légèrement supérieure à celle du pressage liquide, mais la forme est plus arrondie, le diamètre moyen de la phase Si eutectique tombe à 1,61 μm et prend la forme d'un ver de petite taille, de forme incurvée et d'arêtes émoussées.
- Les vides et les dislocations, les joints de grains, la solution solide des éléments, etc. entraîneront une conductivité thermique de l'alliage inférieure à celle des métaux purs, mais la conductivité thermique de l'alliage d'aluminium A356 est surtout sensible à la morphologie de la phase Si eutectique. Lorsque la taille et le rapport d'aspect de la phase Si eutectique diminuent et que la rondeur augmente, la conductivité thermique et le coefficient de diffusion thermique affichent une tendance à la hausse. La conductivité thermique des moulages métalliques est de 150,064 W/(m?K), et la conductivité thermique des moulages par extrusion liquides a augmenté jusqu'à 2,0%, tandis que les moulages par extrusion semi-solides ont des grains d'α-Al plus gros, des formes rondes et du Si eutectique. La conductivité thermique atteint 160,220 W/(m?K), soit 6,7% de plus que celle des pièces moulées en métal.
- Le moulage par compression permet de réduire les défauts de moulage internes de l'alliage d'aluminium A356 et d'améliorer ses propriétés mécaniques. La résistance à la traction du moule métallique est de 179,930 MPa, l'allongement est de 3,19% et la dureté (HB) est de 55. La résistance à la traction de la pièce moulée par extrusion liquide atteint 209,446 MPa, l'allongement est de 6,93% et la dureté (HB) s'élève à 64 ; la résistance à la traction des pièces moulées par extrusion semi-solides atteint 223,514 MPa, l'allongement est de 13,68% et la dureté (HB) s'élève à 71, ce qui représente une amélioration significative par rapport aux pièces moulées en métal.
