As ligas de alumínio fundido são amplamente utilizadas nos domínios do fabrico de automóveis e da indústria aeronáutica devido ao seu excelente desempenho de fundição, boa resistência à corrosão, elevada resistência específica e baixo custo de produção. A liga de alumínio A356 é uma liga de Al-Si de fundição comummente utilizada. Devido à sua boa fluidez, boa estanquidade ao ar, pequena taxa de retração e pequena tendência de aquecimento, é normalmente utilizada para fabricar peças fundidas com estruturas complexas, como cabeças de cilindro de motores de automóveis, componentes deslizantes e cubos de roda. .
Com o desenvolvimento da indústria automóvel, a expansão do seu âmbito de aplicação impõe requisitos mais elevados às propriedades mecânicas e às capacidades de dissipação de calor das peças. A resistência à tração da liga A356 de fundição em molde de metal é de cerca de 180 MPa, o alongamento é de cerca de 5,0% e a condutividade térmica à temperatura ambiente é de cerca de 150,7 W / (m∙K). Os principais fatores que afetam as propriedades mecânicas da liga de alumínio fundido incluem o tipo, tamanho e morfologia das fases na liga, e a natureza, quantidade e distribuição dos defeitos de fundição. Durante o processo de fundição por compressão, devido ao efeito da pressão, os grãos são refinados e a densidade da estrutura é aumentada, melhorando assim as propriedades mecânicas da fundição. A resistência à tração da fundição por extrusão líquida pode atingir 208,975 MPa, e o alongamento pode atingir 8,58%. Além disso, com o aumento da pressão de fundição, a condutividade térmica da liga aumenta significativamente. No entanto, devido à rápida velocidade de enchimento do metal líquido na fundição por compressão de líquido, é inevitável que o gás fique preso e cause defeitos de fundição. Depois de preparar a pasta semi-sólida, a fundição por compressão é efectuada para aumentar a viscosidade da pasta e eliminar ao máximo os defeitos de fundição. Zhu Liang usou a fundição por compressão semi-sólida para preparar pilares de liga de alumínio A356. Devido à esferoidização do α-Al e ao refinamento do Si eutéctico na microestrutura, as propriedades mecânicas foram melhoradas, e a resistência à tração foi melhorada em comparação com a fundição contínua. 7,8%, o alongamento aumentou em 350%.
As amostras da liga A356 foram preparadas utilizando três métodos de fundição: Fundição em molde permanente, fundição por compressão líquida e fundição por compressão semi-sólida. A sua microestrutura e morfologia da fase eutéctica de Si foram observadas, e a sua condutividade térmica e propriedades mecânicas foram testadas e analisadas. Para compreender os campos de aplicação da liga de alumínio A356.
Materiais e métodos de ensaio
Material de teste
O material de ensaio é a liga de alumínio comercial A356, e a sua composição é apresentada na Tabela 1.
Método de ensaio e equipamento
Três métodos de fundição diferentes, incluindo PMC, LSC e SSC, foram utilizados no teste. Entre eles, o PMC utilizou o forno de resistência de cadinho do tipo SG-7.5-10 para fundir novamente a liga de alumínio A356 comercial. Quando a temperatura subiu para 720°C, foi adicionado 26 com uma fração de massa de 1% para refinação (desgaseificação e remoção de escórias) e depois deixado em repouso. Em seguida, a liga foi colocada em um molde pré-aquecido a 250 ℃ para obter uma fundição. A fundição por compressão usa uma máquina de fundição por compressão horizontal 600T com uma força de injeção de 784 kN, uma pressão específica de 101 MPa e uma pressão de retenção de 15 s. O líquido da liga de alumínio é derramado no cilindro da máquina de fundição por compressão pré-aquecido a 250 ℃ após a escória de refino ser removida e deixada em repouso, e então a pasta de liga é empurrada para o molde pré-aquecido a 250 ℃ para extrusão. O SSC, por outro lado, derrama a liga de alumínio A356 fundida em uma máquina de polpa semi-sólida do tipo tambor para fazer a polpa (a temperatura de saída é de 590 ° C) e, em seguida, injeta-a no barril da extrusora para extrusão. O tamanho da peça formada é de 160 mm × 170 mm × 8 mm.
As amostras de diferentes métodos de fundição foram desbastadas e finamente moídas para alisar e polir a superfície, e depois corroídas com solução de HF 0,5% durante 20 s. As microestruturas das três fundições foram observadas num microscópio metalográfico (4XG-MS). A fase eutéctica do Si e a fratura por tração foram observadas por microscopia eletrónica de varrimento (QUANTAFG-450). O difratómetro de raios X (D/max-2400) foi utilizado para a análise das fases, 2θ foi 20°~90°, e a constante de rede foi analisada pelo software Jade5.0. A difusividade térmica é medida pelo analisador de condutividade térmica a laser LFA457, a temperatura de teste é de 25 ° C e o tamanho da amostra é φ12,7 mm ×
λ=α-ρ-c (1)
Na fórmula, α é a difusividade térmica, m㎡/s; ρ é a densidade, g/cm³; J/(g-K).
Utilizar uma máquina de corte de arame para cortar a amostra de tração (ver Figura 1), utilizar a máquina de ensaio de materiais universal eletrónica WDW-100D para realizar um ensaio de tração e registar a resistência à tração e o alongamento da amostra. O aparelho de ensaio de dureza Brinell HB-3000B foi utilizado para testar a dureza da liga.
Influência do processo de fundição nas propriedades da liga de alumínio A356 Conclusão
- O método de fundição afecta significativamente a microestrutura e a morfologia da liga de alumínio A356. Os grãos α-Al da amostra de fundição em molde de metal são dendritos grosseiros com um tamanho médio de 137,807 μm, e a fase Si eutética existe em forma de ripa e lamelar com um diâmetro médio de 4,04 μm; Os grãos são obviamente refinados, apresentando os menores cristais celulares, com tamanho médio de apenas 43,512 μm. A fase eutética do Si muda para uma forma de haste delgada e o diâmetro médio cai para 2,05 μm; o tamanho médio dos grãos obtidos por fundição por compressão semi-sólida é 64,824 μm, ligeiramente maior do que a fundição por compressão líquida, mas a forma é mais arredondada, o diâmetro médio da fase eutética do Si cai para 1,61 μm e se torna uma forma semelhante a um verme com tamanho pequeno, forma curva e bordas rombas.
- As lacunas e deslocações, os limites de grão, a solução sólida do elemento, etc., farão com que a condutividade térmica da liga seja inferior à dos metais puros, mas a condutividade térmica da liga de alumínio A356 é mais sensível à morfologia da fase Si eutéctica. À medida que o tamanho e a relação de aspeto da fase de Si eutéctico diminuem e a circularidade aumenta, a condutividade térmica e o coeficiente de difusão térmica mostram uma tendência ascendente. A condutividade térmica das peças fundidas em molde metálico é de 150,064 W/(m?K), e a condutividade térmica das peças fundidas por extrusão líquida aumentou para 2,0%, enquanto que as peças fundidas por extrusão semi-sólidas têm grãos de α-Al maior, formas redondas e Si eutéctico. A condutividade térmica atinge 160,220 W/(m?K), que é 6,7% superior à da fundição em molde metálico.
- Através da fundição por compressão, os defeitos internos de fundição da liga de alumínio A356 podem ser reduzidos e as suas propriedades mecânicas podem ser melhoradas. A resistência à tração da fundição em molde metálico é de 179,930 MPa, o alongamento é de 3,19% e a dureza (HB) é de 55. A resistência à tração da fundição por extrusão líquida atinge 209,446 MPa, o alongamento é 6,93%, e a dureza (HB) sobe para 64; A resistência à tração das fundições por extrusão semi-sólidas atinge 223,514 MPa, o alongamento é 13,68%, e a dureza (HB) é aumentada para 71, o que é significativamente melhorado em comparação com as fundições metálicas.
