Литые алюминиевые сплавы широко используются в автомобилестроении и авиационной промышленности благодаря отличным литейным характеристикам, хорошей коррозионной стойкости, высокой удельной прочности и низкой себестоимости. Алюминиевый сплав A356 - это широко используемый литейный сплав Al-Si. Благодаря хорошей текучести, герметичности, малой усадке и небольшой склонности к нагреву он обычно используется для изготовления отливок со сложной структурой, таких как головки цилиндров автомобильных двигателей, детали ползунов и ступицы колес. .
С развитием автомобильной промышленности расширение сферы его применения выдвигает повышенные требования к механическим свойствам и теплоотдаче деталей. Предел прочности при растяжении литого сплава А356 составляет около 180 МПа, удлинение - около 5,0%, а теплопроводность при комнатной температуре - около 150,7 Вт/(м∙К). Основными факторами, влияющими на механические свойства литого алюминиевого сплава, являются тип, размер и морфология фаз в сплаве, а также характер, количество и распределение литейных дефектов. В процессе литья под давлением происходит измельчение зерен и повышение плотности структуры, что способствует улучшению механических свойств отливки. Предел прочности при растяжении отливки, полученной методом жидкостного выдавливания, может достигать 208,975 МПа, а удлинение - 8,58%. Кроме того, с увеличением давления литья значительно возрастает теплопроводность сплава. Однако из-за высокой скорости заполнения жидким металлом при литье под давлением неизбежно задерживается газ, что приводит к дефектам отливки. После приготовления полутвердой суспензии для увеличения вязкости суспензии и максимального устранения дефектов литья проводят литье под давлением. Чжу Лян использовал полутвердое литье под давлением для изготовления опор из алюминиевого сплава А356. Благодаря сфероидизации α-Al и измельчению эвтектического Si в микроструктуре были улучшены механические свойства и повышена прочность на разрыв по сравнению с непрерывным литьем. 7,8%, удлинение увеличилось на 350%.
Образцы сплава А356 готовились тремя методами литья: Литье в постоянную форму, Литье в жидкую форму и Литье в полутвердую форму. Были проведены наблюдения за их микроструктурой и морфологией эвтектической фазы Si, а также испытания и анализ их теплопроводности и механических свойств. Для понимания областей применения алюминиевого сплава А356.
Материалы и методы испытаний
Испытуемый материал
В качестве материала для испытаний используется коммерческий алюминиевый сплав А356, состав которого приведен в табл. 1.
Метод испытания и оборудование
В ходе испытаний использовались три различных метода литья, включая PMC, LSC и SSC. В частности, в методе PMC для переплавки товарного алюминиевого сплава А356 использовалась тигельная печь сопротивления хорошего типа SG-7.5-10. При повышении температуры до 720°С для рафинирования (дегазации и шлакоудаления) добавляли 26 с массовой долей 1%, затем оставляли на выдержку. После чего заливали в форму, предварительно нагретую при 250 ℃, для получения отливки. Для литья под давлением используется горизонтальная машина литья под давлением 600T с усилием впрыска 784 кН, удельным давлением 101 МПа и выдержкой 15 с. Жидкость алюминиевого сплава заливается в цилиндр машины литья под давлением, предварительно нагретый при 250 ℃, после удаления рафинирующего шлака и выдерживания, а затем суспензия сплава выливается в форму, предварительно нагретую при 250 ℃, для экструзии. В компании SSC расплав алюминиевого сплава А356 заливается в полутвердую суспензию барабанного типа для получения суспензии (температура на выходе составляет 590°C), а затем впрыскивается в ствол экструдера для экструзии. Размер формируемой детали составляет 160 мм × 170 мм × 8 мм.
Образцы, полученные разными способами литья, подвергались грубой и тонкой шлифовке для выравнивания и полировки поверхности, затем подвергались коррозии в 0,5% растворе HF в течение 20 с. Микроструктуры трех отливок наблюдались под металлографическим микроскопом (4XG-MS). Эвтектическую фазу Si и разрушение при растяжении наблюдали с помощью растровой электронной микроскопии (QUANTAFG-450). Для фазового анализа использовался рентгеновский дифрактометр (D/max-2400), угол 2θ составлял 20°~90°, постоянная решетки анализировалась с помощью программы Jade5.0. Теплопроводность измерялась на лазерном анализаторе теплопроводности LFA457, температура исследования - 25 °C, размер образца - φ12,7 мм ×
λ=α-ρ-c (1)
В формуле α - температуропроводность, м㎡/с; ρ - плотность, г/см³; Дж/(г-К).
С помощью проволочно-вырезного станка вырезали образец на растяжение (см. рис. 1), на электронной универсальной машине для испытания материалов WDW-100D провели испытание на растяжение и зафиксировали предел прочности и удлинение образца. Для определения твердости сплава использовался твердомер Бринелля HB-3000B.
Влияние процесса литья на свойства алюминиевого сплава А356 Заключение
- Метод литья существенно влияет на микроструктуру и морфологию алюминиевого сплава А356. Зерна α-Al в образце литья в металлические формы представляют собой крупные дендриты со средним размером 137,807 мкм, а эвтектическая фаза Si существует в виде реек и пластин со средним диаметром 4,04 мкм; зерна явно рафинированы, в них видны мельчайшие ячеистые кристаллы со средним размером всего 43,512 мкм. Эвтектическая фаза Si переходит в форму тонкого стержня, средний диаметр уменьшается до 2,05 мкм; средний размер зерен, полученных методом полутвердого литья под давлением, составляет 64,824 мкм, что несколько больше, чем при жидком литье под давлением, но форма более округлая, средний диаметр эвтектической фазы Si уменьшается до 1,61 мкм и приобретает червеобразную форму с небольшим размером, изогнутой формой и тупыми краями.
- Вакансии и дислокации, границы зерен, твердый раствор элемента и т.д. приводят к тому, что теплопроводность сплава оказывается ниже, чем у чистых металлов, но теплопроводность алюминиевого сплава А356 наиболее чувствительна к морфологии эвтектической фазы Si. При уменьшении размера и аспектного отношения эвтектической фазы Si и увеличении ее округлости теплопроводность и коэффициент термической диффузии имеют тенденцию к увеличению. Теплопроводность отливок в металлических формах составляет 150,064 Вт/(м?К), а теплопроводность жидких экструзионных отливок увеличилась до 2,0%. Полутвердые экструзионные отливки имеют более крупные зерна α-Al, круглую форму и эвтектическую фазу Si. Малый размер и пассивированные границы уменьшают вероятность рассеяния свободных электронов. Теплопроводность достигает 160,220 Вт/(м?К), что на 6,7% выше, чем у отливок из металлических форм.
- Литье с выдавливанием позволяет уменьшить внутренние литейные дефекты алюминиевого сплава А356 и улучшить его механические свойства. Предел прочности при растяжении отливки в металлическую форму составляет 179,930 МПа, удлинение - 3,19%, твердость (HB) - 55. Предел прочности жидкого экструзионного литья достигает 209,446 МПа, удлинение - 6,93%, твердость (HB) повышается до 64; предел прочности полутвердого экструзионного литья достигает 223,514 МПа, удлинение - 13,68%, твердость (HB) повышается до 71, что значительно лучше по сравнению с металлическим литьем.
