Полутвердое металлическое литье - Semi-solid metal casting

Полутвердое металлическое литье (SSM) это почти чистая форма вариант литье под давлением.[1] Сегодня этот процесс используется с цветными металлами, такими как алюминий, медь,[2] и магний, но также может работать со сплавами с более высокими температурами, для которых в настоящее время нет подходящих материалов для штампов. Процесс сочетает в себе преимущества Кастинг и ковка. Процесс назван в честь свойства жидкости. тиксотропия, что является явлением, которое позволяет этому процессу работать. Просто тиксотропные жидкости текут при стрижке, но сгущаются при стоянии.[3] Возможности этого типа процесса были впервые признаны в начале 1970-х годов.[3] Есть три разных процесса: тиксолитье, реокастинг, тиксомолдинг. SIMA относится к специализированному процессу подготовки алюминиевых сплавов к тиксолитью с использованием горячей и холодной обработки.

SSM выполняется при температуре, при которой металл находится между ликвидус и солидус температура. В идеале твердый металл должен составлять от 30 до 65%. Полутвердая смесь должна иметь низкую вязкость, чтобы ее можно было использовать, и для достижения этой низкой вязкости материалу необходим глобулярный первичный элемент, окруженный жидкой фазой.[2] Возможный диапазон температур зависит от материала и для алюминиевых сплавов может достигать 50 ° C, но для медных сплавов с узким интервалом плавления может составлять всего несколько десятых градуса.[4]

Полутвердое литье обычно используется для высокотехнологичных приложений. Для алюминиевых сплавов типичные детали включают в себя структурные медицинские и аэрокосмические детали, детали, работающие под давлением, защитные детали, опоры двигателя, жгуты датчиков воздушного коллектора, блоки двигателя и корпуса фильтров масляного насоса.[5]

Процессы

Существует ряд различных методов производства полутвердых отливок. Для алюминиевых сплавов наиболее распространены следующие процессы: тиксолитье и реокастинг.

В случае магниевых сплавов наиболее распространенным процессом является лепка.[6]

Тиксокастинг

В тиксолитье используется сборная заготовка с недендритной микроструктурой, которую обычно получают путем интенсивного перемешивания расплава во время литья прутка. Индукционный нагрев обычно используется для повторного нагрева заготовок до полутвердого диапазона температур, а машины для литья под давлением используются для впрыскивания полутвердого материала в штампы из закаленной стали. Тиксокастинг коммерчески осуществляется в Северной Америке, Европе и Азии. Thixocasting обладает способностью производить компоненты чрезвычайно высокого качества благодаря однородности продукта, который достигается за счет использования сборных заготовок, изготовленных в тех же идеальных условиях непрерывной обработки, которые используются при производстве ковки или прокатного проката.[7] Главный недостаток - дороговизна из-за специальных заготовок, которые необходимо использовать. К другим недостаткам можно отнести ограниченное количество сплавов и невозможность прямого повторного использования лома.[8]

Реокастинг

В отличие от тиксолитья, при котором заготовка повторно нагревается, при повторной литье образуется полутвердый шлам из расплавленного металла, полученного в типичной печи для литья под давлением.[7] Это большое преимущество по сравнению с тиксолитьем, поскольку в результате получается менее дорогое сырье в виде обычных сплавов для литья под давлением, а также возможность прямой переработки.[8]. Однако реоцистинг также создает проблемы управления технологическим процессом, так как после первоначального всплеска активности очень мало материала перерабатывается с помощью реолитья.

Тиксомолдинг

Для магниевых сплавов тиксомолдинг использует машину, аналогичную литью под давлением. В одноэтапном процессе стружка из магниевого сплава при комнатной температуре подается в задний конец нагретого цилиндра через объемный питатель. В цилиндре поддерживается атмосфера аргона для предотвращения окисления магниевой стружки. А винтовой конвейер расположенный внутри цилиндра, подает магниевую стружку вперед по мере ее нагрева до полутвердого температурного диапазона. Вращение шнека обеспечивает необходимую силу сдвига для создания шаровидной структуры, необходимой для полутвердого литья. Когда накопится достаточное количество суспензии, шнек продвигается вперед, чтобы ввести суспензию в стальную головку.[9]

Деформационно-индуцированная активация плавлением (SIMA)

В методе SIMA материал сначала нагревается до температуры SMM. По мере приближения к температуре солидуса зерна рекристаллизуются с образованием мелкозернистой структуры. После прохождения температуры солидуса границы зерен плавятся, образуя микроструктуру SSM. Чтобы этот метод работал, материал следует экструдировать или подвергать холодной прокатке в полутвердом отпущенном состоянии. Этот метод ограничен по размеру стержнями диаметром менее 37 мм (1,5 дюйма); из-за этого можно отливать только мелкие детали.[10]

Преимущества

Преимущества полутвердого литья:[11]

  • Производимые детали сложной формы
  • Без пористости
  • Сниженная усадка
  • Отличные механические характеристики
  • Герметичность
  • Жесткие допуски
  • Тонкие стены
  • Подходит для термообработки (T4 / T5 / T6)
  • Хорошая обработка поверхности

Высокое давление уплотнения используется для производства деталей с высокой степенью целостности, а температуры, требуемые для литья под давлением полутвердого металла, ниже, чем при обычном литье, при производстве обычно используются традиционные материалы инструментальной стали. Отсутствие подходящих материалов для высокотемпературных штампов ограничивает литье металлов с высокой температурой плавления, таких как инструментальная сталь и стеллит только для экспериментальных приложений. Другие преимущества включают в себя: легко автоматизировать, стабильно, производительность равна или выше литье под давлением скорости, без воздухововлечения, низкие усадка скорости и однородная микроструктура.[3]

Недостатки

Поскольку тиксотропия (полутвердое состояние) является средним состоянием в физическом или реологический В смысле, этот процесс очень чувствителен к таким условиям, как температура окружающей среды. Таким образом, производственные мощности требуют более высокого контроля за условиями процесса, более дорогого оборудования и лучшего обучения операторов.

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ "Добро пожаловать в MyNADCA!". diecasting.org. Получено 2015-08-20.
  2. ^ а б Янг, стр. 1.
  3. ^ а б c Лоу, Энтони; Риджуэй, Кейт; Аткинсон, Хелен (сентябрь 1999 г.), «Тиксоформинг», Мир материалов, 7 (9): 541–543.
  4. ^ Винарчик, Эдвард Дж. (2003), Процессы литья под давлением с высокой степенью целостности, 1, Wiley-IEEE, стр. 91–101, ISBN  978-0-471-20131-1.
  5. ^ P. Kapranos, Proc. 10-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Ахен, Германия и Льеж, Бельгия, 2008 г.
  6. ^ С. ЛеБо и Р. Декер, "Микроструктурный дизайн тиксомолотых магниевых сплавов", Proc. 5-й Интер. Конф. Полутвердые обработки сплавов и композитов, Голден, Колорадо, 1998 г.
  7. ^ а б Стивен П. Мидсон, Полутвердое литье алюминиевых сплавов: новая информация, Инженер по литью под давлением, Сентябрь 2008 г.
  8. ^ а б Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением», Литье под давлением: 18–25, архивировано с оригинал (PDF) 11 декабря 2010 г.
  9. ^ Стивен П. Мидсон, Роберт К. Килберт, Стивен Э. Ле Бо и Раймонд Декер, "Рекомендации по производству полутвердых компонентов, формованных тиксом магния, используемых в конструкционных конструкциях", Proc. 8-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Лимасол, Кипр, 2004 г.
  10. ^ Янг, стр. 2.
  11. ^ Стивен П. Мидсон, Конференция NADCA по полутвердому и прессованному литью, Роузмонт, Иллинойс, 1996 г.

Библиография

внешняя ссылка