Semi-Solid-Metallgussverfahren

1. übersicht

2、Prozess-Prinzip

Das Prinzip des halbfesten Gießverfahrens besteht darin, dass durch starke Bewegung während der Erstarrung des flüssigen Metalls das beim herkömmlichen Gießen gebildete dendritische Netzwerkskelett aufgebrochen und in eine dispergierte körnige Organisation umgewandelt wird, die in der flüssigen Phase suspendiert ist. Diese halbfeste Aufschlämmung in der festen Phase erreicht ein bestimmtes Niveau (z. B. 0,5-0,6) und kann immer noch ein gewisses Maß an Fließfähigkeit beibehalten, wodurch die Verwendung vonDruckgussHerkömmliche Umformverfahren wie Strangpressen und Gesenkschmieden bearbeiten das Metall, um die Qualität des Gussteils zu optimieren und die Produktivität zu erhöhen.

3. legierungsvorbereitung

Es gibt viele Methoden zur Herstellung von halbfesten Legierungen, neben der mechanischen Rührmethode wurden in den letzten Jahren die elektromagnetische Rührmethode, die elektromagnetische Impulsbelastungsmethode, die Ultraschall-Vibrationsrührmethode, die erzwungene Strömung der Legierungsflüssigkeit entlang des gekrümmten Kanals unter Einwirkung einer externen Kraft, die dehnungsinduzierte Schmelzaktivierungsmethode (SIMA), die Sprühabscheidungsmethode (Spray), die Methode zur Kontrolle der Legierungsgießtemperatur usw. entwickelt. Die elektromagnetische Rührmethode, die Methode zur Kontrolle der Gießtemperatur und die SIMA-Methode sind die Verfahren mit dem größten Potenzial für die industrielle Anwendung.

3.1 Mechanisches Mischverfahren

Flemings et al. stellten erfolgreich halbfeste Aufschlämmungen von Zinn-Blei-Legierungen her, indem sie einen Rührsatz verwendeten, der aus einem konzentrischen Innen- und Außenzylinder mit Zähnen bestand (wobei der Außenzylinder rotierte, während der Innenzylinder stillstand); H. Lehuy et al. verwendeten Rührquirle zur Herstellung von Aluminium-Kupfer-Legierungen, Zink-Blei-Legierungen und Zinn-Blei-Legierungen.Aluminiumund Aluminium-Silizium-Legierung halbfester Schlamm. Später wurde der Rührer verbessert und die halbfeste Aufschlämmung der ZA-22-Legierung mit einem Spiralrührer zubereitet. Durch die Verbesserung wurde die Rührwirkung der Aufschlämmung verbessert, die allgemeine Fließfähigkeit der Metallflüssigkeit in der Form verstärkt und ein Abwärtsdruck in der Metallflüssigkeit erzeugt, der das Gießen fördert und die mechanischen Eigenschaften des Barrens verbessert.

3.2 Elektromagnetisches Rührverfahren

Elektromagnetisches Rühren ist die Verwendung des rotierenden elektromagnetischen Feldes in der Metallflüssigkeit, um induzierten Strom zu erzeugen, die Metallflüssigkeit in der Lorentz-Magnetkraft unter der Wirkung der Bewegung, um so den Zweck des Rührens der Metallflüssigkeit zu erreichen. Gegenwärtig gibt es zwei Hauptmethoden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen: die eine ist die traditionelle Methode, bei der Wechselstrom in der Induktionsspule fließt; die andere ist die Methode der rotierenden Dauermagneten, die 1993 von C. Vives aus Frankreich eingeführt wurde, deren Vorteil darin besteht, dass der elektromagnetische Induktor aus hochleistungsfähigen dauermagnetischen Materialien besteht und das im Inneren erzeugte Magnetfeld von hoher Stärke ist, und durch die Änderung der Anordnung der Dauermagneten kann die Metallflüssigkeit einen offensichtlichen dreidimensionalen Fluss erzeugen, der die Rührwirkung verbessert. Die Rührwirkung wird verbessert und die Gasbeteiligung während des Rührens wird reduziert.

3.3 Dehnungsinduzierte Schmelzaktivierungsmethode (SIMA)

Dehnungsinduzierte Schmelzaktivierung (Strain Induced Melting Activation, SIMA) ist ein Verfahren, bei dem ein herkömmlicher Barren vorverformt wird, z. B. durch Warmumformung durch Strangpressen, Walzen usw., zu einem halbfertigen Stab, der eine Mikrostruktur mit einer starken länglichen Verformungsstruktur aufweist, und dann für eine bestimmte Zeit auf die isotherme Fest-Flüssig-Zweiphasenregion erhitzt wird, in der längliche Körner zu feinen Partikeln werden, und dann schnell abgekühlt wird, um einen Barren mit einer amorphen dendritischen Struktur zu erhalten. Die Wirkung des SIMA-Verfahrens hängt hauptsächlich von der niedrigeren Temperatur der Warmarbeit und Umschmelzen zwei Stufen, oder zwischen den beiden fügen Sie eine kalte Arbeitsstufe, ist der Prozess besser kontrollierbar.SIMA-Technologie eignet sich für eine Vielzahl von hohen und niedrigen Schmelzpunkt Legierung Serie, vor allem für die Herstellung von höheren Schmelzpunkt der nicht-dendritischen Legierung hat eine einzigartige Überlegenheit. Wurde erfolgreich auf Edelstahl, Werkzeugstahl und Kupferlegierungen, Aluminium-Legierung Serie angewendet, um die Korngröße von etwa 20um nicht-dendritische Organisation der Legierung zu erhalten, wird zu einem wettbewerbsfähigen Methode der Vorbereitung halbfesten bilden Rohstoffe. Ihr größter Nachteil ist jedoch die geringe Größe der hergestellten Rohlinge.

3.4 Neue, in den letzten Jahren entwickelte Methoden

In den letzten Jahren wurde an der Southeast University und am Aresty-Institut in Japan festgestellt, dass die beginnende dendritische Organisation durch Steuerung der Gießtemperatur der Legierung in eine sphäroidische Organisation umgewandelt werden kann. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass weder Legierungselemente zugesetzt noch gerührt werden müssen.V.Dobatkin et al. schlugen ein Verfahren zur Herstellung halbfester Barren vor, bei dem dem flüssigen Metall ein Veredelungsmittel zugesetzt und es mit Ultraschall behandelt wird.

4. die Methode der Formgebung

Es gibt viele Methoden zur Bildung halbfester Legierungen, die wichtigsten sind:

(1) Rheocasting(Rheoforming, Rheocast) Direktes Druckgießen oder Strangpressen der entstandenen halbfesten Metallaufschlämmung durch intensives Rühren während der Abkühlung der Metallflüssigkeit von der flüssigen Phase zur festen Phase bei einem bestimmten Festphasenanteil. 1 Druckgusslegierung 2 Kontinuierliche Zufuhr der Legierungsflüssigkeit 3 Induktionserhitzer 4 Kühler 5 Rheologisch gegossener Barren 6 Einspritzkammer 7 Druckgussform R. Shibata et al. haben beispielsweise eine halbfeste Legierungsaufschlämmung verwendet, die durch elektromagnetisches Rühren hergestellt und direkt in die Einspritzkammer einer Druckgussmaschine zur Formgebung eingespeist wurde. Die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen, die mit dieser Methode hergestellt werden, sind höher als die von Stranggussstücken und vergleichbar mit denen von halbfesten thixotropen Gussstücken. Das Problem ist, dass halbfester Metallschlamm Schwierigkeiten bei der Konservierung und Lieferung hat, so dass die tatsächliche Anwendung nicht sehr verbreitet ist.

(2) Thixotroper Guss(Thixoforming, Thixocast) Druckguss oder Strangpressen von vorbereiteten Barren mit nicht-dendritischer Organisation nach Wiedererwärmung in der Fest-Flüssig-Zone bis zu einer geeigneten Viskosität. EOPCO, HPM Corp., Prince Machine und THT Presses in den Vereinigten Staaten sowie Bühler in der Schweiz, IDRA USA und Italpresse of America in Italien, Producer USA in Kanada und Toshiba Machine Corp und UBE in Japan. Machinery Services usw. waren in der Lage, spezielle Ausrüstungen für die taktile Umformung von halbfesten Aluminiumlegierungen herzustellen. Die Methode der Knüppel Heizung, Förderung leicht zu erreichen Automatisierung, so ist es heute halbfestes Gießen der wichtigsten Prozessmethoden.

(3) Spritzgießen(Injection Molding) direkt auf das geschmolzene Metall Flüssigkeit (anstatt nach der Behandlung von halbfesten Schlamm) auf die entsprechende Temperatur abgekühlt, und ergänzt durch einen bestimmten Prozess Bedingungen in den Hohlraum Spritzgießen. Wie die Vereinigten Staaten von Amerika, Wisconsin, berühren in Form Entwicklungszentrum, hatte die Methode der halbfesten Gießen von Magnesium-Legierungen verwendet. Cornell University of the United States, Professor K.K. Wang und andere entwickelten eine ähnliche Magnesium-Legierung Shot Casting Umformgerät, das halbfeste Aufschlämmung aus dem Material Rohr zu verbinden, nach entsprechender Kühlung Druck Injektion in den Hohlraum.

(4) Niedertemperatur-Strangguss Der so genannte Niedertemperatur-Strangguss ist ein Gießverfahren, bei dem die Überhitzung des flüssigen Metalls auf etwa 0 °C geregelt wird und eine Zwangskühlung unterhalb der Gießform erfolgt. Beim Stranggießen ist die Kernseigerung ein großes Problem, und beim kontinuierlichen Walzen von Walzdraht kann es zu Brüchen kommen. Daher ist das Verfahren von großer Bedeutung.

(5) Bandstrangguss Flemings hat experimentelle Untersuchungen zum Bandstranggießen mit dem niedrigschmelzenden Metall Sn-15% Pb durchgeführt und Wärmeübertragung, Erstarrung und Verformung analysiert. Es wurde festgestellt, dass die Banddicke mit dem Walzendruck, der Festphasenrate, der rheologischen Scherrate und der Stranggussgeschwindigkeit zusammenhängt. Ist der spezifische Druck beim Strangpressen hoch, fördert er die Mikroseigerung. Um die Oberflächen- und Innenqualität sowie die Maßgenauigkeit zu gewährleisten, müssen die Prozessparameter bei der Herstellung halbfester Metalle, wie die Festphasenrate, die Größe der anfänglichen Kristallform und die Menge des austretenden Metalls, streng kontrolliert werden. Für hochschmelzende Metalle wie Phosphorbronze Cu-Sn-P-Legierung (Cu-8%Sn-0.1%P), die flüssige Phase Linie Temperatur von 1030 ℃, schwer zu heiß arbeiten, mit dieser halbfesten Legierung aus dünnen Platte hat offensichtliche Ergebnisse. Derzeit ist es möglich gewesen, ausgezeichnete Organisation der halbfesten Edelstahl-Barren, High-Speed-Werkzeugstahl Barren vorzubereiten.

5 Technologische Vorteile

Die Vorteile der Semi-Solid-Druckgusstechnologie umfassen Produkt- und Prozessvorteile.

(1) Prozessvorteile

(1) ohne Zugabe eines Kornfeinungsmittels, um eine feine Kornorganisation zu erhalten, wodurch das traditionelle Gießen von säulenförmigen Kristallen und groben dendritischen Kristallen vermieden wird.

2) Niedrige Umformtemperatur (z.B. kann die Aluminiumlegierung um mehr als 120°C reduziert werden), wodurch Energie gespart werden kann.

3) Verlängerte Lebensdauer der Form. Aufgrund der niedrigeren Temperatur der halbfesten Gülle bilden Scherspannung, als die traditionellen dendritischen Gülle ist drei Größenordnungen kleiner, so dass die Füllung glatt, kleine thermische Belastung, thermische Ermüdungsfestigkeit verringert.

4) Verringern Sie Verschmutzung und unsichere Faktoren. Weil der Betrieb ist frei von der hohen Temperatur flüssiges Metall Umwelt.

(5) Kleine Verformung Widerstand, die Verwendung von kleinen Kraft kann eine homogene Verarbeitung zu erreichen, leicht zu schwer zu verarbeitenden Materialien zu bilden.

(6) Schnellere Erstarrung, höhere Produktivität und kürzerer Prozesszyklus.

(7) Geeignet für den Einsatz von Computer-Aided Design und Fertigung, die Verbesserung der Grad der Automatisierung der Produktion.

(2) Produktvorteil

1)Qualität der GussteileHoch. Aufgrund der Kornverfeinerung und der gleichmäßigen Verteilung der Organisation wird die Schrumpfung des Körpers reduziert, die Tendenz zur thermischen Rissbildung verringert, die Tendenz zur Schrumpfung in der Matrix beseitigt und die mechanischen Eigenschaften stark verbessert.

(2) Erstarrung Schrumpfung ist klein, so dass nach der Bildung hohe Maßgenauigkeit, kleine Bearbeitung Zulage, in der Nähe von Netto-Formgebung.

(3) Breite Palette von Umformlegierungen. Nicht-Eisen-Legierungen sind Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn, Kupfer, Nickel-Basis-Legierungen; Eisen-Basis-Legierungen sind Edelstahl, niedrig legierter Stahl und so weiter.

(4) Herstellung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen. Die Verwendung von halbfesten Metall hohe Viskosität, kann die Dichte Unterschied, feste Löslichkeit des Metalls aus Legierungen, sondern auch eine effektive Nutzung der verschiedenen Materialien gemischt, aus neuen Verbundwerkstoffen.

6, die Entwicklung von Semi-Solid-Casting-Technologie

6.1 Einfluss der Temperaturintervallstörung und der Gießtemperatur auf die Gussorganisation von Magnesiumlegierungen im halbfesten Zustand

AZ91HP Magnesiumlegierung in Edelstahl Tiegel Widerstand Ofen Heizung bis 720 ℃ Isolierung 10 Minuten für die Raffination Behandlung, in der flüssigen Phase Linie in der Nähe der kurzfristigen Isolierung Behandlung, kann die Tendenz der dendritischen Organisation Bildung zu reduzieren; reduzieren Sie die Verarbeitungstemperatur, ist die Schmelze gestört werden beschleunigt, um das Korn auf die gleichachsige Form oder sogar sphärische Entwicklung; in der halbfesten Temperaturbereich der Schmelze Blasen Argon (Ar) Behandlung, so dass die Schmelze gestört wird, um die Rate der Keimbildung zu verbessern, um die dendritischen Arm Fusion und das Korn isometrische beschleunigen. Beschleunigt die Fusion der dendritischen Arme und Korn Äquiaxialisierung, kann eine gleichmäßige Verteilung der nicht-dendritischen Organisation zu erhalten; dies macht die halbfeste Guss nach der Bildung, der Inhalt der harten und spröden β-Phase reduziert wird, und ist eine feinmaschige Verteilung in der beginnenden α-Phase Korngrenzen, die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Magnesiumlegierung halbfeste Gussteile (Gießerei, 2006, 55(2): 120-125).

6.2 Fortgeschrittene Aufschlussverfahren für halbfeste Legierungen

Unter den fortschrittlichen Methoden zur Herstellung von Gülle, die vorgeschlagen wurden, ist die Kippplatten-Technologie einfach im Prinzip und Ausrüstung, einfach, den Prozess zu kontrollieren, und niedrige Kosten. Mit der gekippten Platte Methode zur halbfesten sub-eutektischen hohen Chrom weißen Gusseisen halbfeste Aufschlämmung Gerät vorzubereiten, das Metall Flüssigkeit in der Kühlung Körper unter der Wirkung der Kühlung Körper Anregung, Austenit in einer ungleichmäßigen Art und Weise eine große Anzahl von Keimbildung Wachstum, dendritische Schmelzen, Bruch, Zerkleinern und damit Verfeinerung, die Bildung von sphärischen Austenit.

6.3 Halbfeste thixotrope Aluminiumlegierung Al-6Si-2Mg Druckguss

Al-6Si-2Mg-Aluminium-Legierung, mit einer flüssigen Phase Linie Temperatur von 615 ° C und eine feste Phase Linie Temperatur von 557 ° C, hat ausgezeichnete thixotropen Prozess Eigenschaften. Bar Knüppel mit heißen Top-Methode, elektromagnetische Rühren vertikale semi-kontinuierliche Gießen, Durchmesser von 60 ~ 70mm; Knüppel in der Mittelfrequenz-Induktion Ausrüstung Spule Heizung, der Beginn der schnellen Erwärmung auf 500 ℃, und dann langsame Erwärmung, der Kern erreicht 560 ℃, und dann weiter die Heizleistung zu reduzieren, in den Kern erreicht 575 ℃, nach dem Umzug in 2800KN horizontale kalte Kammer Druckguss-Maschine, Druckguss in den Automotor auf die Verwendung von Wasserpumpe Abdeckung. Semi-solid Druckguss, hat α-Al in Druckguss High-Speed-Scher-Kontakt in Form geschmolzen, ein Teil der primären α-Al Wachstum, ein Teil der Erstarrung in eine feine kugelförmige sekundäre α-Al. Eutektische Organisation von Mg2Si als Strangguss Organisation ist feiner; Wegen der halbfesten Organisation der nicht-porösen, von 540 ℃, 8 Stunden von festen Lösung Behandlung und dann abgeschreckt, und dann von 170 ℃, 6 Stunden künstliche Alterung, um die folgenden zu erhalten Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit 340MPa, Streckgrenze 310MPa, Dehnung 3,5% (Casting, 2005, 54(5): 475-478).