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铝合金铸件!为什么高压铸不需热处理而低压铸需要?

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/8/26     浏览次数:    
第一次接触铸造工艺是大学毕业后的第二年,公司内部轮岗后开始负责结构件的相关工作。其中一个让人抓耳挠腮又彻夜难眠的零件就是镁合金的高压铸造壳体,依旧清晰的记得原材料的牌号是AZ91D,一个脑海中挥之不去的梦魇。自此一个非机械非材料专业的门外汉开始了结构件之旅。
根据GB/T 5611-1998 定义:铸造(Casting/ Founding/Foundry)是指熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。
铸造的种类很多,截至目前为止笔者有幸实地见过:重力铸造中的砂型铸造(铸铁制动盘, 离合器压盘),高低压力铸造,熔模铸造(失蜡铸造)等。另外还有有趣的Thixomolding (半固态射出成型),类似于塑胶件的注塑成型将金属合金制成合金粒子然后熔融经由螺杆高压射出成型。本次主要计划梳理一下高地压力铸造
(二)高压铸造和低压铸造
约定俗成,实际工作过程中,绝大部分情况下我们所讨论的压铸,可以直接理解为高压铸造。
高压铸造:熔融金属在高压下高速充型,并在压力下凝固的方法。
铝合金铸件!为什么高压铸不需热处理而低压铸需要?

高压铸造优缺点:
1)零件的尺寸精度高,表面质量好。利于表面处理:阳极氧化,喷涂等
2)铸件力学性能好(抗拉强度,延伸率),适合大批大量生产
3)可以生产结构形状复杂的薄壁零件
4)压铸零件件不能进行大面积余量的机械加工CNC
5)铸件容易产生细小的气孔和缩松,不能做常规的热处理
常见零件:内外壳体(涡轮增压),底座,支架,方向盘骨架等等。 由于压铸件塑性低,不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作。
常见厂家:南京泉峰,上海华培,宁波亚路,宁波旭升
低压铸造:铸型安放在密封的坩埚上方,坩埚中通入压缩空气,在熔池表面形成低压力(一般是60~150KPa),使金属通过升液管充填铸型和控制凝固的铸造方法。
铝合金铸件!为什么高压铸不需热处理而低压铸需要?
铝合金低压铸造结构示意图
低压铸造的优缺点:
1)可以方便控制充型压力和速度
2)零件的微观组织致密,有很高的力学性能,可以通过热处理进一步增加零件的力学性能
3)原材料利用率高,一般在90%~98%.零件成本优势增加
4)虽然充型压力和速度方便控制,但是生产的效率比高压铸造低
5)从坩埚到铸型的升液管寿命较短,损耗大,需要准备备品备件
常见零件:羊角(Steering Knuckle),铸铝卡钳本体,气缸头、轮毂、气缸架等等
常见厂家:南京正领,威孚长安
(三)热处理回顾
普通热处理,例如一般常见的金属零件会涉及到“三把火”:退火-Annealing,正火-Normalizing,淬火-Quenching ;当然还有表面热处理中的表面淬火和化学热处理,这里就不详细讨论。笔者之前负责过铝锻件(摩托车刹车把手)的工作,使用的大多数牌号是6082,6061。当时所涉及的热处理主要是T2 + T6. 接下来整理汇总了一下铝合金热处理的相关知识点和大家分享。
铝合金铸件!为什么高压铸不需热处理而低压铸需要?
◎退火:把产品加热到一定温度同时保温一定的时间,然后以一定速度冷却到室温。旨在通过金属粒子扩散、迁移,使之晶体组织更加均匀稳定来消除内应力。
◎固溶:零件加热到高温单相区保持恒温,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。将可以热处理的铝合金零件加热到较高温度同时保温一定时间,使零件中可溶成分充分溶解到铝基体中,从而最大程度形成过饱和固溶体,然后快冷将这种过饱和固溶体保持到室温,获得合适的晶粒度。

◎时效:分为自然时效(将零件放在室温或者自然条件下长时间静置)和人工时效(将零件加热到比较高的温度同时在短时间内回到常温),为节约时间通常选择人工时效。主要原理是零件件经固溶处理,冷塑性变形或铸造,锻造后,在较高的温度或室温放置,其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。

(四)写在结尾
通过上述的知识回顾,仔细的读者应该可以发现问题的答案关键:Internal Porosity (内部孔隙)
从工艺成型的角度可以看出压铸在高压高速填充的过程中使得铸件本体中存在一定的气泡,这也是为什么在铝压铸产品质量管控中会使用X-Ray ,CT去测的零件的气孔率,从而确保零件力学性能可以达标(常见的ADC12,抗拉强度平均值在228Mpa左右)。如果高压铸零件进行热处理,会使得零件变形曲翘。铝合金高压铸零件的抗拉强度相对低压铸零件会低不少。这也就决定该工艺对应的一些产品大多数是一些结构件,保护壳体,底座支撑等等。
而低压铸造的过程中密封在坩埚上方的型腔缓慢的得到填充,使得低压铸造零件的组织具有良好的致密性,气孔极少。同时又可以通过固溶时效的热处理进一步使得组织晶体更加致密均匀从而确保抗拉强度等力学机械性能,优秀的企业抗拉可以做到290~330Mpa,甚至更高。这就不难理解为什么一些运动机构件需要采用低压铸造的工艺。
对于一些强度要求更高,延展性要求更好的部件例如控制臂,可以选择锻造工艺;但是优秀的低压铸造工艺控制有时也可以达到一定的替代效果。
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