鋁合金壓鑄應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬
2008-09-11 16:05:10
20世紀(jì)90年代以后，中國的壓鑄工業(yè)取得了令人驚嘆的發(fā)展，已發(fā)展為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。目前，鋁合金壓鑄工藝已成為汽車用鋁合金成形工藝中應(yīng)用最廣泛的工藝之一，在各種汽車成型工藝方法中占49%。中國現(xiàn)有壓鑄企業(yè)3000家左右，壓鑄件產(chǎn)量從1995年的26.6萬噸上升到2005年的87萬噸，年增長率保持在20%以上，其中鋁合金壓鑄件占所有壓鑄件產(chǎn)量的3/4以上。
中國壓鑄件產(chǎn)品的種類呈多元化，包括汽車、摩托車、通訊、家電、五金制品、電動(dòng)工具、IT、照明、扶梯梯級(jí)、玩具燈等。隨著技術(shù)水平和產(chǎn)品開發(fā)能力的提高，壓鑄產(chǎn)品種類和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)寬，其壓鑄設(shè)備、壓鑄模和壓鑄工藝都發(fā)生了巨大的變化。壓鑄鋁合金壓鑄鋁合金自1914年投入商業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和冷室壓鑄機(jī)的發(fā)明，得到了快速發(fā)展。壓鑄鋁合金按性能分為中低強(qiáng)度(如中國的Y102)和高強(qiáng)度(如中國的Y112)兩種。目前工業(yè)應(yīng)用的壓鑄鋁合金主要有以下幾大系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Si-Cu-Mg、Al-Zn等。
壓鑄鋁合金力學(xué)性能的提高往往伴隨著鑄造工藝性能的降低，壓力鑄造因其高壓快速凝固的特點(diǎn)使這種矛盾在某些方面更加突出，因此一般壓鑄件難于進(jìn)行固溶熱處理，這就制約了壓鑄鋁合金力學(xué)性能的提高，雖然充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學(xué)性能的有效途徑，但廣泛采用仍有一定難度，所以新型壓鑄鋁合金的開發(fā)研制一直在進(jìn)行。先進(jìn)的壓鑄技術(shù)早期的臥式冷室壓鑄機(jī)的壓鑄過程只有一個(gè)速度壓送金屬液進(jìn)入模具，壓射速度只有1m~2m/s。采用這種工藝，鑄件內(nèi)部氣孔多，組織疏松，不久便改進(jìn)為2級(jí)壓射，把壓射過程簡單地分解為慢速和快速2個(gè)階段，但快速的速度也不過3m/s，后來為了增加壓鑄件的致密度，在慢速和快速之后增加了一個(gè)壓力提升的階段，成為慢壓射，快壓射和增壓3個(gè)階段，這就是經(jīng)典的3段壓射。
20世紀(jì)60年代中間，這種3級(jí)壓射已經(jīng)普遍推開，并且快壓射階段的速度已提高到5m/s。此后的40余年期間，世界各國領(lǐng)先的壓鑄機(jī)制造商對(duì)壓射過程進(jìn)行了研究試驗(yàn)，從而開發(fā)出一些新工藝，如70年代的拋物線壓射系統(tǒng)，80年代的無飛邊壓鑄系統(tǒng)，90年代的無飛邊壓射系統(tǒng)，其中有的從3階段壓射中對(duì)每個(gè)階段加以再分解，這正是這個(gè)經(jīng)典的3階段壓射的繼續(xù)發(fā)展的延伸?，F(xiàn)在壓射速度、壓力已由原來的人工手輪調(diào)節(jié)控制改為計(jì)算機(jī)控制。近年來，人們?yōu)榱私鉀Q壓鑄件內(nèi)部存在的氣孔和縮孔問題，能夠生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高密性、可焊接可熱處理、可扭曲等各種高要求的壓鑄件，除了繼續(xù)完善真空壓鑄以外又發(fā)展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新的技術(shù)，并加以概括地稱之為“高密度壓鑄法”。
真空壓鑄技術(shù)真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽空或部分抽空，降低型腔中的氣壓，以利于充型和合金熔體中氣體的排除，使合金熔體在壓力的作用下充填型腔，并在壓力下凝固而獲得致密的壓鑄件。真空壓鑄法與普通壓鑄法相比具有以下特點(diǎn)：(1)氣孔率大大降低；(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高，微觀組織細(xì)小；(3)真空壓鑄件的力學(xué)性能較高。近來，真空壓鑄以抽除型腔中的氣體為主，主要有兩種形式：(1)從模具中直接抽氣；(2)置模具于真空箱中抽氣。采用真空壓鑄時(shí)，模具的排氣道位置和排氣道面積的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。排氣道存在一個(gè)“臨界面積”，其與型腔內(nèi)抽出的氣體量、抽氣時(shí)間及充填時(shí)間有關(guān)。當(dāng)排氣道的面積大于臨界面積時(shí)，真空壓鑄效果明顯；反之，則不明顯。
真空系統(tǒng)的選擇也非常重要，要求在真空泵關(guān)閉之前，型腔內(nèi)的真空度可保持到充型完畢。充氧壓鑄技術(shù)壓鑄件氣孔中的氣體絕大部分為N2和H2，幾乎沒有O2，主要原因是O2與活性金屬發(fā)生反應(yīng)生成了固體氧化物，這為充氧壓鑄技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。充氧壓鑄是在壓鑄前將氧氣充入型腔，取代其中的空氣。
當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)，一部分氧氣從排氣槽排出，殘留的氧與金屬液發(fā)生反應(yīng)，生成彌散狀的氧化物微粒，在鑄型內(nèi)形成瞬間真空，從而獲得無氣孔的壓鑄件。充氧壓鑄過程中，型腔內(nèi)的真空是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。
生產(chǎn)中為保證安全性，應(yīng)嚴(yán)格控制充氧量，降低型腔壓力，使其與充氧壓力相匹配。將真空壓鑄與充氧過程結(jié)合起來，使型腔處于負(fù)壓狀態(tài)，可獲得更好的效果。在金屬液充型過程中，應(yīng)使金屬液以彌散噴射狀態(tài)充型。澆道尺寸的大小也對(duì)充氧壓鑄的效果有較大影響，適當(dāng)?shù)臐驳莱叽缂瓤梢詽M足金屬液以紊流形式充滿鑄型，又可以避免金屬液溫度下降得過快。
氧化物的高度彌散分布不會(huì)對(duì)鑄件產(chǎn)生不利影響，反而可提高鑄件的硬度，并使熱處理后的組織細(xì)化。充氧壓鑄可用于與氧反應(yīng)的Al、Mg及Zn合金。目前，采用充氧壓鑄可生產(chǎn)各種鋁合金鑄件，如：液壓變速器殼體、加熱器用熱交換器、液壓傳動(dòng)閥體、計(jì)算機(jī)用托架等對(duì)于需熱處理或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下使用的壓鑄件，充氧壓鑄具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)<
