中低压挤压铸造ADC12铝合金显微组织和力学性能研究

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挤压铸造技术作为一种先进的加工工艺,具有铸造工艺简单、成本低、较高的产品性能及可靠性等一系列优点。通常挤压铸造过程施加压力的目的是为了在铸件成型过程中提供一定的补缩力,压力值较高(压力值一般大于60MPa)。若使用较小的压力值就可以满足金属液补缩所需要的压力值大小,得到合格率较高的产品,这就能大大减少设备成本,从而提升中低压挤压铸造技术在汽车行业中的竞争力。在挤压铸造工艺中最常用的合金体系为Al-Si系。该合金体系拥有优异的铸造性能、力学性能,使其在汽车零部件领域得到广泛应用。本文将以ADC12铝合金为研究对象,采用中低压挤压铸造技术制备汽车发动机缸体用铝合金阶梯模铸件(厚度分别为5mm/11mm/21mm)。首先,利用ProCAST软件模拟8种不同浇注系统下的金属液充型凝固过程结果,从而得出最优的浇注系统方案;在此方案基础上,通过对不同铸造工艺参数下的铸件进行充型、凝固过程模拟,预测相应工艺参数对铸件缺陷的影响。根据模拟结果,进一步指导实际生产过程中不同中低压工艺参数(涂料类型及厚度、压力值、模具温度、浇注温度等)对铸件组织及力学性能的影响。之后,优化出较优的热处理工艺参数。研究结果表明:(1)根据模拟过程中金属液充型平稳性、排气性、顺序凝固及铸造缺陷(憋气、冷隔等)分析结果,得出较优的浇注系统方案:横浇道与最厚台阶处相连接,横浇道处设有溢流槽;同时,在最薄台阶尾端也设置溢流槽;型腔表面有排气槽等。(2)通过模拟不同压力值(0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa、0.8MPa、1.0MPa、2.0MPa、4.0MPa、8.0MPa、10.0MPa)对铸件质量的影响,得到:随着压力的增加,铸件内部气缩孔含量明显减少,但压力增至一定程度后,气缩孔的含量受压力影响很小。有效压力值范围为0.8-2MPa。(3)通过OM、SEM、X光探伤、室温拉伸、密度等分析,系统研究了不同工艺参数对中低压挤压铸造ADC12铝合金的影响。研究结果如下:使用厚度60μm的SMWK 3779涂料有利于减少铸件缩松、缩孔等缺陷最少,更符合生产需要。(4)2MPa压力下凝固所得铸件的综合性能最优;其中,最厚21mm台阶试样的抗拉强度为246MPa,伸长率为2.63%。(5)通过进一步比较不同热处理条件下合金组织及拉伸力学性能,得到最优的热处理工艺参数为540℃×6h+175℃×8h;室温拉伸力学性能为:抗拉强度345MPa,伸长率4.02%。
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