挤压铸造过程

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挤压铸造过程

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铝合金液态模锻的发展现状(引用)

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摘 要: 铝合金液态模锻是一种具有省力、节能、节材、能一次成形为接近成品形状且制件质量高的技术。介绍了该技术的现状、优点及新进展。

关键词: 铝合金 ； 液态模锻 ； 进展

  `3 d1 T+ p& V$ G; }1引言

8 I' C, }0 b+ d) \" o5 D1 f2 U$ w7 x当今世界能源短缺，汽车、战车等正向着轻量化、高速、安全、节能、低成本及长寿命方向发展，采用轻合金是汽车和兵器轻量化的主要手段之一 [1]。

  b5 J& K: ^6 J( q5 O铝合金具有高比强度、耐蚀性、易成型、热稳定性与再生性好和简化结构等一系列优点能满足军工和民用的特殊要求[6]。如英国“蝎”式坦克，除装甲车体外，还有平衡肘连杆底座、刹车盘、负重轮、炮塔座圈、油箱、座椅等多种零部件采用了铝合金或镁合金，大大减轻了重量，极大的提高了装备的机动性能，从而可以改善坦克的行驶性能，提高安全性[1]。目前汽车上铝合金零件主要有活塞、汽缸体、汽缸盖、连杆、连杆盖、离合器壳、轮毂和油泵阀体等。因此用液态模锻成形铝合金具有很好的发展前景 [2].1

2 铝合金成形技术－液态模锻
+ f9 A, P, c/ H6 p4 X3 ], _: b
, ]* H9 ]& r7 I) z液态模锻是介于液态成型和固态成型之间的一种比较新的工艺, 集中了它们这两种工艺的优点。自60年代至今，液态模锻工艺在我国取得了较大发展。尤其是钢质液态模锻工艺已较为成熟[7]。但由于设备及冶炼条件的限制,有色金属尤其是铝合金的液态模锻在最近十年才得到较快发展。
, Y: F! W# k3 J
液态模锻工艺是对浇入模具内的液态金属施以较高的机械压力，使其凝固时消除铸造缺陷并产生一定塑性变形，从而获得高质量制件的一种方法。液态模锻是一种省力、节能、材料利用率高的先进工艺。制件的力学性能较高，可以接近或达到同种合金的锻件水平 [3-6]。铝合金液态模锻工艺的应用范围，从实际应用情况以及它的结晶特点来看，主要有如下特点:

3 f- D$ F0 z) T9 [3 I% Q9 [8 A/ b1 b# Q$ Q(1)液态模锻工艺对材料的适用范围比较宽，它既适用于高性能的变形合金, 也适用于常用的铸造合金。
* s6 ]' }0 n; @7 ?6 }
(2)以陶瓷颗粒、晶须、纤维增强的金属基复合材料(MMC)综合了金属的韧性、成形性、导电导热性等及陶瓷的强度、刚度、硬度、耐热、耐磨、耐蚀等性能，在材料科学中异军突起，逐渐进入实用化阶段。液态模锻是复合材料成形的最佳方法之一。用液态模锻技术成形复合材料的研究也进行得非常活跃。
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用高强Al-Zn-Mg-Cu合金LC4为基体，以Al203颗粒为增强剂，采用半固态搅拌法制备出颗粒均匀，与基体结合良好的10%Al203P/LC4复合材料，具有优异的抗拉强度和弹性模量，可以取代高锰钢来制造履带板，采用液态模锻工艺制造履带板板体，其质量明显优于一般铸造的方法，生产效率也较高[8]。铝合金复合材料很有前途。

% |& L4 P: z) y& n0 o% z! ]. d(3)液态模锻技术不仅适用于轴对称的实心零件、杯形件、通孔件以及长轴类等厚壁零件，也适用于非轴对称、壁厚不均匀、形状复杂的零件。对于一些薄壁零件也可以用液态模锻获得很好的成形质量
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6 F" G% C. z: U0 \: {3 液态模锻成形技术主要优点

3.1材料利用率高、成本低
3 P3 M9 G7 }( ?) p
与模锻相比，由于没毛边及实心孔所损耗的金属材料，故材料利用率可达95%以上。若与压铸工艺相比，液态模锻工艺不需要设置浇口套、喷嘴、浇注系统等辅助消耗的金属材料(占制件的20%-30%)。用LY11液锻发动机主轴承盖克服了模锻锤上成形的缺点[9]，在用LD10铝合金液锻生产起动机连杆时，使得成形工序减少，加工余量减小，从而提高了材料利用率，降低生产成本，提高了经济效益[10]。

; K; ?2 d, L5 V, Q3.2力学性能高

由于半凝固状态的铝合金在充足的压力下凝固结晶，组织致密、晶粒细小，故所得制件的力学性能好, 如果采用较大的压力(100-150 MPa),则在塑性变形阶段效果明显, 可以接近或达到模锻件的水平。见表1所示。
' V7 U: H( ]. p+ {- |! }5 q
1 C3 @: W; t7 L2 v) s表1 ZL1O3铝合金件的力学性能[7]

Table 1 Mechanical properties of parts

6 T3 d( B$ }5 k) |5 xin ZL103 aluminum alloy
' v. a- ^% W8 h- y5 B$ V

! E4 p$ y, E( o6 xσb/MPa

δ/％
* I  P9 Z5 g: m8 u
/ Z: c! m1 G' x3 n" k0 eHB
; o# ~+ v% Z/ T6 F; r

/ k+ Q% h2 h1 g: {+ L6 MLiquid forging
* n" h/ T- S- m6 r" ~7 e
/ i0 `, ]; u6 i, n2 r320

+ ~5 Z1 S- o$ m; [; Y( j7.0
0 Y. b) K6 q2 _6 Y# y
110


Traditional forging
0 A2 `9 C, U9 g/ Z5 h
& W( Y# ~8 A3 f' ?, f+ K324

7.2

1 v2 W/ _9 ]0 f. [" |107
4 P$ F& O7 t8 z$ ?+ [

Lower pressure casting

$ n! b8 a  d. U. @' x245

5 m7 N- W% ~1 \1 |) L, @2.5

8 w7 O% S# r0 l% y3 X/ r7 E1 ?7 G) w90
" Z, w, @" g3 B. l5 p, B) B3 z; u


2 D9 `( a+ Q8 @% E

8 H! O# [% g5 h7 y3.3成品率高,质量好

& \% q, P9 H" ?& B6 H  P1 }液态模锻时，加工温度比铸造时低得多，制件在模内收缩小，并又受三向压应力的影响，故不易形成气孔与显微疏松等缺陷。同时具有精铸件精密成型的高效率,高精度的特点[7]。

3.4设备投资少

2 s# ]+ D8 }. n% h# q7 E% U* @模锻工艺需要采用热模锻压力机或摩擦压力机等投资较高的设备。压力铸造需要专门的压铸机，设备投资也较大。由于在液态模锻过程中,金属是在流动状态下成形,因此,所需的成形压力小,相应的设备吨位小;熔融的金属成形容易,所加工工件的表面精度高,可以达到少无切削加工的要求,并可制造传统工艺难成形的复杂制件[7]。设备投资少,有利于液态模锻工艺的推广和应用。
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4 液态模锻新技术新工艺

4.1半固态金属成形技术

9 {' ]- h8 B' b' \$ R半固态金属成形技术作为一种新兴复合材料加工技术引起了广泛的关注[11,12]，它的研究起源于本世纪70年代，距今不过二十余年。一般而言，金属在静止状态下结晶时，最先凝固的部分是树枝状长大，形成网状结构，残余液态金属分布于树枝结晶体之间，这种半固态金属的流动性差，对成形不利。70年代初，麻省理工学院的研究人员发现，在金属凝固时加以搅拌，可以将产生的树枝状初晶破碎并分散到未凝固的残余液体金属中去，凝固组织由通常的树枝状晶体变成球状的等轴晶体，成为变形抗力较低、具有良好流动性的金属糊状物，并可以很方便地施以各种后续成形加工。半固态成形技术有如下特点:显微组织细化，大大减轻了内部缺陷和偏析等；半固态金属变形抗力大大降低，并可以制造出近净成形制品；利用半固态糊状金属的高粘性，可以容易并且均匀的混入异种材料和比重差大的金属，从而制造新型复合材料和新成分合金。
( N8 R: V, c, N9 u' |" A; G
% W/ V7 {& R# q6 P& Y) |" }4.2液态挤压工艺
) f! {* T% x4 g9 ^3 W
( I& A/ H* j/ H0 g9 I液态挤压是在液态模锻研究的基础上，结合热挤压变形的特点而发展起来的一种液态金属成形工艺。其成形过程为:将液态金属直接浇入挤压桶内，借助挤压冲头对未凝固的或准凝固金属施以高压，使其在压力下发生流动、结晶、凝固过程，随后，挤压成形模口处的准凝固金属经受断面缩减的大塑性变形，一次成形出管、棒、型材类制品。利用液态挤压工艺也可以直接制备金属基复合材料管、棒、型材类制件，由此突破了现有复合材料成形方法均需二次变形，即先成形出复合材料坯体，再经挤、轧等工艺制成管、棒型材的限制，可以减少成形工序，降低成本，有望成为成形高性能复合材料管、棒、型材的一条新途径[13]。
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5 结束语

, n8 u/ x. S( D液态模锻技术的存在己经有半个多世纪，随着理论研究的不断深入和实践应用中的不断发展，液态模锻技术在理论探索方面将会逐步形成完善的体系，对铝基复合材料成形也将会起到越来越重要的作用。电子计算机数值模拟成形过程, 人工神经网络预测液态模锻工艺参数的研究[14]等先进手段的使用，新型专用设备、专用模具材料的开发，半固态成形、液态挤压等新技术和新工艺的发展都将给液态模锻技术注入新的活力。

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冶炼、温度参数对液态模锻件质量的影响  

9 w% T) h6 v- m2 I: C作者：admin 来源：中国汽车模具网 文章点击数： 158  
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, H" x8 |* U9 u% U冶炼、温度参数对液态模锻件质量的影响如下:
2 B  Q9 x  ^$ C/ }$ g6 f) ]
: {7 L( e1 S+ I- A$ c8 E# Y1.冶炼质量
% X  z0 f. [7 e% t8 ]
由于液态模锻(除平冲头间接液态模锻外)无浇、冒口系统，无排渣、集渣和镇静能力，浇入的液态金属几乎全都用于制件本身，从这一意义讲，液态模锻对金属液质量的要求比普通铸造工艺要严格得多。首先，要求炉料干净，成分配比准确。冶炼时严格遵守操作规程，减小氧气卷入和夹杂物形成。在浇注过程中，注意排渣、力争金属液洁净。由于液态模锻一般都是单件连续生产，液态金属必须在保温炉(或熔炼炉)中停放较长时间，保温过程要求合金成分稳定，不氧化，不增加夹杂物等。对于某些不便于长时间保温的合金，需采用大功率小容量的感应炉快速熔炼，实现“一炉一件”办法进行生产。

8 Q! E' }9 R+ P( r5 D2.浇注温度
4 ?% D* `& X0 O1 }7 t9 n
浇注温度过高，增加形成缩孔的倾向，消除它要增大压制力。浇注温度过低将增加自由凝固结壳厚度，降低加压效果。一般采用低温浇注，可减少制件收缩和因收缩而产生的缺陷，提高模具寿命。浇注温度选用可取液相线温度以上50～100℃左右，对于形状简单的厚壁件取下限；对于形状复杂或薄壁件取上限。
* W; c- Q0 a5 G, h) @) R* e7 v% V
3.模具温度
: W. e1 X* x: ~( j7 }6 i
模具温度低，将降低加压效果，还会增加冷隔，形成柱状晶等缺陷；模具温度高，容易粘焊，加速模具磨损。模具温度选用与合金凝固温度、制件尺寸、形状有关。
* w; p5 q8 s  }3 q
: D: x) {" |/ t3 g  Z对于铝合金，预热温度为150～200℃，工作温度为200～300℃；对于铜合金，预热温度为200～250℃，工作温度为200～350℃；黑色金属。预热温度为150～200℃，工作温度为200～400℃。

对于薄壁制件应适当提高模具温度，尤其是小型薄壁件，模具温度偏低，将无法完成加压成形。

在大批量连续生产时，模具温度往往超过允许范围，必须采用水冷或风冷措施。

% O4 @7 n+ U( b+ [3 {4 u1 \* y4.模具涂层和润滑
; a/ o% p% w0 A2 |  L. F
7 [2 G2 @5 t$ A) a' {液态模锻模具受热腐蚀和热疲劳严重，为此常在模具与液态金属直接接触的模膛部分，涂覆一层“隔热层”，该层与模具本体结合紧密，不易剥落。压制前，在涂层上再喷上一层润滑层，以便于制件从模具取出和冷却模具。这种“隔热层”上复合润滑层，效果最好，但目前，多数不采用“隔热层”，而直接涂覆润滑剂，效果也不错，尤其对于有色金属合金液态模锻，情况更佳。
, z+ g: E# L3 F- i3 B
8 q1 b9 C4 Y3 y# B& t- h从各国情况看，液态模锻使用的润滑剂和压力铸造基本相同。