鋁合金壓鑄應用領域不斷擴寬
2008-09-11 16:05:10
20世紀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、電動工具、IT、照明、扶梯梯級、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)品種類和應用領域不斷擴寬，其壓鑄設備、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度(如中國的Y102)和高強度(如中國的Y112)兩種。目前工業(yè)應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使這種矛盾在某些方面更加突出，因此一般壓鑄件難于進行固溶熱處理，這就制約了壓鑄鋁合金力學性能的提高，雖然充氧壓鑄、真空壓鑄等是提高合金力學性能的有效途徑，但廣泛采用仍有一定難度，所以新型壓鑄鋁合金的開發(fā)研制一直在進行。先進的壓鑄技術(shù)早期的臥式冷室壓鑄機的壓鑄過程只有一個速度壓送金屬液進入模具，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，不久便改進為2級壓射，把壓射過程簡單地分解為慢速和快速2個階段，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壓力提升的階段，成為慢壓射，快壓射和增壓3個階段，這就是經(jīng)典的3段壓射。
20世紀60年代中間，這種3級壓射已經(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，世界各國領先的壓鑄機制造商對壓射過程進行了研究試驗，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階段壓射中對每個階段加以再分解，這正是這個經(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)控制改為計算機控制。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：(1)氣孔率大大降低；(2)真空壓鑄的鑄件的硬度高，微觀組織細小；(3)真空壓鑄件的力學性能較高。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，模具的排氣道位置和排氣道面積的設計至關重要。排氣道存在一個“臨界面積”，其與型腔內(nèi)抽出的氣體量、抽氣時間及充填時間有關。當排氣道的面積大于臨界面積時，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)生反應生成了固體氧化物，這為充氧壓鑄技術(shù)提供了理論基礎。充氧壓鑄是在壓鑄前將氧氣充入型腔，取代其中的空氣。
當金屬液進入型腔時，一部分氧氣從排氣槽排出，殘留的氧與金屬液發(fā)生反應，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)的真空是由化學反應產(chǎn)生的。
生產(chǎn)中為保證安全性，應嚴格控制充氧量，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，使型腔處于負壓狀態(tài)，可獲得更好的效果。在金屬液充型過程中，應使金屬液以彌散噴射狀態(tài)充型。澆道尺寸的大小也對充氧壓鑄的效果有較大影響，適當?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對鑄件產(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化。充氧壓鑄可用于與氧反應的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、液壓傳動閥體、計算機用托架等對于需熱處理或組焊、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<
