Полутвердое металлическое литье

Полутвердое литье металла ( SSM ) представляет собой близкий к чистой форме вариант литья под давлением, . ^[1] Сегодня этот процесс используется с цветными металлами, такими как алюминий, медь, ^[2] и магний, но также может работать с высокотемпературными сплавами, для которых в настоящее время нет подходящих материалов для штампов. Этот процесс сочетает в себе преимущества литья и ковки . Процесс назван в честь свойства жидкости тиксотропии , которое является явлением, позволяющим этому процессу работать. Проще говоря, тиксотропные жидкости текут при сдвиге, но загустевают при стоянии. ^[3] Потенциал этого типа процесса был впервые признан в начале 1970-х годов. ^[3] Существует три различных процесса: тиксолитье , реолитье , тиксоформование . SIMA — это специализированный процесс подготовки алюминиевых сплавов к тиксолитью с использованием горячей и холодной обработки.

SSM выполняется при температуре, которая ставит металл между температурой ликвидуса и солидуса . В идеале металл должен быть твердым на 30–65%. Полутвердая смесь должна иметь низкую вязкость, чтобы ее можно было использовать, и для достижения этой низкой вязкости материалу необходим глобулярный первичный материал, окруженный жидкой фазой. ^[2] Возможный диапазон температур зависит от материала и для алюминиевых сплавов может достигать 50 °C, но для медных сплавов с узким диапазоном плавления может составлять всего несколько десятых градуса. ^[4]

Полутвердое литье обычно используется для высокотехнологичных изделий. Типичные детали из алюминиевых сплавов включают конструкционные медицинские и аэрокосмические детали, детали, работающие под давлением, оборонительные детали, опоры двигателя, жгуты датчиков воздушного коллектора, блоки двигателей и корпуса фильтров масляных насосов. ^[5]

Процессы

Существует несколько различных технологий изготовления полутвердых отливок. Для алюминиевых сплавов наиболее распространенными процессами являются тиксолитье и реотливка .

Наиболее распространенным процессом изготовления магниевых сплавов является формование . ^[6]

тиксокастинг

При тиксолитье используется предварительно отлитая заготовка с недендритной микроструктурой, которую обычно получают путем энергичного перемешивания расплава во время отливки прутка. Индукционный нагрев обычно используется для повторного нагрева заготовок до полутвердого температурного диапазона, а машины для литья под давлением используются для впрыскивания полутвердого материала в штампы из закаленной стали. Тиксокастинг коммерчески осуществляется в Северной Америке, Европе и Азии. Технология Thixocasting позволяет производить компоненты исключительно высокого качества благодаря однородности продукта, которая достигается за счет использования предварительно отлитых заготовок, которые производятся в тех же идеальных условиях непрерывной обработки, которые используются для изготовления поковок или проката. ^[7] Основным недостатком является то, что это дорого из-за необходимости использования специальных заготовок, хотя предприятия с собственными возможностями магнитогидродинамической непрерывной разливки могут перерабатывать 100% собственных доходов. Другие недостатки включают ограниченное количество сплавов, а на предприятиях, где нет собственных возможностей магнитогидродинамического литья, лом не может быть повторно использован напрямую. ^[8]

Реокастинг

В отличие от тиксолитья, при котором заготовка повторно нагревается, при реолитье образуется полутвердая суспензия из расплавленного металла, полученного в типичной печи для литья под давлением. ^[7] Это большое преимущество перед тиксолитьем, поскольку оно приводит к получению менее дорогого сырья в виде типичных сплавов для литья под давлением и позволяет осуществлять прямую переработку. ^[8] Однако реолитье также создает проблемы с контролем процесса, так что после первоначального всплеска активности с помощью реолитья обрабатывается очень мало материала.

Тиксомолдинг

Для магниевых сплавов при тиксоформовании используется машина, аналогичная литью под давлением. В ходе одноэтапного процесса стружка из магниевого сплава комнатной температуры подается в заднюю часть нагретого барабана через объемный питатель. Ствол поддерживается в атмосфере аргона для предотвращения окисления магниевой стружки. Винтовой конвейер , расположенный внутри бочки, подает магниевую стружку вперед, пока она нагревается до полутвердого температурного диапазона. Вращение шнека обеспечивает необходимую силу сдвига для создания шаровидной структуры, необходимой для полутвердой отливки. Как только суспензии накопится достаточно, шнек движется вперед и впрыскивает суспензию в стальную матрицу. ^[9]

Активация расплава, вызванная напряжением (SIMA)

В методе SIMA материал сначала нагревается до температуры СММ. По мере приближения к температуре солидуса зерна рекристаллизуются с образованием мелкозернистой структуры. После прохождения температуры солидуса границы зерен плавятся, образуя микроструктуру SSM. Чтобы этот метод работал, материал должен быть экструдирован или подвергнут холодной прокатке в полутвердом состоянии. Размер этого метода ограничен стержнями диаметром менее 37 мм (1,5 дюйма); из-за этого можно отливать только более мелкие детали. ^[10]

Преимущества

Преимущества полутвердого литья заключаются в следующем: ^[11]

Сложные детали изготавливаются чистой формы
Без пористости
Уменьшенная усадка
Отличные механические характеристики
Герметичность под давлением
Жесткие допуски
Тонкие стены
Термически обрабатываемый (T4/T5/T6)
Хорошее качество поверхности

Для производства деталей с высокой целостностью используется высокое давление консолидации, а температуры, необходимые для литья под давлением полутвердого металла, ниже, чем при обычном литье; в производстве обычно используются обычные инструментальные стали. Отсутствие подходящих материалов для высокотемпературных штампов ограничивает литье металлов с высокой температурой плавления, таких как инструментальная сталь и стеллит , только экспериментальными применениями. Другие преимущества включают простоту автоматизации, стабильность, производительность, равную или превышающую скорость литья под давлением , отсутствие захвата воздуха, низкую степень усадки и однородную микроструктуру. ^[3]

Недостатки

Производственные мощности действительно требуют более высокой степени контроля над условиями процесса, но стандартные машины для литья под давлением очень подходят для производства, хотя и с более высоким конечным давлением впрыска и более низкой скоростью впрыска. Хотя продажа лома тиксолитого литья может быть дорогостоящей, предприятия с возможностью магнито-гидродинамической непрерывной разливки на месте могут полностью перерабатывать все внутренние возвраты материалов. Поскольку тиксотропия (полутвердое состояние) является средним состоянием в физическом или реологическом смысле, этот процесс относительно нечувствителен к температуре окружающей среды, поскольку небольшие потери тепла вызывают лишь незначительные изменения фракции твердого вещества.

См. также

Ссылки

Примечания

^ «Добро пожаловать в MyNADCA!» . сайт diecasting.org . Проверено 20 августа 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б Янг, с. 1.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Лоу, Энтони; Риджуэй, Кейт; Аткинсон, Хелен (сентябрь 1999 г.), «Тиксоформование» , Materials World , 7 (9): 541–543 .
^ Винарчик, Эдвард Дж. (2003), Процессы литья под давлением с высокой надежностью , том. 1, Wiley-IEEE, стр. 91–101, ISBN. 978-0-471-20131-1 .
^ П. Капранос, Proc. 10-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Ахен, Германия и Льеж, Бельгия, 2008 г.
^ С. ЛеБо и Р. Декер, «Микроструктурный дизайн тиксоформованных магниевых сплавов», Proc. 5-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Голден, Колорадо, 1998 г.
^ Jump up to: ^а ^б Стивен П. Мидсон, Полутвердое литье алюминиевых сплавов: обновленная информация, инженер по литью под давлением , сентябрь 2008 г.
^ Jump up to: ^а ^б Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) , Die Casting Engineering : 18–25, заархивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.
^ Стивен П. Мидсон, Роберт К. Килберт, Стивен Э. Ле Бо и Раймонд Декер, «Руководство по производству полутвердых компонентов, полученных методом тиксоформования магния, используемых в строительных конструкциях», Proc. 8-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Лимасол, Кипр, 2004 г.
^ Янг, с. 2.
^ Стивен П. Мидсон, Конференция NADCA по полутвердому и выдавливаемому литью, Роузмонт, Иллинойс, 1996 г.

Библиография

Янг, Кеннет П., Литье полутвердого металла: снижение стоимости деталей из медных сплавов (PDF) , Управление технической помощи Массачусетса, заархивировано из оригинала (PDF) 07 октября 2006 г.

Внешние ссылки

Видео автоматической ковочной ячейки для ССМ

[diecasting-1] «Добро пожаловать в MyNADCA!» . сайт diecasting.org . Проверено 20 августа 2015 г.

[Young1-2] Jump up to: ^а ^б Янг, с. 1.

[azom-3] Jump up to: ^а ^б ^с Лоу, Энтони; Риджуэй, Кейт; Аткинсон, Хелен (сентябрь 1999 г.), «Тиксоформование» , Materials World , 7 (9): 541–543 .

[4] Винарчик, Эдвард Дж. (2003), Процессы литья под давлением с высокой надежностью , том. 1, Wiley-IEEE, стр. 91–101, ISBN. 978-0-471-20131-1 .

[5] П. Капранос, Proc. 10-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Ахен, Германия и Льеж, Бельгия, 2008 г.

[6] С. ЛеБо и Р. Декер, «Микроструктурный дизайн тиксоформованных магниевых сплавов», Proc. 5-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Голден, Колорадо, 1998 г.

[dce-7] Jump up to: ^а ^б Стивен П. Мидсон, Полутвердое литье алюминиевых сплавов: обновленная информация, инженер по литью под давлением , сентябрь 2008 г.

[jorstad-8] Jump up to: ^а ^б Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) , Die Casting Engineering : 18–25, заархивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.

[9] Стивен П. Мидсон, Роберт К. Килберт, Стивен Э. Ле Бо и Раймонд Декер, «Руководство по производству полутвердых компонентов, полученных методом тиксоформования магния, используемых в строительных конструкциях», Proc. 8-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов, Лимасол, Кипр, 2004 г.

[Young2-10] Янг, с. 2.

[11] Стивен П. Мидсон, Конференция NADCA по полутвердому и выдавливаемому литью, Роузмонт, Иллинойс, 1996 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]