擠壓鑄造鋁合金鑄件內(nèi)部溫度測量及組織特征李彥達1韓志強1黃曉然1萬里2柳百成13（1.清華大學(xué)機械工程系，先進成形制造教育部重點實驗室；。華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室；3.清華大學(xué)汽車工程系，汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室）一種擠壓鑄造過程直接測量鑄件內(nèi)部溫度的方法，該方法能夠?qū)χ苯訑D壓鑄造過程中鑄件內(nèi)部的溫度變化進行連續(xù)多模次測量。采用該方法，對A356鋁合金擠壓鑄造過程中鑄件內(nèi)部溫度變化進行了測量，獲得了不同擠壓壓力下階梯試件不同部位的冷卻曲線。采用光學(xué)顯微鏡對測溫部位附近的凝固組織進行了觀察，并測量了晶粒尺寸。通過將凝固組織與冷卻曲線對照分析，研究了壓力對凝固組織的影響。
擠壓鑄造是一種先進的近凈成形工藝，其主要特點是對澆入型腔內(nèi)的液態(tài)金屬施以較高的機械壓力，使其在壓力下凝固成形，獲得內(nèi)部致密、可進行熱處理的鑄件，以緊配合固定熱電偶，在加壓凝固后熱電偶即固化于鑄件中，又緊固在模具上，從而造成鑄件脫模困難，容易損傷模具，不利于連續(xù)進行多模次的測溫。為此，本課題開發(fā)了一種直接測量擠壓鑄造過程鑄件內(nèi)部溫度的方法，該方法能夠?qū)χ苯訑D壓鑄造過程中鑄件內(nèi)部的溫度變化進行連續(xù)多模次測量。本課題應(yīng)用該方法對A356鋁合金擠壓鑄造過程中試件內(nèi)部溫度變化進行了測量，并采用光學(xué)顯微鏡對測溫部位附近的凝固組織進行了觀察和晶粒尺寸測量。通過將凝固組織與冷卻曲線對照分析，研究了壓力對凝固組織的影響。
鋁合金擠壓鑄造測溫試驗1.1直接擠壓鑄造測溫模具擠壓鑄造過程中，液態(tài)金屬在幾十甚至上百MPa基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（0875143）；科技部國際科技合作計劃資助項目（2010DFA72760）；華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室開放基金資助項目（9-11）第一：李彥達，男，1987年出生，碩士研究生，清華大學(xué)機械工程系，先進成形制造教育部重點實驗室，北京（100084），，E―mail：liydl987163.com通訊作者：韓志強，男，1968年出生，副教授，清華大學(xué)機械工程系，先進成形制造教育部重點實驗室，北京（100084），電話：010―62794482，E-mail：寸擠壓鑄造鋁合金鑄件內(nèi)部溫度測量及組織特征李彥達的壓力下進行凝固。對擠壓鑄件內(nèi)部進行溫度測量的難點在于，一方面，熱電偶與模具之間的間隙不能太大，以保證加壓凝固過程中金屬液不會泄露，另一方面，在鑄件凝固后，熱電偶固結(jié)在鑄件中，當(dāng)頂出鑄件時，熱電偶必須能夠跟隨鑄件一起脫模。為了解決這一難題，本研究通過活動的凸臺連接模具和熱電偶，熱電偶與凸臺之間是緊配合，用以防止加壓過程中金屬液泄露，而凸臺與模具利用帶有斜面的間隙配合，用以保證鑄件凝固后，熱電偶隨鑄件一起頂出。該模具的設(shè)計使得擠壓鑄造測溫試驗?zāi)軌虬踩�(wěn)定，連續(xù)多模次地進行。開發(fā)的直接擠壓鑄造測溫模具結(jié)構(gòu)見。
6.頂桿7.熱電偶8.數(shù)據(jù)采集裝置當(dāng)需要對擠壓鑄件內(nèi)部溫度進行測量時，將熱電偶從凸臺的通孔穿出并調(diào)整熱電偶的高度，通過熱電偶測量鑄件冷卻過程內(nèi)部的溫度變化。由于熱電偶固定凸臺的存在，在鑄件凝固后，鑄件以及凝固其中的熱電偶可以一起被頂桿頂出，與模具順利分離，在頂出過程熱電偶不會損傷模具，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)多模次的測溫。當(dāng)無需測溫時，可使用不帶通孔的凸臺，進行正常的擠壓鑄造即可。
1.2試驗材料和方法試驗材料為A356鋁合金，具體成分見表1.該合表1A356鋁合金的化學(xué)成分余量金屬于Al-Si-Mg系鋁合金，具有良好的鑄造性能和抗腐蝕能力、熱處理后的比強度高等優(yōu)點。
擠壓鑄件的幾何尺寸和熱電偶測溫位置見。
擠壓鑄造試件幾何尺寸及熱電偶測溫位置試驗步驟如下：①將鋸好的鋁錠烘干后放在石墨坩堝內(nèi)進行熔煉，加熱、熔化、升溫至740°C，然后除氣、靜置，等待澆注，在鋁錠熔煉的同時用電加熱器將模具加熱至220C；②模具噴涂料，保證脫模順利，試驗中采用水基石墨涂料；③模具安裝熱電偶，以測量試件冷卻過程中內(nèi)部的溫度變化；④在擠壓力為27、82、123 MPa，保壓時間為20s的條件下進行測溫；⑤到達保壓時間后，用頂桿將鑄件頂出，用鉗子將熱電偶絲剪斷，將鑄件取下，隨后進行組織觀察。
試驗結(jié)果2.1鑄件局部的冷卻曲線為不同壓力下鑄件內(nèi)部3個測溫點的冷卻曲線。合金熔體澆注后溫度逐漸降低，當(dāng)熔體過冷至液相線下某一溫度時熔體發(fā)生形核長大，固相率逐漸增加，釋放的潛熱使熔體溫度略微上升或基本保持不變或下降速度變緩。對比同一位置不同壓力下的冷卻曲線可以發(fā)現(xiàn)，壓力的施加大大縮減了鑄件凝固所需的時間，加快了鑄件的冷卻速度。
2.2測量晶粒尺寸將擠壓鑄件在熱電偶頭處切開，見。按照GB/擠壓鑄件切割方法及編號T3246.1―2000標(biāo)準(zhǔn)將試樣磨制、拋光在光學(xué)顯微鏡下觀察，得到的金相照片見。經(jīng)陽極覆膜后在偏振光下觀察，得到的金相照片見，然后采用截距法測量晶粒尺寸，測量結(jié)果見表2.表2不同壓力下試件不同位置的晶粒尺寸壓力/MPa位置晶粒尺寸/大氣壓力（。1）（a）大氣壓力（0.在不同壓力下鑄件的典型微觀組織（a）大氣壓力（0.在不同壓力下P2位置處的微觀組織從可以看出，壓力對初生a -A1形貌的影響，在大氣壓力和41MPa時，初生a-A1為典型的枝晶狀。當(dāng)壓力增大到82MPa時，初生a-A1相為薔薇狀，較為圓整，但比較粗大，當(dāng)壓力增大到123MPa時，組織中已經(jīng)看不到典型的枝晶組織，此時初生a -A1相的邊界比較平滑，為細小的近球狀。
比較不同壓力下鑄件同一位置的晶粒尺寸可以發(fā)現(xiàn)，晶粒尺寸隨著壓力的增大而減小。這一方面是由于壓力的增大提高了熔體液相線溫度，使過冷度增大，另一方面，增大壓力減小了鑄件和模具之間的接觸熱阻，提高了鑄件的冷卻速度。
結(jié)論開發(fā)了一種能夠連續(xù)多模次地直接測量擠壓鑄造過程鑄件內(nèi)部溫度的模具。在該模具上進行直接擠壓鑄造試驗，成功獲得擠壓鑄件和冷卻曲線。
在試驗壓力范圍內(nèi)，增大擠壓壓力使得鑄件中初生a-Al相逐漸圓整，由典型的枝晶組織過渡到薔薇壓力鑄造特種鑄造及有色合金帶預(yù)復(fù)位機構(gòu)的推管和擺塊推件的葉輪壓鑄模李淑玉1田福祥2（1.青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院；2.青島理工大學(xué)機械工程學(xué)院）件變形甚至斷裂，故采用8個擺塊與1個推管的組合推件機構(gòu)。分析了鑄件的工藝性，論述了模具結(jié)構(gòu)和工作過程。
為葉輪示意圖，材料為ZL107，工件由8個葉片組成，尺寸較大，葉片外端面直徑為416mm，輪轂的寬度為84mm，中心孔的抽芯和輪轂的脫模采用推管推出。葉片截面為曲面，其根部與近似球體的輪轂交接處形成側(cè)凹，側(cè)凹處在模具中不易出模，而且葉片與輪轂的接觸面積小，強度較小，需采用擺塊機構(gòu)推件。
狀形貌的組織，最終為細小的近球狀。
在試驗壓力范圍內(nèi)，增大擠壓壓力使得試件的晶粒尺寸逐漸變小。
