日本素形材雜志每年的第一期都專門介紹上一年的新技術(shù)發(fā)展,稱之為"雜志上的新素形材展覽"。2002年鑄造方面共介紹了22種,其中有2種獲得了政府及有關(guān)部門的獎賞?,F(xiàn)簡介如下:
一.利用鑄鐵特性制成的高音質(zhì)揚聲器
揚聲器的構(gòu)成主要有:擴聲部分、電路和外殼。特別是在外殼方面,為了徹底控制其達(dá)到不振動,利用了下述三種鑄鐵。
◆ 高碳片狀石墨鑄鐵。石墨含量高,且石墨片長的鑄鐵。
◆ 共晶石墨鑄鐵。用連續(xù)鑄造法制造的共晶石墨鑄件,從內(nèi)部到外部都具有細(xì)密組織。
◆ 鑄鐵粉。鑄件拋丸清理的廢棄物。
外殼部分用鑄鐵制成的部件有三項:
1.安裝低音喇叭用的鑄鐵環(huán)。
在喇叭與前板之間裝高碳片狀石墨鑄鐵環(huán),既提高剛性又可減振。
2.鑄鐵制豎振子和鑄鐵制減振桿,在項板
上裝共晶石墨鑄鐵棒形振子,并用減振桿固定前板、側(cè)板和里板。
3.鑄鐵粉夾層板。
將鑄鐵粉制成片狀夾在兩配線板之間。 由于在以上三種構(gòu)造上下了功夫,抑制了外殼的有害共振,低音喇叭振動板忠實按輸入信號動作,從而使低音分辨能力達(dá)到前所未有的水平。
二.大型矩形球鐵隧道結(jié)構(gòu)段
采用矩形斷面的框架,與圓形斷面框架相比,隧道內(nèi)空間可以有效利用,掘土量也可以減少。但比圓形結(jié)構(gòu)段的彎矩大,因而要求有高的強度,也會有由于形狀復(fù)雜而致費用高的問題。為了解決這個問題,日本京都地鐵東西線上首先采用了大型矩形斷面框架結(jié)構(gòu)段。隧道由無中柱的連接部分(57米)和有中柱的一般部分(703米)構(gòu)成。一般部分采用球鐵鑄造的結(jié)構(gòu)段。有中柱的矩形斷面結(jié)構(gòu)段,中柱與框架外圍接連部有很大的彎矩。據(jù)此斷面力來決定整體的斷面是不經(jīng)濟(jì)的。
因此僅在中柱的結(jié)合部用抗彎曲強度高的波形斷面,其他部位用經(jīng)濟(jì)的四柱梁斷面。經(jīng)過實物的環(huán)形載荷試驗,彎矩、軸向力及變形分布等實測值與分析值基本相近,證明構(gòu)造是安全的。
三.耐磨的高合金麻口細(xì)晶粒鑄鐵軋輥
帶材熱軋機用的工作輥,前段到中段臺架都可用耐磨性好的低合金鋼軋輥。但后段臺架用低合金鋼軋輥就有可能發(fā)生事故的問題。現(xiàn)在也使用耐事故性好的高合金麻口細(xì)晶粒鑄鐵軋輥。為保持其耐事故性同時進(jìn)一步提高其耐磨性和保持表面質(zhì)量的能力,開發(fā)了新型的高合金麻口細(xì)晶粒鑄鐵軋輥。新型軋輥的金相組織(面積比)是:30-40%的滲碳體,2-5%的石墨,其余為硬度HV480-520的基體。
新型軋輥中加入了原先高合金麻口細(xì)晶粒軋輥中沒有、而低合金鋼軋輥中含有的合金,并調(diào)整了化學(xué)成分。
低合金鋼中的合金,能和碳結(jié)合結(jié)晶出高硬度的MC型碳化物。另一部分固溶于基體中,強化基體?;w的硬度由原來的HV512提高到新開發(fā)的HV568,提高了11%。
為提高耐磨性而添加的低合金鋼中含有的合金,是白口形成元素,因而會阻礙石墨結(jié)晶析出,而石墨又是保持其耐事故所必需的,因此對成分進(jìn)行了調(diào)整。
新開發(fā)的軋輥(軋鋼2000噸)與過去的軋輥(軋鋼1250噸)軋鋼后,對表面進(jìn)行了檢查,確認(rèn)新開發(fā)軋輥的磨損比過去的軋輥要少。而且過去的軋輥表面粗造度為11.9μm,新產(chǎn)品為Rmax6.9μm,表面質(zhì)量也有了改善。耐磨性用每磨損1mm的軋輥量來評價,新軋輥是過去軋輥的130‰。
四.可焊接、可熱處理的薄壁壓鑄摩托車架
摩托車的車架此前多是用板材、擠壓的型材或者鍛材制成的部件和重力鑄造的鑄件焊接組裝構(gòu)成的。但是,用板材和型材作出自由曲面受到一定的制約,重力鑄造在大型化和薄壁化方面也受到限制。從車架設(shè)計方面說來,最好能作出理想的自由曲面,在強度上必要的部分厚一些,不必要的部分盡可能薄些,達(dá)到輕量、高剛性構(gòu)造。因此,研究開發(fā)了薄壁大件也可成形,通過熱處理可獲得充分的強度和伸長率,而且可焊接組合的壓鑄件生產(chǎn)技術(shù),并應(yīng)用于摩托車車架。
壓鑄是通過柱塞和缸體將鋁液高速注入壓型,能復(fù)制精度好的薄壁鑄件而且成形效率高的鑄造技術(shù)。不像板材、型材那樣鑄造后需要壓伸、擠壓等二次加工,壓鑄可以直接成形,從而可降低成本,能耗,對環(huán)境影響小。但是,一般壓鑄時,烙液中易于卷入空氣和氧化物,制品中含氣量高、缺陷多,進(jìn)行T6熱處理和焊接有困難。而且,薄壁部分凝固快,大型薄壁化時在填充性上也受到制約。針對上述問題采用了以下措施。
1.壓型密封和真空排氣,壓型內(nèi)達(dá)到5Kpa程度的高真空時進(jìn)行鑄造,以抑制高速澆鑄時卷入空氣。
2.控制壓型溫度,薄壁時提高鋁液流動性,可成形大件。
3.根據(jù)鑄件的形狀和壁厚,精確控制澆注速度,減少紊流。
4.鋁溶液凈化處理,減少活塞一缸體間的潤滑劑,以極力控制產(chǎn)品中混入不純物質(zhì)。
5.用計算機對流動、凝固進(jìn)行模擬分析以取得最佳的壓型設(shè)計方案。
采用以上措施后,壓鑄件的含氣量在3ml/100g以下,與重力鑄造的鑄件相當(dāng),可進(jìn)行T6熱處理和焊接。一般鑄件壁厚以2.5mm左右為界限,現(xiàn)在壁厚1.5mm的也可成形,最大尺寸可到1.5m。
五.與透平罩殼成一體的排氣岐管。
在世界規(guī)模的競爭中,汽車零部件降低造價是重要的議題。在鑄造方面,重要任務(wù)之一就是從設(shè)計自由度著手,發(fā)展一體化、中空化,以達(dá)到輕量化,降低造價的目的。
將汽車發(fā)動機的透平罩殼和排氣岐管一體化,從而省掉兩者相連結(jié)的法蘭等零部件,使重量減輕20%,造價降低30%。
透平罩殼鑄件要求有耐高溫氧化性和耐生長性,而排氣岐管則主要是熱疲勞的壽命問題。要解決這二個方面的要求。
在鑄鐵表面形成富硅層,可以提高耐高溫氧化性,經(jīng)試驗加4%的硅即可達(dá)到此目的。而硅量在3.8%以上時,也可滿足耐生長性的要求。
熱疲勞壽命受制品形狀和使用環(huán)境影響很大。大體上說,硅量在3.5-5%時(特別是最高時)在各種條件下均可達(dá)到提高熱疲勞壽命。
球鐵含硅在4%以上時,有過共晶的傾向,應(yīng)注意鐵水的流動性和產(chǎn)生石墨漂浮的問題。對此,碳當(dāng)量(C+1/3Si)宜在5%以下。
因此,硅量在4-5%,碳量在3-5%以下時,可滿足兩方面的要求,而達(dá)到透平頂罩殼與排氣岐管整體鑄造的目的。
六.纖維增強的發(fā)動機缸體
汽車的發(fā)動機要向輕量化、緊湊化、高性能化方向發(fā)展。
輕量化主要是發(fā)動機中最重的缸體使用鋁合金,緊湊化主要是縮短缸體的各缸孔間的尺寸,以達(dá)到使缸體全長縮短。高出力是同樣的缸體使缸徑擴大從而增大排氣量,這與簡潔化是兼容的。高性能化是使缸體整體鋁合金化,使缸孔的熱傳導(dǎo)好、變形小,從而提高發(fā)動機效率,節(jié)約能源。
原來的缸體多用鋁合金壓鑄,鑲鑄鑄鐵缸套,不能滿足上述要求。因而開發(fā)了整體鋁合金發(fā)動機缸體,缸孔部分用纖維增強金屬。
缸孔部分用陶瓷纖維預(yù)制品,其間隙中浸入鋁合金液體,置換空氣而形成。預(yù)制品在壓型中定位,與過去用的鑄鐵襯套同樣。將預(yù)制品進(jìn)行預(yù)熱,固定在支撐物上,支撐物在壓型中定位。
另外,為使預(yù)制品的纖維間隙易于浸入鋁液,采用層流壓鑄法。為防止鋁液溫度降低,向壓射室涂敷粉狀潤滑劑,壓型上涂敷粉狀離型劑。鑄造后可將支撐物回收反復(fù)使用。
七.降低制動噪聲的高衰減制動鼓材料
近來對汽車制動噪聲的要求愈來愈嚴(yán),在開發(fā)高性能制動材料時,在要求改善其可信賴性和耐久性的同時,也要提高其衰減性能。首先在其化學(xué)成分的選定上要使其在衰減性、強度、耐熱裂等方面都有優(yōu)良性能。
材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能
|
主要化學(xué)成分(%) |
抗拉強度Mpa |
硬度HB |
新開發(fā)材料 |
3.7C·2.05Si·Mn·Ca·Cu·Ni·Mo |
313 |
207 |
原用材料 |
3.2C·2.3Si·0.75Mn |
261 |
212 |
選定的化學(xué)成分如上表所示。C當(dāng)量高,強度降低,因而添加少量Mn,Cr,Cu等元素補償。另外考慮了耐熱裂性和耐熱性,而加了Mo及Ni。
在控制片狀石墨鑄鐵的組織方面,石墨形狀為細(xì)長的A型石墨,石墨大小均一而且多。在基體組織上為全珠光體,或者是珠光體和少量馬氏體(M)或具氏體的混合組織。
這項材料的衰減率的測定結(jié)果表明,測定值是Fe250的三倍以上,從而降低了制動的噪聲,在耐裂性方面,裂紋深度改善了40%左右,長度改善了15%左右。并成功地用于工業(yè)用車的制動鼓的批量生產(chǎn)。
八.高強度、高延性的球墨鑄鐵
控制球鐵的基體組織,可改變其強度和伸長率,但要使兩者同時滿足要求則比較難。FCD700、800級高強度材料,延伸僅為2-4%?;w為貝氏體的FCAD900,是兩方面都具備的材料,但切削加工困難,難以推廣。如果有了強度和伸長率高、又可快速切削的球鐵,就可代替鍛鋼,使現(xiàn)在的產(chǎn)品輕量化,又可降低成本。過去也曾借助熱處理得到二相組織的球鐵,但有成本方面的問題。
此處介紹的新材料是用現(xiàn)有生產(chǎn)線生產(chǎn),不經(jīng)過熱處理,或用成本低的熱處理制得的球鐵(高級球鐵)。以FCD450的化學(xué)成分為基礎(chǔ),僅添加Ni即可達(dá)到高強度,高伸長率。
新開發(fā)的合金與過去用的合金的力學(xué)性能比較
材質(zhì)名 |
抗拉強度MPa |
屈服強度MPa |
伸長率 |
硬度 |
開發(fā)合金(D80AS) |
750-820 |
510-560 |
7-12 |
229-277 |
FCD450A |
470-530 |
300-340 |
12-20 |
140-212 |
FCD800A |
800 |
480 |
2 |
201-331 |
FCAD900 |
900 |
600 |
8 |
277-311 |
鑄鐵中加入少量的Ni可改善其對壁厚的敏感性,Ni是促進(jìn)鐵素體的元素,約在5%(質(zhì)量比)以上,即出現(xiàn)馬氏體。再增加Mn含量則析出貝氏體。Ni含量調(diào)到3%、鑄態(tài)下球狀石墨周圍殘存有鐵素體,在其周圍為珠光體。此時,特別是距石墨遠(yuǎn)的部分,組織變成細(xì)微的珠光體,而提高了強度,鐵素體的存在可以確保適當(dāng)?shù)难有?,而成為高強度、高延性,也就是由于Ni的鐵素體的促進(jìn)作用,Mn則促進(jìn)粒界偏析而生成細(xì)微的珠光體,從而使基體復(fù)合化,是此項合金的特點。
由于冷卻條件是鑄態(tài)的,壁厚受到限制,抗拉強度800Mpa、伸長率10%時,冷卻速度約在0.1-1.0℃/sec范圍,也就是壁厚在7mm-90mm左右,很多汽車、電力機械的部件都可包括在內(nèi)。
九.球狀碳化物合金材料
——具有高韌性、高耐磨性的金屬材料
建筑、電力、煉鐵、水泥等行業(yè)使用的機械和裝置,為了提高其耐久性多使用耐磨材料。此類耐磨材料的硬度愈高,耐磨性就愈好,過去多用白口鐵和高鉻鑄鐵,金屬基體中有Fe—C系和Cr—C系高硬度碳化物析出。但是,提高耐磨性的碳化物非常硬,因而有其脆的負(fù)面特性。在金屬基析出的碳化物也表現(xiàn)為網(wǎng)狀和片狀,這種材料其本質(zhì)都是脆性材料,有沖擊性能差的缺點。因而要開發(fā)耐磨性和韌性兼?zhèn)涞男虏牧稀?
鑄造工程中,對Fe—C—V系列或Fe—C—V—Si系的合金組成,適當(dāng)加以控制,金屬的基體中析出球狀細(xì)小的(3—8μm)含V碳化物,可大幅度改善以前金屬基體中所見到的碳化物。改善了由于片狀和網(wǎng)狀碳化物引起的應(yīng)力集中所產(chǎn)生的脆性。此外,含V碳化物(VC)的硬度也比原來碳化物高(威氏顯微硬度計硬度約為2700),耐磨性也更好。
這種金屬基體可按要求而制出。其耐磨性可以和鑄態(tài)馬氏體基體的高鉻鑄鐵相當(dāng),而韌性可以高于高鉻鑄鐵。基體組織以貝氏體為主時,鑄態(tài)的沖擊韌度可達(dá)到20J/CM2以上。
十.建筑結(jié)構(gòu)用高強度高韌性鑄鋼材料
建筑結(jié)構(gòu)的柱、梁結(jié)合部位,通常用焊接結(jié)構(gòu)。為了減少焊接工時,縮短工期,提高機能和設(shè)計水平,接口部位多采用鑄鋼件。近來,對這種鑄鋼接口部件的性能和輕量化要求日益嚴(yán)格,特別是阪神地震后,不僅要求強度,也要求有好的韌性。因而研究開發(fā)了韌性強度都好的鑄鋼材料。
要兼有高強度和高韌性,對材質(zhì)的化學(xué)成分,熱處理條件都必須重新進(jìn)行研討。如表1所示,建筑件用鋼的力學(xué)性能與JIS焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件標(biāo)準(zhǔn)制定值相比,不僅0.2%屈服強度和抗拉伸強度高,0℃下的夏氏沖擊值也是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的三倍以上。這可能是從建筑結(jié)構(gòu)的安全性著眼的。
為了保證表1中的要求性能,選定的化學(xué)成分見表2。鑄件應(yīng)經(jīng)切割、淬火和回火。淬火時的冷卻速度應(yīng)不低于90℃/min。回火后取樣測定力學(xué)性能。
此材料已用于超大結(jié)構(gòu)的柱梁結(jié)合部鑄鋼件,重6.9噸的中空結(jié)構(gòu),基本壁厚為100mm。要使冷卻速度為90℃/min,必須水淬。
表1 SCW620材料的力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)值和建筑用部件的要求值。
表1 SCW620材料的力學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)值和建筑用部件的要求值。
材料 |
0.2%屈服強度(Mpa) |
抗拉強度(Mpa) |
伸長率(%) |
夏氏沖擊值(0℃)(J) |
JISG5102標(biāo)準(zhǔn) |
≧430 |
≧620 |
≧17 |
≧27 |
要求 |
≧441 |
≧637 |
≧17 |
≧47(min) ≧94(Ave) |
表2 試驗材料的化學(xué)成分范圍(質(zhì)量%)
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ni |
Ca |
Mo |
V |
碳當(dāng)量 |
PCM |
0.4-0.16 |
0.25-0.5 |
0.8-1.25 |
0.005-0.006 |
0.004-0.006 |
1-2.1 |
0.1-0.4 |
0.15-0.25 |
0.09-0.11 |
≦0.50 |
≦0.30 |
十一.兼有耐磨性和耐腐蝕性的不銹鋼球狀碳化物材料
“延長壽命”是鑄造等毛坯行業(yè)永遠(yuǎn)的課題。本公司以提高耐磨性、耐熱性和耐蝕性為目標(biāo),成功地開發(fā)了一種新材料,在韌性和耐蝕性良好的不銹鋼的基礎(chǔ)上,加入了分散的含釩的碳化物。此種材料與其他加入粒子的復(fù)合材料不同,是和京都大學(xué)、京都的研究所共同研究的。釩元素與氣體的親和力強,經(jīng)特殊的高速高溫熔化,析出碳化物,分子間或晶界有高的結(jié)合力,從而提高了耐久性。不銹鋼的耐蝕性好,但材質(zhì)軟,耐磨性低是其弱點。新材料以18—8不銹鋼為基礎(chǔ),添加了多量的C和V,經(jīng)過特殊的熔化處理,使含釩的碳化物球狀化并均勻分布。不銹鋼基體比較軟,且有容讓性。其中有維氏硬度高達(dá)1800-3000,粒度3-10μm的細(xì)陶瓷粒子存在?;瘜W(xué)成分為3.0%C,8.0%Ni,18.0%C2,10%V。其力學(xué)性能比較如下
材料 |
SUS304 |
球狀碳化物材料 |
高Cr鑄鐵 |
抗拉強度(MPa) |
≧520 |
650-750 |
≧490 |
伸長率(%) |
≧40 |
05 |
— |
硬度 |
Hs |
≧30 |
42-47 |
≧60 |
HRe |
≧10 |
30-35 |
≧45 |
HB |
≧187 |
280-320 |
≧421 |
此兩項材料用于兼有耐磨和耐蝕兩種特性的泵類部件,特別是在條件苛刻的礦石泥漿,酸液泥漿、污泥泥漿等使用的泵的葉輪更為有效。
|
礦石+濃硫酸 |
污泥泥漿 |
過去的產(chǎn)品 |
45日 |
1個月 |
新開發(fā)產(chǎn)品 |
100日 |
60個月 |
還可用于特殊氣體壓縮機的缸筒,如鹽、溴等氣體,城市用天然氣等也可應(yīng)用。(現(xiàn)在用不銹鋼經(jīng)過電鍍氮化等表面處理的)
十二.半固態(tài)成形鋁合金的制造技術(shù)
傳統(tǒng)的鋁合金鑄件,力學(xué)性能和耐壓性方面的可靠性差。所以,一種高質(zhì)量的成形方法——半固態(tài)成形法引人注目。這種方法的要點是將液體金屬、固體金屬與混合狀態(tài)下(半熔融)制造鑄件??墒硅T件內(nèi)部缺陷大幅度減少,從而提高耐壓性和力學(xué)性能。這種方法要用經(jīng)電磁攪拌等特殊方法制成的坯料。日前,日本制造廠所用的坯料是從國外進(jìn)口的,在生產(chǎn)成本、穩(wěn)定供應(yīng)和余料的回收利用等方面都存在問題。
自行研究開發(fā)的坯料的制造技術(shù),以加工應(yīng)變導(dǎo)入法為基礎(chǔ),經(jīng)多項研究試驗加以改進(jìn),確立在半熔融加熱條件下使初生成為100um左右的均勻球狀體的制造技術(shù)。其要點為:
1.為抑制制坯料中的初生?相的成長,控制凝固速度并確定化學(xué)成分。
2.加工應(yīng)變時控制導(dǎo)入的速度和溫度。
3.加工應(yīng)變的均衡導(dǎo)入技術(shù)。
用這種方法制造出來的半固態(tài)成形用坯料,半熔融溫度加熱處理后微觀組織均一。
用幾種坯料制成的輪轂,與原來的產(chǎn)品比較,在頂端與薄壁部位都有均一細(xì)微的微觀組織。機械性質(zhì)優(yōu)良,完全達(dá)到了旋轉(zhuǎn)彎曲試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
十三.應(yīng)用稀土元素制造薄壁,高強度鑄鐵件技術(shù)
柴油機缸體,缸蓋的材質(zhì),一般為相當(dāng)于FC250的片狀石墨鑄鐵。近年來,由于需求高強度有采用蠕蟲狀石墨鑄鐵的傾向。但在生產(chǎn)效率和成本方面,用片狀石墨鑄鐵是有利的,因而研究了片狀石墨鑄鐵高強度化的可能性。
為提高鑄鐵的強度,復(fù)合添加Cr、Mo、Cu是有效的,但也有增大白口傾向的問題。如同時還要使鑄件薄壁化,會更加助長白口傾向。為防止白口傾向,在鐵水中加入硫(S)和稀土(RE)是有效的。稀土硫化物是石墨結(jié)晶的基礎(chǔ),對石墨化有強有力的作用。
以缸蓋為例,表1中列出了不同化學(xué)成分和孕育劑時的白口深度和抗拉伸強度。
表1. 化學(xué)成分和孕育劑
|
成分條件 |
孕育劑 |
(目標(biāo))化學(xué)成分 |
CE值 |
C |
Si |
Mn |
S |
Cr |
Mo |
Cu |
Ce |
條件1 |
低合金系 |
石墨系 |
4.08 |
3.38 |
2.10 |
0.70 |
0.030 |
0.10 |
— |
0.25 |
— |
條件2 |
高合金系 |
石墨系 |
4.08 |
3.38 |
2.10 |
0.70 |
0.030 |
0.40 |
0.30 |
0.60 |
— |
條件3 |
高合金系 |
RE+S |
4.08 |
3.38 |
2.10 |
0.70 |
0.050 |
0.40 |
0.30 |
0.60 |
0.025 |
條件4 |
高合金系+低CE |
RE+S |
3.97 |
3.30 |
2.00 |
0.70 |
0.050 |
0.40 |
0.30 |
0.60 |
0.025 |
注:稀土合金Fe—35%RE—33%Si Re的成分為:50%Ce—30%La—10%Nd
條件1是一般的Fc250低合金鑄鐵,條件2-4是復(fù)合添加了Cr、Mo、Cu的高合金鑄鐵。測定結(jié)果見圖1和圖2。使用石墨系孕育劑的條件1和條件2,孕育處理有減少白口深度的效果,高合金鑄鐵白口深度大,而且缸蓋表面也見到了白口。孕育條件改為“RE+S”(條件3)后,白口深度減少,鑄件表面也見不到白口。而且抗拉強度也超過了300Mpa。降低碳當(dāng)量(CE)的條件4,白口試片上的白口深度略有增大,但在鑄件上未見到白口,抗拉強度達(dá)370Mpa。
圖1合金添加量及孕育劑對白口深度的影響 圖2合金添加量及孕育劑對抗拉強度的影響
十四.由游離鎂量控制球化率
鐵水中的鎂,大體上可認(rèn)為有游離鎂的和夾雜鎂兩種狀態(tài)。在生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的現(xiàn)場,要明了是什么形態(tài)的,或者控制兩種形態(tài)是非常重要的。要明了是什么狀態(tài)的鎂對球化率有什么關(guān)系,在現(xiàn)場如何應(yīng)用是此項研究的目的??傛V量(T·Mg)在六個階段用不同的白口鐵試樣作形態(tài)分析。
總鎂量(T·Mg)=ICP分析
夾雜物鎂量(I·Mg)=電解抽出作ICP分析
游離鎂量(F·Mg)=T·Mg—I·Mg
表1 白口鐵試料的化學(xué)成分(質(zhì)量%)
試 樣 |
發(fā)光分光分析 |
ICP分析 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
T·Mg |
I·Mg |
F·Mg |
1 |
3.43 |
2.26 |
0.11 |
0.034 |
0.015 |
0.0114 |
0.0076 |
0.0038 |
2 |
3.54 |
2.31 |
0.20 |
0.039 |
0.012 |
0.0185 |
0.0065 |
0.0120 |
3 |
3.45 |
2.56 |
0.21 |
0.037 |
0.014 |
0.0316 |
0.0075 |
0.0241 |
4 |
3.42 |
2.66 |
0.21 |
0.038 |
0.013 |
0.0368 |
0.0059 |
0.0359 |
5 |
3.49 |
2.41 |
0.16 |
0.031 |
0.014 |
0.0500 |
0.0075 |
0.0425 |
(5:原鐵水) |
3.52 |
1.43 |
0.14 |
0.031 |
0.019 |
0.0000 |
0.0000 |
0.0000 |
6 |
3.52 |
2.93 |
0.12 |
0.039 |
0.012 |
0.0549 |
0.0082 |
0.0467 |
表1表明:F·Mg量和T·Mg的增減是相關(guān)的,而I·Mg量大體上是一定的,并不隨T·Mg量改變。
用PDA發(fā)光分析儀器,對氧和硫等有較強親和力的元素容易得知其形態(tài),和想象的F·Mg與發(fā)光強度有好的關(guān)聯(lián)。能作高精度分析。F·Mg量與石墨球化率的關(guān)系,與抗拉強度的關(guān)系見圖1和圖2。
圖1 F·Mg量與石墨球化率的關(guān)系 圖2 F·Mg量與鑄鐵抗拉強度的關(guān)系
十五.可焊接的大型薄壁壓鑄件的制造技術(shù)
用壓鑄法熔融金屬必須在凝固前短時間內(nèi)充滿型腔,因而在射壓成型時會卷入了大量的空氣,從而有礙于力學(xué)性能、熱處理性和焊接性。汽車工廠,為使車體輕量化,今后將大量需求可焊的鋁合金壓鑄技術(shù)。為此,以汽車底盤中最難作的B支柱為試驗品,對高真空壓鑄法進(jìn)行了研究。產(chǎn)品的平均厚度1.5mm,合金材料為自行開發(fā)的AL-Si合金,取得的成果如下:
1.薄壁成型性:在設(shè)定的真空壓力下,制品的外觀見不到鑄造缺陷,有良好的薄壁成形性。但在型腔壓力低時,有部分未充滿。
2.強度特性:經(jīng)T6及其他固溶處理時,不發(fā)生起泡現(xiàn)象,由于熱處理,可使強度特性提高。破壞試驗顯示:即使有大的變形,也不產(chǎn)生裂紋。
3.焊接性:經(jīng)氣體保護(hù)焊試驗后,焊接效果與5052材料相同,無氣孔,斷面良好。經(jīng)YAG激光焊接,也與5052材料有大體相同的結(jié)果。
4.鉚接:試驗用鉚釘是自行穿通的。用經(jīng)T6處理的材料鉚結(jié)時,未發(fā)生裂紋。對材料特性調(diào)正后,可用于自行穿通的鉚釘。
十六.改善發(fā)動機性能,提高進(jìn)氣部件內(nèi)表面精度的技術(shù)
缸蓋和進(jìn)氣管道等是發(fā)動機的重要部件,進(jìn)氣通路對氣流的阻力減少,就可以提高發(fā)動機性能。這些通路一般都是用砂芯形成的,其表面粗糙度有一定的界限。此項工作的目的是:開發(fā)一種能改善鋁鑄件內(nèi)表面粗糙度而且沒有偏差的簡易方法。
采用的方法是將研磨材料裝入工件內(nèi)部,整體搖動工件,使內(nèi)部表面的凹凸平滑。搖動的振動頻率及搖擺幅度可以調(diào)整。用四種不同的研磨材料,以不同振動頻率,不同的搖擺幅度和處理時間進(jìn)行試驗,結(jié)果表明鋼球是最合適的研磨材料(見表)。
用進(jìn)氣岐管試驗結(jié)果:處理前的表面粗糙度Ra7.1-18.0μm處理后達(dá)到0.9-3.6μm,外觀顯著平滑。
表:用各種研磨材料處理結(jié)果比較
研磨材料 |
表面粗糙度 |
|
SUS拋丸球 |
6.2um |
振動頻率 5-20Hz 處理時間 5-120min |
硅砂 |
9.5um |
研磨砂 |
7.0um |
銅球 |
2.0um |
未處理 |
13.0um |
十七.新型雙面壓實造型法
采用雙壓實造型法,可提高分型面及型箱附近的鑄型強度,實現(xiàn)鑄型強度均一化。另外,由于有同步脫模機構(gòu)可以提高脫模性能,制成無飛邊且加工量很小的的鑄件。由于附加有可變分型機構(gòu),可擴大造型機的使用范圍并使造型生產(chǎn)線緊湊。為了適應(yīng)一些難以緊實型砂的模樣和個別模樣的深部,開發(fā)了組合式多觸頭壓頭的新型雙面壓實造型法。
由于壓頭是由多觸頭組,可對吊砂部位或模樣間的鑄型強度實施控制,但對特殊形狀的模樣,其局部的鑄型強度就難以控制了。為此,使組合式的觸頭可以個別控制。對需要提高鑄型強度部位,壓頭組合成凸起形狀,以提高目標(biāo)部位的強度。(見圖1)。此前的雙壓實法,A尺寸的高度變化的反應(yīng)差,不能確保鑄型的強度,(見圖2)。此前的雙壓實法是從鑄型的背面壓實和從模樣面壓實。從鑄型背面壓實,用組合式多觸頭壓頭,事先設(shè)定凸形狀進(jìn)行壓實。新開發(fā)的雙面壓實造型法,鑄型背面的壓實用組合式多觸頭壓頭,先以平面狀態(tài)進(jìn)行壓實,然后再對目標(biāo)部分用多觸頭組合成凸起狀態(tài)進(jìn)行壓實。這樣雙面壓實,如圖2的先行壓實法那樣,組合壓頭的凸起部位的高度即使小些也可確保鑄型強度,并可控制局部的鑄型強度。
采用先行壓實的新雙面實造型法,由于可控制局部鑄型強度,使鑄型強度均一??煞乐褂捎阼T型強度不均一而引起的漏箱和充填性不好而引起的鑄件表面缺陷。從而提高了濕型鑄件的尺寸精度和外觀精度。
圖1 壓實狀態(tài)和鑄型強度測定部位 圖2 組合壓頭凸起高度和鑄型強度關(guān)系
十八.提高表面穩(wěn)定性的濕型砂潤滑劑
為了得到穩(wěn)定的鑄型表面,過去常在濕型砂加入各種添加劑,但都有使 水分高的傾向。由于添加劑的高水分化,造型后由于鑄型表面干燥而產(chǎn)生砂眼,小裂紋等缺陷。為了提高鑄型穩(wěn)定性,降低濕型砂中水分為目的而研究開發(fā)了新的添加劑。并進(jìn)行了混砂試驗和沖擊試驗。
試驗用的濕型砂的配比:澳大利亞砂100,混合膨潤土8,2淀粉1.在此基礎(chǔ)上分別添加濕潤劑(甲基纖維素和聚丙烯酸鈉)0.002、0.005、0.008,對其可緊實型,水分及 (表面安定度)進(jìn)行了測定(見圖1)無論可緊實型為何值,水分都低于基準(zhǔn)砂,表面安定度上升了5-7%。極微量的添加劑使砂的特性有顯著提高。
濕型砂GSM沖擊試驗結(jié)果如圖2,由于添加了濕潤劑在破壞率50%時錘重量大,耐沖擊性比基準(zhǔn)砂高。