工业铝合金的半固态流变铸造A356制动卡钳

文摘

工业铝A356半固态铸造试验制动卡钳进行5天CSIR-RCS和高压压铸过程细胞。连续的视觉传递铸件被用作衡量过程稳定,和试验之间的共同缺陷分类。短填充结果是不稳定的和意想不到的过少的使用造成炉或不完整的钢坯放电枪套的交货地点。冷关上可以显著减少通过调整控制配置文件。包括表面粗糙度和表面光洁度缺陷造成染色润滑剂烧掉。视觉传递铸件显示没有上述外部缺陷。x线检查和压力测试的连续的视觉传递铸件的热处理铸件显示改善5天。这些组织产业化努力为商业化的过程。

1。介绍

由于半固态金属成形的概念是在1970年代初,发现过程的全部潜力尚未实现。最初的大肆宣传的好处附近形成净形状高度集成组件导致广泛的技术方法被提出(1]。到2000年代初,首选的方法是使用thixocasting方法需要重新加热钢坯与半固态状态和所需的球状微观结构形成。基础设施的高成本和材料的实际处理有限的使用过程尽管这种方法制作高质量的组件(一个很好的机会2),特别是在汽车工业等敏感的市场。

为了使半固态金属(SSM)形成一个可行的选择,“泥浆点播”或流变成形过程提供一个更具成本效益的方法,为导弹准备泥浆形成。它提出了2),导弹形成理想的过程是一个细胞与集成的砂浆制造商;砂浆制造商需要高效且能产生所需的微观结构和钢坯的一致性和准确的过程控制。在2000年代初,无数的流变成形系统开发、宇部(NRC-New流变铸造)、本田(流变成形),IDRA (SSR),常按,SOD(浆)的需求,Mercury Marine,和新的流变(布鲁内尔大学)等等3]。尽管流变成形过程提供一个成本优势thixocasting过程,他们没有被行业广泛采用,因为这个过程是更昂贵的比传统的铸造过程。此外,一致性、效率和可重复性的过程需要证明与高度的信心。

南非科学与工业研究理事会已经开发和专利流变成形系统(CSIR-RCS) [4,5在2000年代早期。从那时起,测试执行与不同的合金包括小规模的细胞Al-7Si-Mg [6)和Al-Cu-Mg——(Ag) (7铸造合金;热处理Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si Al-Zn-Mg-Cu锻造合金(8),原文如此_p铝金属基复合材料(9)以及高纯铝(10]。

工业规模半固态金属高压压铸与CSIR-RCS细胞单元核心成立于2008/09。虽然有潜在的行业伙伴的兴趣,不断要求的关键问题是:如何稳定和可重复的过程吗?本文将第一阶段的工作进行演示的工业可行性CSIR-RCS通过铸造A356制动卡钳和工业质量检测铝来回答这些问题。

2。实验

铝生产A356制动卡钳在五个不同的日子里,每一个单一的连续运行,CSIR-RCS和高压压铸铸(HPDC)机器。图1显示了图中的制动卡钳铸造(包括跑步和饼干)和实际premachined组件。铸件的外形尺寸图1(一)宽高327毫米×163毫米×95毫米厚;饼干和浇口直径是78毫米和35 mm,分别。

图2给CSIR-RCS-HPDC单元的布局。组成细胞的主要成分是:240公斤加药炉(WESTOFEN WESTOMAT W25S),一个自动机械手臂(发那科机器人M-16iA)的three-coil版本CSIR-RCS(感应搅拌同时强制空气冷却(4)处理单元和一个630吨- - - HPDC机与全景控制(路DCC630)。细胞的机械硬件操作通过计算机控制软件自动运行(国家仪器虚拟仪器8.6)。

240公斤加药炉融化是由商业铝合金A356锭的指控大约40公斤每一个定制的感应加热钢包炉。金属温度计量炉后平衡的最后费用(额外的Sr)补充道。样本被倒进一个杯子和冷冻的化学分析光学发射光谱学(热Quantris OES)。铝合金A356融化的成分被发现7.14 wt % Si, 0.36 wt %毫克,0.14 wt % Fe, 0.13 wt % Ti,老105 ppm的平衡。

然后计算热力学性质的合金和铝热力学数据库(ProCast 2009.1)从具体方面所构成。表1总结了计算热力学性质,推导出流变成形参数。大约40°C的浇注温度高于液相线(浇注温度敏感性尚未建立)和半固态金属(SSM)加工温度对应于26%的固体部分使用与这个特定的地对地导弹处理单元与系统的经验。

铸造的序列如下:液态金属是把从加药炉倒进一个不锈钢加工杯(约2公斤),然后自动转移到CSIR-RCS单位和进入线圈列车底部。所有三个处理单元线圈是感应而强制空气冷却只是使用(手动激活)顶部线圈控制的导弹温度的热电偶测量中包含的半固态金属杯。

当这个杯子的顶部火车因此被处理后达到有关SSM温度,这是机器人领域转移到- - - HPDC的枪套机、注射枪是触发自动填补死去。模具温度控制的两个油加热器(REGLOPLAS 300 L),每个一半的死,被设定为170°C。

活塞是一套计算机控制注射速度剖面是调整初每天达到最好的填充效果(在第一4铸件),在那天的其余部分保持不变的特殊运行。这些微小的调整注入剖面是维护可重复性。铸造凝固后被罚下场,手动删除。

每个铸件的审判是视觉检查冷关闭,短填充,表面光洁度。可视为由将是满足以下三个条件:没有外部可见冷关闭;组件正确包括溢出和适当的饼干厚度;最后如果表面光洁度是宏观上光滑。

四个视觉通过铸件被随机选择从每一天的审判。这些二十铸件是解决热处理在540°C 1小时和在水中淬火前强调孔隙度独立的x光检查。通过x光检查后被授予的标准组合9个不同位置检查在铸造和被发现适合继续加工部分。

另外两个铸件被随机选中的视觉传递铸件和热处理达到峰值强度在540°C(解决热处理1小时在180°C和人工老化4小时(6)经过充分加工压力泄漏率测试。这些最终加工刹车卡钳组装到一个压力测试系统泄漏率测量在140酒吧和酒吧。

3所示。结果与讨论

铝A356制动卡钳铸造试验成功完成了每天的审判。铸造的击穿试验结果表2。铸件生产每天介于18 - 31之间铸件。25到30之间的目标是生产铸件每天这样比较更有意义。

连续的铸件,通过视觉测试,在任何特定的试验中,被测量的改进和可重复性的过程。表2表明,确实有进步在过去的五天连续试验产生的近三倍铸件比第一次试验通过视觉检查。总视觉传递率的测量重复性是主观的,因为它是与时间无关的铸件。

常见缺陷类被确定为拒绝铸件,如表所示2。短填补缺陷有关不规则钢坯质量交付套筒和冷隔缺陷相关的注射活塞速度剖面。表面光洁度的缺陷与这个特定的死有关润滑剂,应用间歇滑动的核心,蔓延至死腔。铸件的总数,通过视觉评估完成了平衡。

没有真正的趋势明显短填充率结果,表2,在不同的日子;原因是断断续续的。在短时间内充满诸如图3通常与材料太少进入死亡。在当前的电池系统,这可能发生,尽管不区分表2,通过一个意想不到的总值过少的使用质量的定量炉或坯材料留在杯钢坯交付后套。

图4显示与典型的冷关闭加入独立的金属流动方面的不足在填充。冷关闭的速度表2开始在26%在审判和审判D下降到0%,这是通过手动调整注射活塞速度剖面主要用于日常的轻微变化钢坯交在枪套的质量。冷关闭率增加最后一天因为一个速度剖面中的位置值最初向错误的方向调整,加剧了这个缺陷。

表面光洁度缺陷清单增加表面粗糙度由于油化合物和染色的挥发产生的烟尘,如图5。表面光洁度缺陷率表2似乎突然从0%上升的顺序在审判和审判B在后续试验的10%。这种缺陷严重缺陷时没有注意到短填充和冷会持续下去。

视觉传递铸件在表2所有接受一个关键外部检查。所有这些铸件正确填充模腔溢出,并没有明显的外部冷关闭。所有铸件表面并通过检查如果发现光滑明亮的光泽。图6显示了一个铸件,通过视觉检查。

工业质量合格率x射线和压力测试的结果在表3连续视觉通过铸件生产的测量质量underscribes CSIR-RCS-HPDC过程细胞的稳定性和可重复性。其他铸件也假装和压力测试,但熊没有有意义的关系的稳定过程参数的数量后连续的视觉传递铸件。铸件检验不同天的总数,因为x射线和压力测试的样品最初随机选择从总视觉传递铸件,然后再结合连续视觉通过铸造的结果。

x射线测试完成在当地的制造商,目前由另一个铸造过程,使得这个刹车卡钳是建立广泛的自动定位评估内部。通过或失败的问题向制造商提出了决定如果后续加工的铸件能通过好像是自己的铸件,不解释。这种方法之后,以确保更高程度的公正。它从表中的示例通过率是清楚的3随着时间的推移,改进了。

表4给出了夏天的成功实现CSIR-RCS-HPDC过程的细胞在这些工业试验的早期阶段这个流变铸造过程中转商业化的努力。广泛的热处理优化和拉伸性能测试已经解决了这些铝A356刹车卡钳,显示了拉伸性能为261 MPa屈服强度,317 MPa极限抗拉强度和伸长率6.7% (11]。

4所示。结论

工业铝A356半固态铸造试验刹车卡钳上成功地完成了五个不同的天CSIR-RCS-HPDC过程细胞在连续的视觉传递铸件被用作衡量过程稳定,因为时间时间的关系。试验之间的共同缺陷分类。短了,造成不稳定和过少的使用的金属杯或不完全放电在交货地点拍摄套导致不完整的模腔填充。冷关闭金属从流量问题,他们的出现可以显著减少通过调整注射活塞速度剖面在审判的开始。表面光洁度缺陷相关的机制可以解决这个特定的死,与一个更好的模具设计。所有的缺陷rheoprocessing相关,但相关的辅助设备。

视觉传递铸件显示这些分类外部缺陷虽然x光检查和压力测试的连续的视觉传递铸件热处理铸件显示改善在5天的审判结束质量抽样合格率为100%。

这些早期的工业试验的成功努力的商业化CSIR-RCS铺平了道路。

引用

1. d·b·斯宾塞,r . Mehrabian和m . c .佛兰芒”的流变行为Sn-15 pct Pb的结晶范围,“冶金事务,3卷,不。7,1925 - 1932年,1972页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. z粉丝,“半固体金属加工”,国际材料评审卷,47号2,49 - 86年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. p . Kapranos”,半固态金属处理过程寻找市场,”B部分扩散和缺陷数据卷,141 - 143 1 - 8,2008页。视图:谷歌学术搜索
4. r . Bruwer j·d·威尔金斯l . h . Ivanchev·罗索乌和o·f·r·a·达姆”的方法和装置加工的半固态金属合金、“US7368690, 2008。视图:谷歌学术搜索
5. l . Ivanchev d·威尔金斯,g . Govender”方法和装置rheo-processing半固态金属合金,”学报》第八届国际会议在半固态合金和复合材料的加工(S2P的04)利马索尔,页595 - 601年,塞浦路斯,一连2004年论文。视图:谷歌学术搜索
6. w·e·h·穆勒,g . Govender Stumpf, p·c·皮斯托瑞斯,“比较热处理响应的半固态金属加工合金A356和F357”国际铸造金属研究杂志》上,23卷,不。1,37-43,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. e . p .马苏库h·穆勒,r . Knutsen l . Ivanchev和g . Govender”解决方案的优化的热处理rheo-processed Al-Cu-Mg——(Ag)合金A206 A201,”材料科学论坛卷,618年,第356 - 353页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 美国斯柯尔,“半固态近净形热处理锻铝合金流变成形,“中国有色金属协会的事务(英语版),20卷,不。9日,第1724 - 1719页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 答:斯柯尔和l . Ivanchev”半固态rheocast Si的穿${\text{C}}_{\text{p}}$/ Al金属基复合材料”中国有色金属协会的事务(英语版)补充3卷。20日,pp. s852-s856, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 美国斯柯尔,h . Molle是的,j·d·威尔金斯“形状rheo-casting高纯铝。”Scripta Materialia。在出版社。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. h·穆勒、g . Govender和w·e·Stumpf”的应用缩短热处理周期对A356汽车制动卡钳与各自的球状和树突微结构,”中国有色金属协会的事务(英语版),20卷,不。9日,第1785 - 1780页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2011 a .斯柯尔等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。