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压力铸造、挤压铸造及气压铸造成形技术

时间:2010-09-23 21:08 作者:精密金属制造 点击:
铸造技术适用于颗粒,短纤维及晶须增强复合材料,长纤维复合材料的制作.一般要按零件的形状预先制得增强物预制块.预制块可以通过非有机粘结剂粘结后预压成块,也可烧结而成.

 这三种铸造技术适用于颗粒、短纤维及晶须增强复合材料、长纤维复合材料的制作。使用这类方法时一般要按零件的形状预先制得增强物预制块。预制块可以通过非有机粘结剂粘结后预压成块,也可烧结而成。
  
1、压力铸造成形技术 
  使用压力铸造时,将预制块放入带有分型机构的半型中,合型后在200MPa压力作用下使液体迅速充型。这种方法操作简单,但由于充型速度高、凝固速度快,极易使铸件形成内部气孔缺陷。

2、挤压铸造成形技术 
  挤压铸造和压力铸造的不同点是:将预热后的预制块放入预热的铸型中,在重力下浇入液态金属或合金,然后在压头作用下使液体渗入预制块,液态金属在压力下凝固。有人用这种方法制取Al2O3短纤维锌基复合材料。日本有人直接将碳及玻璃颗粒放入铸型,然后压头作用在锡液上使金属体挤入铸型。
  不采用预制块的另一种做法是将机械搅拌和挤压结合起来。我国有人用这种方法制取了   的铝/石墨复合材料及铸件。在搅拌阶段,以400~1000r/min转速搅拌金属液体,然后以10~90g/min的速度将石墨粉加入含有镁0.25~0.50wt%的铝液中。
  在挤压阶段,采用10t油压机,压力为91MPa左右。田中荣一也用此法生产Al2O3颗粒增强锡基复合材料。李爱华将撑融铸造与挤压铸造结合起来,将重量比为铝合金的3%~6%的包镍铜石墨粉加入到液固合金浆液中,然后将其迅速挤压成轴承毛坯。搅拌器表面涂有耐热矾土水泥,转速为400~1500r/min。挤压设备为YA32-100型挤压机,加压速度为7mm/s。
  不少人对复合材料的挤压铸造在理论上做了深入探讨。储双杰等在利用挤压铸造制造碳纤维增强A356复合材料时特别研究了合金的凝固过程。发现在浇注温度高时其凝固发生在整个浸渗过程之后。由于模具和纤维的激冷作用,初生铝固溶体相在纤维间隙开始形核并逐渐向纤维表面长大;而共晶硅相则是依附在碳纤维表面形核及长大。并发现,随凝固冷却速度的降低,共晶硅相的形态由蠕虫状向针状、块状转变。
  同样有人在研究CF/Al-4.5Cu复合材料的挤压铸造时,发现初生铝固溶体也是在纤维间隙形核并向纤维表面长大;而共晶θ相则依附于碳纤维表面形核长大。由于这种材料的界面结合很强,其断裂特征为脆性断裂。LabibA还研究了冷却速度(0.1~100℃s-1)对挤压铸造G-SiC增强铝基复合材料凝固组织的影响,发现冷却速度越大,SiC颗粒的分布越均匀。

3、气压铸造及真空压渗铸造成形技术 
  这种方法是在气体压力作用下将金属液体压入增强材料制成的预制型间隙中。RohatgiPK用此法生产铝基SiC及Al2O3纤维增强复合材料。用长纤维绕制成预制型。液体温度在700~800℃范围,铸型预热温度为450~500℃,气体压力为1MPa左右,比挤压所用压力低得多。所制产品中纤维体积量达40%~60%。事先采用化学镀方法通过CuSO4和HCHO反应在碳纤维表层镀一层铜,然后将镀铜纤维放入石英管中,再将石英管浸入铝液中保温2min,然后通过0.49MPa的氮气作用于液态金属表面使液体充入石英管中。
  我国有人采用真空压渗技术生产铝基电子封装复合材料。在真空状态下熔化金属,浇注时撤去真空,通入气体使液体受压,将液体通过升液管压入上部铸型中的预制型内。80年代中期Dural-Al基复合材料公司提出了搅拌加气压铸造的新工艺。
  其工艺要点是:整个制造过程包括合金熔化、增强剂的加入、搅拌及浇注均处于真空状态;搅拌器采用多级倾斜叶片,转速提高到2500r/min;保证足够的保压时间,以解决液体与增强物的结合问题;采用水冷工艺,使合金中的溶质偏析程度减小。这种方法适合于颗粒增强复合材料的制造.

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