Forschung zur Struktur und den Eigenschaften des rheologischen Pressgusses einer hochfesten Al-11zn-1,84mg-0,92cu-0,15zr-0,15sc-Legierung

Da sich die Herstellung von Strukturteilen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr, Automobil sowie Landesverteidigung und Militärindustrie in Richtung Integration und groß angelegte Entwicklung entwickelt, steigt die Nachfrage nach großformatigen, leichten Strukturteilen von Tag zu Tag, und es gibt einen Trend, Hochleistungsaluminiumlegierungen als Ersatz für Stahlmaterialien zu verwenden. . Die Al-Zn-Mg-Cu-Legierung zeichnet sich durch hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aus und ist eines der bevorzugten Materialien für Leichtbau. Bei dieser Art hochlegierter Aluminiumlegierung handelt es sich jedoch in der Regel um eine verformte Aluminiumlegierung mit schlechter Gießleistung, großem Erstarrungstemperaturbereich und Schrumpfung. Aufgrund schwerwiegender Probleme wie Entmischung und Heißrissbildung kann es nicht direkt gegossen und geformt werden. Die Leistung muss durch mehrere Prozesse wie Gießen, plastische Verformung und maschinelle Bearbeitung verbessert werden, bevor sie verwendet werden kann. Der Verarbeitungsaufwand ist hoch, was die breite Anwendung der Legierung stark einschränkt.

Die halbfeste rheologische Gießtechnologie kombiniert das halbfeste Aufschlämmungsverfahren mit dem herkömmlichen Gießverfahren und bietet viele technische Vorteile, wie z. B. eine verbesserte Füllkapazität der halbfesten Aufschlämmung, eine feine und gleichmäßige Struktur des Gussstücks nach der Formung, eine deutliche Verbesserung der Entmischung und Verfestigung des Gussstücks. Der Schrumpfungsgrad ist gering, die Tendenz zur thermischen Rissbildung ist gering und die mechanischen Eigenschaften werden deutlich verbessert. Allerdings handelt es sich bei der Al-Zn-Mg-Cu-Legierung, die derzeit hinsichtlich der rheologischen Umformung untersucht wird, um eine verformte Aluminiumlegierung der 7xxx-Reihe. Obwohl das halbfeste rheologische Gussverfahren die thermische Rissbeständigkeit der Legierung bis zu einem gewissen Grad verbessern kann, ist es schwierig, die Anforderungen für die Umformung in großem Maßstab für komplexe Gussteile zu erfüllen.

Auf der Grundlage früherer Forschungen wählte das Forschungsteam des leitenden Ingenieurs Zhang Zhifeng von Youyan Composites die Legierung Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc als Forschungsobjekt aus und verwendete rheologisches Strangpressen, um die Heißrissbildung der Legierung zu untersuchen. Empfindliche Eigenschaften sowie die Struktur und die mechanischen Eigenschaften rheologischer Squeeze-Gussteile werden zur Herstellung von Hochleistungs-Orbitalgussteilen mit mechanischen Eigenschaften verwendet, die den Anforderungen ähnlicher Verformungslegierungen nahekommen oder diese übertreffen, um Technologie für die technische Anwendung von rheologischen Squeeze-Gussteilen aus ultrahochfesten Aluminiumlegierungen bereitzustellen. beziehen sich auf.

Zhang Zhifeng ist leitender Ingenieur und Doktorvater am Beijing Nonferrous Metals Research Institute. Er promovierte 2001 in Materialverarbeitung an der Dalian University of Technology. Seit mehr als 20 Jahren widmet er sich der Forschung im Bereich der fortschrittlichen kontrollierten Erstarrung und halbfesten Präzisionsumformungstechnologie von Aluminiumlegierungen und deren Verbundwerkstoffen. Er hat besondere Forschungsmerkmale in der elektromagnetischen Steuerung der Verfeinerung und Gleichmäßigkeit der Erstarrungsstruktur entwickelt. Er hat mehr als 200 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht und ist staatlich autorisiert. Es verfügt über mehr als 50 Patente und fünf Wissenschafts- und Technologiepreise auf Provinz- und Ministerebene. Er ist außerdem Mitglied der Redaktion des Special Casting and Nonferrous Alloys Magazine.

[Bild- und Textinhalt]

Unter Verwendung einer selbstkonfigurierten Aluminiumlegierung sind die Rohstoffe hochreine Aluminiumbarren (99,99 %, Massenanteil, siehe unten), hochreine Magnesiumbarren (99,95 %), hochreine Zinkbarren (99,92 %), Al-50Cu, Al-10Zr und Al-2Sc. Die Zusammensetzung des Vorlegierungsbarrens wurde mit der elektrischen Funken-Direktmessung FOUNDRY-MASTER Pro ermittelt Spektrometer, und der Sc-Gehalt in der Legierung wurde durch die Methode zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von verformtem Aluminium und Aluminiumlegierungen in GB/T17432-1998 gemessen. Die tatsächliche chemische Zusammensetzung der Legierung ist in Tabelle 1 aufgeführt. Die Legierung wird in einem Widerstandsheizofen geschmolzen. Der Schmelztiegel besteht aus hochreinem Graphit. Die Schmelztemperatur wird auf 760°C geregelt. Die Legierungsschmelze wird durch rotierendes Argongas entgast und von Schlacke befreit. Die Schmelztemperatur wird auf etwa 720°C geregelt und stehen gelassen. .

Tabelle 1 Tatsächliche chemische Zusammensetzung der Testlegierung (%)

Abbildung 1 Tatsächliches Bild der rheologischen Squeeze-Casting-Vorrichtung und der Schienenteile

1. Temperaturkollektor 2.K-Thermoelement 3. Schmelze 4. Tiegel 5. Rührspule

Abbildung 2 Probenahmeortdiagramm zur Beobachtung der Struktur von Gleiskomponenten und zur Prüfung der mechanischen Eigenschaften

Abbildung 3 Die tatsächlichen Heißriss-Teststäbe der Testlegierung und der 7075-Legierung sowie die entsprechenden Berechnungsergebnisse des Heißriss-Empfindlichkeitsindex

In den beiden kürzeren heißgerissenen Stäben der Testlegierung wurden keine offensichtlichen Heißrisse beobachtet. Risse traten nur in der Nähe der Eingussöffnungen und Rückhaltekugeln der beiden längeren, heißgerissenen Stäbe auf. Bei den meisten Rissen handelte es sich um leichte Risse und es wurde kein vollständiger Bruch festgestellt. . In Abbildung 3b traten schwere Risse an der Eingussöffnung des längsten Heißrissstabs der 7075-Legierungsprobe auf, und leichte Risse traten an der Eingussöffnung und der Rückhaltekugel des zweitlängsten Heißrissstabs auf. Daher ist die thermische Rissbeständigkeit der Testlegierung Sensitivity besser als die der 7075-Legierung

Abbildung 4 OM-Struktur von Proben an verschiedenen Positionen von Strangguss-Schienenteilen vor und nach elektromagnetischem Rühren

Abbildung 5 Korngröße von Strangguss-Schienenteilen vor und nach elektromagnetischer Rührbehandlung

Abbildung 6 REM-Aufnahmen der Struktur von Strangguss-Schienenteilen an verschiedenen Positionen vor und nach der elektromagnetischen Rührbehandlung

Abbildung 7 EDS-Analyse der ungelösten Phase der Legierung T6 nach der Wärmebehandlung in Abbildung 6a

Abbildung 8 Mechanische Eigenschaften von Strangguss-Schienenteilen vor und nach der elektromagnetischen Rührbehandlung

【Schlussfolgerung der Analyse】

(1) Die Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc-Legierung weist eine gute Beständigkeit gegenüber thermischer Rissempfindlichkeit auf. Nach der elektromagnetischen Rührschmelzebehandlung sind die Körner der stranggepressten Schienenteile fein und gleichmäßig, und die Korngrenzen sind. Die Anzahl der groben primären Al3 (Sc, Zr)-Phase und der eutektischen Phase mit niedrigem Schmelzpunkt nimmt ab und die Größe nimmt deutlich ab.

(2) Nach der T6-Wärmebehandlung löst sich die eutektische Phase mit niedrigem Schmelzpunkt fast vollständig wieder in der Matrix auf und die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks werden deutlich verbessert. Die durchschnittliche Zugfestigkeit erreicht 565 MPa, die Dehnung beträgt 7,5 % und die mechanischen Eigenschaften sind konsistent und stabil. Die Sexualität wird deutlich verbessert.

[Literaturzitat]

Xu Yongtao, Zhao Purui, Bai Yuelong et al. Forschung zur rheologischen Squeeze-Casting-Struktur und den Eigenschaften der hochfesten Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc-Legierung [J]. Spezialguss und Nichteisenlegierungen, 2023, 43(6):763-767.

XU YT, ZHAO PR, BAI YL, et al. Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften des Rheo-Squeeze-Gusses einer hochfesten Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc-Legierung[J].Special Casting & Nonferrous Alloys, 2023,43(6):763-767.