مزایای فناوری ریخته گری دایکاست آلیاژهای آلومینیوم

فناوری ریخته گری رئولوژیکی از مؤسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده در دهه 1970 سرچشمه گرفت. پس از نزدیک به 50 سال توسعه، به تدریج زنجیره فناوری نسبتاً کاملی را تشکیل داده و در بسیاری از زمینه ها مانند اتومبیل، ماشین آلات مهندسی، تجهیزات ارتباطی و فتوولتائیک پیاده سازی شده است. کاربرد صنعتی در ریخته گری رئولوژیکی، مذاب فلز یا آلیاژ مستقیماً در یک دوغاب نیمه جامد آماده می شود، به محفظه تزریق دستگاه ریخته گری منتقل می شود، حفره قالب را که توسط میله تزریق هدایت می شود پر می کند و تحت فشار جامد می شود. در مقایسه با ریخته گری تیکسوتروپیک، ریخته گری رئولوژیکی دارای ویژگی های جریان فرآیند کوتاه و هزینه کم است. در مقایسه با ریخته گری معمولی، ریخته گری رئولوژیکی دارای مزایای چگالی ریخته گری بالا و عمر طولانی قالب است. با توجه به کسر فاز جامد مختلف دوغاب نیمه جامد، ریخته گری رئولوژیکی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: ریخته گری رئولوژیکی با فاز جامد کم (کسر فاز جامد دوغاب کمتر از 40٪)، که عمدتاً برای بهبود کیفیت قالب های ریخته گری استفاده می شود. محصولات نماینده شامل پوشش ایستگاه های پایه ارتباطی 5G، پوشش مبدل برق، پوشش اینورتر فتوولتائیک و غیره است. ریخته گری رئولوژیکی فاز جامد بالا (کسر فاز جامد دوغاب بالاتر از 40%)، که عمدتاً برای تولید ریخته گری با کیفیت بالا استفاده می شود که چگالی و عملکرد محصول آن با محصولات آهنگری قابل مقایسه است. محصولات نماینده شامل پروانه‌های توربوشارژر، براکت‌های موتور و غیره است. در مقایسه با ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد پایین، ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد بالا مزایای بیشتری در کنترل کیفیت ریخته‌گری دارد. در سال‌های اخیر، روند صنعتی‌سازی سرعت گرفته است و خودروسازانی مانند BYD، Foton Daimler و General Motors به‌طور متوالی از آن استفاده کرده‌اند. قطعات آلیاژ آلومینیوم دایکاست با رئولوژی فاز جامد بالا.

به منظور پاسخگویی به نیازهای خاص سناریوهای کاربردی بیشتر، فناوری ریخته گری با رئولوژی فاز جامد بالا هنوز در حال توسعه است. تیم تحقیقاتی پروفسور ژو کیانگ و دانشیار محقق لو هونگ شینگ از دانشگاه علم و صنعت جنوب، پیشرفت تحقیقات و کاربرد صنعتی این فناوری در تهیه دوغاب، مواد، شبیه‌سازی و کنترل عیب در سال‌های اخیر را خلاصه کردند و در مورد توسعه آینده بحث کردند.

درباره نویسنده

[زو کیانگ]

ژو کیانگ در سال 1994 از دانشگاه ارلگن-نورنبرگ با مدرک دکترای مهندسی در علم مواد فارغ التحصیل شد. او زمانی به عنوان معاون مهندس ارشد، کارشناس ارشد، عضو کمیته آکادمیک و عضو کمیته علمی ملی موسسه تحقیقات فلزات غیر آهنی پکن (اکنون گروه فناوری چین یویان) خدمت می کرد. معاون مرکز تحقیقات فناوری مهندسی مواد کامپوزیت فلزات غیرآهنی، اولین مدیر مرکز تحقیقات فناوری مهندسی ساخت شکل‌دهی پیشرفته فلزات پکن و کارشناس گروه کارشناسی کل دوازدهمین برنامه پنج ساله وزارت علوم و فناوری برای «فولادهای ویژه با کیفیت بالا و تمام اوی‌تی» او در حال حاضر استاد کرسی در دانشگاه علوم و فناوری جنوب، عضو انجمن بریتانیایی مواد، معدن و مواد معدنی، عضو کمیته بین‌المللی فناوری نیمه جامد، رئیس دوره‌ای کمیته کاری نیمه جامد انجمن ریخته‌گری چین، و بنیانگذار Shenzhen Nan Keqiang است. پشتیبانی علمی و فناوری، بین المللی همکاری، طرح های کلیدی تحقیق و توسعه، و همچنین پروژه های تحقیقاتی علمی عمودی استانی و شهری و پروژه های افقی همکاری سازمانی، با سرمایه گذاری کل بیش از 100 میلیون یوان. او بارها برای ایراد سخنرانی های ویژه در کنفرانس های بین المللی معروف دانشگاهی دعوت شده است، بیش از 180 مقاله منتشر کرده، 2 مونوگراف را ویرایش و منتشر کرده و برای بیش از 60 پتنت درخواست داده است.

درباره نویسنده

[لو هنگ شینگ]

لو هونگ شینگ در سال 2012 از دانشگاه هوانوردی و فضانوردی پکن در رشته علوم و مهندسی مواد فارغ التحصیل شد و مدرک لیسانس خود را در رشته مهندسی دریافت کرد. وی در سال 2017 از مؤسسه عمومی تحقیقات فلزات غیر آهنی پکن در رشته علوم و مهندسی مواد فارغ التحصیل شد و دکترای مهندسی را دریافت کرد. او در حال حاضر استادیار پژوهشی در دانشگاه علوم و فناوری جنوبی، مدیر کل شرکت فناوری آلیاژ سبک شنژن نانکچیانگژنگ، و معاون دبیرکل کمیته کاری نیمه جامد انجمن ریخته گری چین است. جهت‌های تحقیقاتی اصلی شامل مواد آلیاژ آلومینیوم با کارایی بالا برای حمل و نقل و ارتباطات، فناوری شکل‌دهی نیمه جامد آلیاژ آلومینیوم و شکل‌دهی ریخته‌گری، سیستم‌های تولید هوشمند شکل‌دهی نیمه جامد و غیره، با تمرکز بر تحقیقات پایه کاربردی و موضوعات رایج فناوری مهندسی است. وی به عنوان رهبر پروژه یا رهبر موضوعی، 7 پروژه عمودی استانی و شهری و پروژه همکاری افقی بنگاه ها را بر عهده گرفته است، بیش از 20 مقاله منتشر کرده، بیش از 10 ثبت اختراع را درخواست کرده و در تدوین 1 استاندارد ملی مشارکت داشته است.

[محتوای تصویری و متنی]

جدول 1 فناوری خمیرسازی رئولوژیکی با کسر جامد بالا

بیش از 30 فناوری خمیرسازی رئولوژیکی گزارش شده است، اما تنها تعداد کمی از آنها می توانند برای تهیه دوغاب با کسر جامد بالا استفاده شوند. این فناوری‌ها و مواد آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در جدول 1 نشان داده شده‌اند. در میان آنها، دستگاه تعادل آنتالپی چرخشی (SEED) و Rheocasting جدید (NRC) صنعتی شده‌اند.

شکل 1 کسر فاز جامد آلیاژهای مختلف آلومینیوم با دما تغییر می کند

شکل 2 ریزساختار 7108، 6063 و 7050 آلیاژ آلومینیوم نیمه جامد با کسر جامد بالا تهیه شده با روش بهبود یافته SEED

شکل 3 مقایسه نتایج شبیه سازی فرآیند رشد ریزساختار با ساختار جامد واقعی

در حال حاضر، مواد آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده برای کاربردهای صنعتی در ریخته گری با رئولوژی فاز جامد بالا، عمدتاً آلیاژهای Hypoeutectic Al-Si هستند. مواد متداول مورد استفاده عبارتند از آلیاژهای آلومینیوم A356، A357 و A319s. خواص مکانیکی برخی از آلیاژهای آلومینیوم دایکاست با رئولوژی فاز جامد بالا در جدول 2 نشان داده شده است. مشاهده می شود که هنوز شکاف مشخصی بین خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم ریخته گری ریولوژیکی و آلیاژ آلومینیوم آهنگری 7075 وجود دارد. به منظور پاسخگویی به نیازهای کاربردی خاص سناریوهای کاربردی بیشتر، تحقیق و توسعه مواد آلیاژ آلومینیوم با کارایی بالا برای ریخته گری رئولوژیکی در داخل و خارج از کشور انجام شده است.

جدول 2 خواص مکانیکی برخی از آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری دایکاست با رئولوژی فاز جامد بالا

شکل 4 روش شناسایی قابل اجرا برای آلیاژهای تشکیل دهنده جریان

جدول 3 خواص برخی از آلیاژهای آلومینیوم با کارایی بالا مورد استفاده در ریخته گری رئولوژیکی SEED

شکل 5 نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی به دست آمده با آزمایش مدل قانون توان برازش با استفاده از SSR، SRS و SSS

شکل 6 مقایسه شبیه سازی جریان چند فازی شبیه سازی توزیع فاز جامد و نتایج آزمایش

شکل 7 برخی از محصولات آلیاژ آلومینیوم ریخته گری دایکاست با رئولوژی فاز جامد بالا

【نتیجه گیری تجزیه و تحلیل】

فناوری ریخته گری رئولوژی فاز جامد بالا به طور مداوم توسعه یافته و بهبود یافته است و پیشرفت هایی در تهیه دوغاب، مواد، شبیه سازی، کنترل عیب و غیره حاصل شده است و در خودروها، ماشین آلات مهندسی، ارتباطات و سایر زمینه ها صنعتی شده است. با این حال، با پیشرفت جامعه و پیشرفت علم و فناوری، روند ریخته گری در مقیاس بزرگ شروع به ظهور کرده است. قطعات پوسته تجهیزات ارتباطی با اندازه بزرگ و قطعات ساختاری بدنه ماشین فوق‌العاده بزرگ یکی پس از دیگری بیرون آمده‌اند که چالش‌های جدیدی را برای شکل‌دهی ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد بالا ایجاد کرده است. . فناوری ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد بالا در ساخت قطعات ریخته‌گری بسیار بزرگ نقش دارد و دو مسیر فنی برای انتخاب وجود دارد. اولین مورد، شکستن چندین موضوع کلیدی در تولید یکپارچه است: ① فناوری آماده سازی دوغاب با راندمان بالا (توده دوغاب منفرد ≥ 40 کیلوگرم). ② مواد آلیاژ آلومینیوم جدید با سیالیت بالا و خواص جامع عالی. ③ فرآیند شکل گیری ریخته گری بزرگ فناوری شبیه سازی دقیق و سریع. دوم تحقیق در مورد تکنولوژی جوشکاری قطعات ریخته گری با رئولوژی فاز جامد بالا است. ابتدا، ریخته‌گری‌های سایز کوچک با کیفیت بالا از طریق ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد بالا تولید می‌شوند و سپس از جوشکاری برای اتصال قطعات کوچک برای ایجاد قطعات بزرگ‌تر استفاده می‌شود. در میان آنها، مسیر فنی دوم در کوتاه مدت آسان تر است و در مقایسه با فناوری ریخته گری یکپارچه خلاء فوق العاده بالا، از مزایای دشواری فنی کمتر و سرمایه گذاری تجهیزات کوچک برخوردار است. موظف است موجی از تحقیق و توسعه فناوری و کاربرد را در چند سال آینده به راه بیندازد. فن آوری شکل دهی ریخته گری رئولوژیکی نیمه جامد با جامد بالا را به مرحله جدیدی از توسعه سوق دهید.

[استناد ادبیات]

لو هونگ شینگ، هو شیائوگانگ، ژو کیانگ. پیشرفت تحقیقات در فناوری شکل‌دهی ریخته‌گری با رئولوژی فاز جامد بالا آلیاژ آلومینیوم [J]. ریخته گری ویژه و آلیاژهای غیر آهنی، 2023، 43 (6): 741-746.