As vantagens da tecnologia de fundição sob pressão de ligas de alumínio

A tecnologia de fundição reológica originou-se do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, na década de 1970. Após quase 50 anos de desenvolvimento, formou gradualmente uma cadeia tecnológica relativamente completa e foi implementada em muitos campos, como automóveis, máquinas de engenharia, equipamentos de comunicação e energia fotovoltaica. aplicação industrial. Na fundição reológica, o metal ou liga fundida é preparado diretamente em uma pasta semissólida, transferido para a câmara de injeção da máquina de fundição sob pressão, flui e preenche a cavidade do molde acionada pela haste de injeção e solidifica sob pressão. Em comparação com a fundição tixotrópica, a fundição reológica tem as características de fluxo de processo curto e baixo custo; em comparação com a fundição convencional, a fundição reológica tem as vantagens de alta densidade de fundição e longa vida útil do molde. De acordo com as diferentes frações de fase sólida da pasta semissólida, a fundição reológica pode ser dividida em duas categorias: fundição reológica de baixa fase sólida (fração de fase sólida da pasta inferior a 40%), que é usada principalmente para melhorar a qualidade das peças fundidas. , produtos representativos incluem invólucros de estação base de comunicação 5G, invólucros de conversores de energia, invólucros de inversores fotovoltaicos, etc.; fundição sob pressão reológica de alta fase sólida (fração de fase sólida de pasta superior a 40%), usada principalmente para fabricar peças fundidas de alta qualidade, cuja densidade e desempenho do produto são comparáveis ​​aos produtos forjados. Produtos representativos incluem impulsores de turbocompressor, suportes de motor, etc. Em comparação com a fundição sob pressão de baixa reologia em fase sólida, a fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida tem maiores vantagens no controle de qualidade da fundição. Nos últimos anos, o processo de industrialização tem se acelerado e montadoras como BYD, Foton Daimler e General Motors o adotaram sucessivamente. Peças de liga de alumínio fundidas sob pressão de alta reologia em fase sólida.

A fim de atender às necessidades específicas de mais cenários de aplicação, a tecnologia de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida ainda está em desenvolvimento. A equipe de pesquisa do professor Zhu Qiang e do pesquisador associado Lu Hongxing da Southern University of Science and Technology resumiu o progresso da pesquisa e a aplicação industrial desta tecnologia na preparação de lamas, materiais, simulação e controle de defeitos nos últimos anos, e discutiu o desenvolvimento futuro.

Sobre o autor

[Zhu Qiang]

Zhu Qiang formou-se na Universidade de Erlgen-Nuremberg em 1994 com doutorado em engenharia em ciência dos materiais. Ele já atuou como engenheiro-chefe adjunto, especialista-chefe, membro do comitê acadêmico e membro do comitê acadêmico nacional do Instituto de Pesquisa de Metais Não Ferrosos de Pequim (agora China Youyan Technology Group). Vice-diretor do Centro de Pesquisa de Tecnologia de Engenharia de Materiais Compostos de Metais Não Ferrosos, primeiro diretor do Centro de Pesquisa de Tecnologia de Engenharia de Fabricação de Formação Avançada de Metal de Pequim e especialista no grupo geral de especialistas do 12º Plano Quinquenal do Ministério da Ciência e Tecnologia para "Aços Especiais de Alta Qualidade e Ligas de Alta Temperatura". Atualmente, ele é professor catedrático da Southern University of Science and Technology, membro da Sociedade Britânica de Materiais, Mineração e Minerais, membro do Comitê Internacional de Tecnologia Semissólida, presidente rotativo do Comitê de Trabalho Semissólido da Associação de Fundição da China e fundador da Shenzhen Nan Keqiang Zheng Light Alloy Technology Co., Ltd. cooperação, principais planos de pesquisa e desenvolvimento, bem como projetos de pesquisa científica verticais provinciais e municipais e projetos horizontais de cooperação empresarial, com um investimento total de mais de 100 milhões de yuans. Ele foi convidado para dar palestras especiais em conferências acadêmicas internacionais famosas por diversas vezes, publicou mais de 180 artigos, editou e publicou 2 monografias e solicitou mais de 60 patentes.

Sobre o autor

[Lu Hongxing]

Lu Hongxing formou-se na Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Pequim em 2012, com especialização em ciência e engenharia de materiais, e recebeu o diploma de bacharel em engenharia. Em 2017, ele se formou no Instituto Geral de Pesquisa de Metais Não Ferrosos de Pequim, com especialização em ciência e engenharia de materiais, e recebeu um doutorado em engenharia. Atualmente é professor assistente de pesquisa na Southern University of Science and Technology, gerente geral da Shenzhen Nankeqiangzheng Light Alloy Technology Co., Ltd. e vice-secretário-geral do Comitê de Trabalho de Semissólidos da Associação de Fundição da China. As principais direções de pesquisa incluem materiais de liga de alumínio de alto desempenho para transporte e comunicações, formação semissólida de liga de alumínio e tecnologia de formação de fundição sob pressão, sistemas de fabricação inteligentes de formação semissólida, etc., com foco em pesquisa básica aplicada e questões comuns de tecnologia de engenharia. Como líder de projeto ou líder de assunto, ele realizou 7 projetos verticais provinciais e municipais e projetos horizontais de cooperação empresarial, publicou mais de 20 artigos, solicitou mais de 10 patentes e participou na formulação de 1 padrão nacional.

[Conteúdo de imagem e texto]

Tabela 1 Tecnologia de polpação reológica de alta fração sólida

Existem mais de 30 tecnologias de polpação reológica relatadas, mas apenas algumas podem ser usadas para preparar pastas com alta fração de sólidos. Essas tecnologias e os materiais de liga de alumínio utilizados são mostrados na Tabela 1. Dentre eles, o Swirled Enthalpy Equilibration Device (SEED) e o New Rheocasting (NRC) foram industrializados.

Figura 1 Fração de fase sólida de diferentes ligas de alumínio muda com a temperatura

Figura 2 Microestrutura de pastas semi-sólidas de liga de alumínio 7108, 6063 e 7050 com alta fração de sólidos preparadas pelo método SEED aprimorado

Figura 3 Comparação dos resultados da simulação do processo de crescimento da microestrutura com a estrutura real solidificada

Atualmente, os materiais de liga de alumínio utilizados para aplicação industrial em fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida são principalmente ligas hipoeutéticas de Al-Si. Os materiais comumente usados ​​incluem ligas de alumínio A356, A357 e A319s. As propriedades mecânicas de algumas ligas de alumínio fundido sob pressão de alta reologia em fase sólida são mostradas na Tabela 2. Pode-se observar que ainda há uma certa lacuna entre as propriedades mecânicas da liga de alumínio fundido reológico e da liga de alumínio 7075 forjada. A fim de atender às necessidades específicas de aplicação de mais cenários de aplicação, a pesquisa e o desenvolvimento de materiais de liga de alumínio de alto desempenho para fundição reológica foram realizados no país e no exterior.

Tabela 2 Propriedades mecânicas de algumas ligas de alumínio fundido sob pressão com alta reologia em fase sólida

Figura 4 Método de identificação aplicável para ligas formadoras de fluxo

Tabela 3 Propriedades de algumas ligas de alumínio de alto desempenho usadas na fundição reológica SEED

Figura 5 Resultados de simulação e resultados experimentais obtidos testando o modelo de lei de potência ajustado usando SSR, SRS e SSS

Figura 6 Comparação de simulação de fluxo multifásico, simulação de distribuição de fase sólida e resultados de teste

Figura 7 Alguns produtos de liga de alumínio fundidos com alta reologia em fase sólida

【Conclusão da análise】

A tecnologia de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida tem sido continuamente desenvolvida e melhorada, e progresso tem sido feito na preparação de lama, materiais, simulação, controle de defeitos, etc., e tem sido industrializado em automóveis, máquinas de engenharia, comunicações e outros campos. Porém, com o desenvolvimento da sociedade e o avanço da ciência e da tecnologia, a tendência de peças fundidas em grande escala começou a surgir. Peças de carcaça de equipamentos de comunicação de grande porte e peças estruturais de carrocerias supergrandes surgiram uma após a outra, o que representou novos desafios para a formação de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida. . A tecnologia de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida está envolvida na fabricação de peças fundidas ultragrandes e há dois caminhos técnicos para escolher. A primeira é resolver vários problemas importantes na fabricação integrada: ① Tecnologia de preparação de polpa de alta eficiência (massa de polpa única ≥ 40 kg); ② Novos materiais de liga de alumínio com alta fluidez e excelentes propriedades abrangentes; ③ Grande processo de formação de fundição Tecnologia de simulação precisa e rápida. A segunda é pesquisar a tecnologia de soldagem de peças fundidas sob pressão de alta reologia em fase sólida. Primeiro, peças fundidas de pequeno porte de alta qualidade são fabricadas por meio de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida e, em seguida, a soldagem é usada para emendar peças pequenas para criar peças superdimensionadas. Entre eles, o segundo caminho técnico é mais fácil de realizar no curto prazo e, em comparação com a tecnologia de fundição sob pressão integrada de ultra-alto vácuo, tem as vantagens de menor dificuldade técnica e pequeno investimento em equipamentos. É inevitável que desencadeie uma onda de pesquisa, desenvolvimento e aplicação de tecnologia nos próximos anos. Empurre a tecnologia de formação de fundição reológica semissólida de alto sólido para um novo estágio de desenvolvimento.

[citação da literatura]

Lu Hongxing, Hu Xiaogang, Zhu Qiang. Progresso da pesquisa em tecnologia de formação de fundição sob pressão de alta reologia em fase sólida de liga de alumínio [J]. Fundição Especial e Ligas Não Ferrosas, 2023, 43(6): 741-746.