Pesquisa sobre a estrutura e propriedades da fundição por compressão reológica da liga Al-11zn-1,84mg-0,92cu-0,15zr-0,15sc de alta resistência

À medida que a fabricação de peças estruturais nas áreas aeroespacial, trânsito ferroviário, automóveis e indústrias militares e de defesa nacional se desenvolve na direção da integração e do desenvolvimento em grande escala, a demanda por peças estruturais leves em grande escala está aumentando dia a dia, e há uma tendência de uso de ligas de alumínio de alto desempenho para substituir materiais de aço. . A liga Al-Zn-Mg-Cu possui características de alta resistência e alta tenacidade, sendo um dos materiais preferidos para redução de peso. No entanto, este tipo de liga de alumínio altamente ligado é geralmente uma liga de alumínio deformada com baixo desempenho de fundição, grande faixa de temperatura de solidificação e encolhimento. Devido a sérios problemas como segregação e trincas a quente, ele não pode ser fundido e moldado diretamente. O desempenho deve ser melhorado através de múltiplos processos, como fundição, deformação plástica e usinagem, antes de poder ser usado. O custo de processamento é alto, o que limita bastante a ampla aplicação da liga.

A tecnologia de fundição reológica semissólida combina o processo de pasta semissólida com o processo de fundição tradicional e tem muitas vantagens técnicas, como melhor capacidade de enchimento da pasta semissólida, estrutura fina e uniforme do fundido após a formação, melhoria significativa na segregação e solidificação da peça fundida. O grau de encolhimento é pequeno, a tendência de fissuração térmica é pequena e as propriedades mecânicas são significativamente melhoradas. No entanto, a liga Al-Zn-Mg-Cu atualmente estudada na conformação reológica é uma liga de alumínio deformada da série 7xxx. Embora o processo de fundição reológica semissólida possa melhorar a resistência à fissuração térmica da liga até certo ponto, é difícil atender aos requisitos de formação em larga escala para peças fundidas complexas.

Com base em pesquisas anteriores, a equipe de pesquisa do engenheiro sênior da Youyan Composites, Zhang Zhifeng, selecionou a liga Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc como objeto de pesquisa e usou fundição por extrusão reológica para estudar a fissuração a quente da liga. As propriedades sensíveis e a estrutura e as propriedades mecânicas das peças fundidas por compressão reológica são usadas para preparar peças fundidas orbitais de alto desempenho com propriedades mecânicas próximas ou superiores aos requisitos de ligas de deformação semelhantes, a fim de fornecer tecnologia para a aplicação de engenharia de fundições por compressão reológicas de liga de alumínio de ultra-alta resistência. consulte.

Zhang Zhifeng é engenheiro sênior e supervisor de doutorado no Instituto de Pesquisa de Metais Não Ferrosos de Pequim. Ele recebeu seu doutorado em processamento de materiais pela Dalian University of Technology em 2001. Há mais de 20 anos ele está comprometido com a pesquisa de solidificação controlada avançada e tecnologia de formação de precisão semissólida de ligas de alumínio e seus materiais compósitos. Ele formou características distintas de pesquisa em controle eletromagnético de refinamento e uniformidade de estruturas de solidificação. Ele publicou mais de 200 artigos acadêmicos e foi autorizado pelo estado. Possui mais de 50 patentes e 5 prêmios de ciência e tecnologia de nível provincial e ministerial. Ele também atua como membro do conselho editorial da revista Special Casting and Nonferrous Alloys.

[Conteúdo de imagem e texto]

Usando liga de alumínio autoconfigurada, as matérias-primas são lingotes de alumínio de alta pureza (99,99%, fração de massa, a mesma abaixo), lingotes de magnésio de alta pureza (99,95%), lingotes de zinco de alta pureza (99,92%), Al-50Cu, Al-10Zr e Al-2Sc A composição do lingote de liga mestre foi detectada usando o espectrômetro de leitura direta de faísca elétrica FOUNDRY-MASTER Pro, e o conteúdo Sc na liga foi medido através do método de análise de composição química de alumínio deformado e ligas de alumínio em GB/T17432-1998. A composição química real da liga é mostrada na tabela 1. A liga é fundida em um forno de aquecimento por resistência. O cadinho de fusão é feito de grafite de alta pureza. A temperatura de fusão é controlada a 760°C. A liga fundida é desgaseificada e removida a escória pela rotação do gás argônio. A temperatura de fusão é controlada a cerca de 720°C e deixada em repouso. .

Tabela 1 Composição química real da liga de teste (%)

Figura 1 Imagem real do dispositivo de fundição por compressão reológica e peças da pista

1. Coletor de temperatura 2. Termopar tipo K 3. Derretimento 4. Cadinho 5. Bobina de agitação

Figura 2 Diagrama de localização de amostragem para observação da estrutura dos componentes da via e testes de propriedades mecânicas

Figura 3 As hastes reais de teste de trinca a quente da liga de teste e da liga 7075 e os resultados de cálculo correspondentes do índice de sensibilidade à trinca a quente

Não foram observadas fissuras a quente óbvias nas duas barras mais curtas de fissuração a quente da liga de teste. A fissuração ocorreu apenas perto das aberturas do canal de entrada e das esferas de retenção das duas hastes mais longas rachadas a quente. A maioria das rachaduras eram leves e nenhuma fratura completa foi encontrada. . Na Figura 3b, rachaduras graves apareceram na abertura do jito da haste de craqueamento a quente mais longa da amostra de liga 7075, e pequenas rachaduras apareceram na abertura do sprue e na esfera de restrição da segunda haste de craqueamento a quente mais longa. Portanto, a resistência à fissuração térmica da liga de teste Sensibilidade melhor que a liga 7075

Figura 4 Estrutura OM de amostras em diferentes posições de peças fundidas por extrusão antes e depois da agitação eletromagnética

Figura 5 Tamanho de grão de peças fundidas por extrusão antes e depois do tratamento de agitação eletromagnética

Figura 6 Imagens SEM da estrutura de peças fundidas por extrusão em diferentes posições antes e depois do tratamento de agitação eletromagnética

Figura 7 Análise EDS da fase não resolvida da liga T6 após tratamento térmico na Figura 6a

Figura 8 Propriedades mecânicas de peças fundidas por extrusão antes e depois do tratamento de agitação eletromagnética

【Conclusão da análise】

(1) A liga Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc tem boa resistência à sensibilidade à fissuração térmica. Após o tratamento de fusão por agitação eletromagnética, os grãos das peças do trilho fundido por extrusão são finos e uniformes, e os limites dos grãos são O número de fase primária grossa de Al3 (Sc, Zr) e fase eutética de baixo ponto de fusão diminui, e o tamanho diminui significativamente.

(2) Após o tratamento térmico T6, a fase eutética de baixo ponto de fusão é quase completamente dissolvida de volta na matriz e as propriedades mecânicas da peça fundida são significativamente melhoradas. A resistência à tração média atinge 565 MPa, o alongamento é de 7,5% e as propriedades mecânicas são consistentes e estáveis. A sexualidade é significativamente melhorada.

[citação da literatura]

Xu Yongtao, Zhao Purui, Bai Yuelong e outros. Pesquisa sobre a estrutura e propriedades de fundição por compressão reológica da liga de alta resistência Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc [J]. Fundição Especial e Ligas Não Ferrosas, 2023, 43(6):763-767.

XU YT, ZHAO PR, BAI YL, et al.Microestrutura e propriedades mecânicas de fundição por compressão reo de liga Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc de alta resistência[J].Special Casting & Nonferrous Alloys, 2023,43(6):763-767.