Las ventajas de la tecnología de fundición a presión de aleaciones de aluminio

La tecnología de fundición a presión reológica se originó en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en los Estados Unidos en la década de 1970. Después de casi 50 años de desarrollo, gradualmente se ha formado una cadena tecnológica relativamente completa y se ha implementado en muchos campos, como automóviles, maquinaria de ingeniería, equipos de comunicaciones y energía fotovoltaica. aplicación industrial. En la fundición a presión reológica, el metal o la aleación fundida se prepara directamente en una suspensión semisólida, se transfiere a la cámara de inyección de la máquina de fundición a presión, fluye y llena la cavidad del molde impulsada por la varilla de inyección y se solidifica bajo presión. En comparación con la fundición a presión tixotrópica, la fundición a presión reológica tiene las características de un flujo de proceso corto y bajo costo; En comparación con la fundición a presión convencional, la fundición a presión reológica tiene las ventajas de una alta densidad de fundición y una larga vida útil del molde. Según las diferentes fracciones de fase sólida de la lechada semisólida, la fundición a presión reológica se puede dividir en dos categorías: fundición a presión reológica de fase sólida baja (fracción de fase sólida de la lechada inferior al 40%), que se utiliza principalmente para mejorar la calidad de las fundiciones a presión. Los productos representativos incluyen carcasas de estaciones base de comunicación 5G, carcasas de convertidores de potencia, carcasas de inversores fotovoltaicos, etc.; Fundición a presión reológica con alta fase sólida (fracción de fase sólida en suspensión superior al 40%), utilizada principalmente para fabricar piezas fundidas de alta calidad, cuya densidad y rendimiento del producto son comparables a los productos forjados. Los productos representativos incluyen impulsores de turbocompresor, soportes de motor, etc. En comparación con la fundición a presión con baja reología en fase sólida, la fundición a presión con alta reología en fase sólida tiene mayores ventajas en el control de calidad de la fundición. En los últimos años, el proceso de industrialización se ha ido acelerando y fabricantes de automóviles como BYD, Foton Daimler y General Motors lo han adoptado sucesivamente. Piezas de aleación de aluminio fundido a presión con alta reología de fase sólida.

Para satisfacer las necesidades específicas de más escenarios de aplicación, la tecnología de fundición a presión con alta reología en fase sólida aún se está desarrollando. El equipo de investigación del profesor Zhu Qiang y el investigador asociado Lu Hongxing de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur resumió el progreso de la investigación y la aplicación industrial de esta tecnología en la preparación de lodos, materiales, simulación y control de defectos en los últimos años, y discutió el desarrollo futuro.

Sobre el autor

[Zhu Qiang]

Zhu Qiang se graduó en la Universidad de Erlgen-Nuremberg en 1994 con un doctorado en ingeniería en ciencias de materiales. Una vez se desempeñó como ingeniero jefe adjunto, experto jefe, miembro del comité académico y miembro del comité académico nacional del Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing (ahora China Youyan Technology Group). Subdirector del Centro de Investigación de Tecnología de Ingeniería de Materiales Compuestos de Metales No Ferrosos, primer director del Centro de Investigación de Tecnología de Ingeniería de Fabricación de Conformado Avanzado de Metales de Beijing y experto en el grupo general de expertos del 12º Plan Quinquenal del Ministerio de Ciencia y Tecnología para "Aceros especiales de alta calidad y aleaciones de alta temperatura". Actualmente es profesor titular en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, miembro de la Sociedad Británica de Materiales, Minería y Minerales, miembro del Comité Internacional de Tecnología Semisólida, presidente rotatorio del Comité de Trabajo Semisólido de la Asociación de Fundición de China y fundador de Shenzhen Nan Keqiang Zheng Light Alloy Technology Co., Ltd. En los últimos 10 años, ha asumido sucesivamente apoyo científico y tecnológico nacional, internacional cooperación, planes clave de investigación y desarrollo, así como proyectos verticales de investigación científica provinciales y municipales y proyectos horizontales de cooperación empresarial, con una inversión total de más de 100 millones de yuanes. Ha sido invitado muchas veces a dar conferencias especiales en famosas conferencias académicas internacionales, ha publicado más de 180 artículos, ha editado y publicado 2 monografías y ha solicitado más de 60 patentes.

Sobre el autor

[Lu Hongxing]

Lu Hongxing se graduó de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Beijing en 2012, con especialización en ciencia e ingeniería de materiales, y recibió una licenciatura en ingeniería. En 2017, se graduó en el Instituto General de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, con especialización en ciencia e ingeniería de materiales, y recibió un doctorado en ingeniería. Actualmente es profesor asistente de investigación en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, director general de Shenzhen Nankeqiangzheng Light Alloy Technology Co., Ltd. y subsecretario general del Comité de Trabajo Semisólido de la Asociación de Fundición de China. Las principales direcciones de investigación incluyen materiales de aleación de aluminio de alto rendimiento para transporte y comunicaciones, tecnología de conformado de semisólidos y fundición a presión de aleaciones de aluminio, sistemas de fabricación inteligentes de conformado de semisólidos, etc., centrándose en la investigación básica aplicada y cuestiones comunes de tecnología de ingeniería. Como líder de proyecto o líder de materia, ha emprendido 7 proyectos verticales provinciales y municipales y proyectos de cooperación empresarial horizontal, ha publicado más de 20 artículos, ha solicitado más de 10 patentes y ha participado en la formulación de 1 norma nacional.

[Contenido de imagen y texto]

Tabla 1 Tecnología de fabricación de pulpa reológica con alta fracción sólida

Hay más de 30 tecnologías de fabricación de pulpa reológica reportadas, pero solo unas pocas pueden usarse para preparar lechadas con alto contenido de fracción sólida. Estas tecnologías y los materiales de aleación de aluminio utilizados se muestran en la Tabla 1. Entre ellos, se han industrializado el dispositivo de equilibrio de entalpía en espiral (SEED) y el nuevo Rheocasting (NRC).

Figura 1 La fracción de fase sólida de diferentes aleaciones de aluminio cambia con la temperatura.

Figura 2 Microestructura de suspensiones semisólidas de aleación de aluminio de alta fracción sólida 7108, 6063 y 7050 preparadas mediante el método SEED mejorado

Figura 3 Comparación de los resultados de la simulación del proceso de crecimiento de la microestructura con la estructura solidificada real

En la actualidad, los materiales de aleación de aluminio utilizados para aplicaciones industriales en fundición a presión de alta reología en fase sólida son principalmente aleaciones hipoeutécticas de Al-Si. Los materiales comúnmente utilizados incluyen aleaciones de aluminio A356, A357 y A319s. Las propiedades mecánicas de algunas aleaciones de aluminio fundido a presión con alta reología en fase sólida se muestran en la Tabla 2. Se puede ver que todavía existe una cierta brecha entre las propiedades mecánicas de la aleación de aluminio fundido a presión reológica y la aleación de aluminio 7075 forjada. Para satisfacer las necesidades de aplicación específicas de más escenarios de aplicación, se ha llevado a cabo en el país y en el extranjero la investigación y el desarrollo de materiales de aleación de aluminio de alto rendimiento para fundición a presión reológica.

Tabla 2 Propiedades mecánicas de algunas aleaciones de aluminio fundido a presión con alta reología en fase sólida

Figura 4 Método de identificación aplicable para aleaciones de formación de flujo.

Tabla 3 Propiedades de algunas aleaciones de aluminio de alto rendimiento utilizadas en la fundición a presión reológica de SEED

Figura 5 Resultados de simulación y resultados experimentales obtenidos al probar el modelo de ley de potencia ajustado utilizando SSR, SRS y SSS

Figura 6 Comparación de la simulación de flujo multifásico, la simulación de distribución en fase sólida y los resultados de las pruebas

Figura 7 Algunos productos de aleación de aluminio fundido a presión con alta reología en fase sólida

【Conclusión del análisis】

La tecnología de fundición a presión con alta reología en fase sólida se ha desarrollado y mejorado continuamente, y se han logrado avances en la preparación de lodos, materiales, simulación, control de defectos, etc., y se ha industrializado en automóviles, maquinaria de ingeniería, comunicaciones y otros campos. Sin embargo, con el desarrollo de la sociedad y el avance de la ciencia y la tecnología, ha comenzado a surgir la tendencia de las piezas fundidas a gran escala. Las piezas de carcasa de equipos de comunicación de gran tamaño y las piezas estructurales de carrocerías de automóviles de gran tamaño han aparecido una tras otra, lo que ha planteado nuevos desafíos para la fundición a presión con alta reología en fase sólida. . La tecnología de fundición a presión con alta reología en fase sólida está involucrada en la fabricación de piezas fundidas ultragrandes, y hay dos caminos técnicos para elegir. El primero es superar varias cuestiones clave en la fabricación integrada: ① Tecnología de preparación de lechada de alta eficiencia (masa de lechada única ≥ 40 kg); ② Nuevos materiales de aleación de aluminio con alta fluidez y excelentes propiedades integrales; ③ Proceso de formación de piezas de gran tamaño Tecnología de simulación rápida y precisa. El segundo es investigar la tecnología de soldadura de piezas de fundición a presión con alta reología en fase sólida. En primer lugar, las piezas fundidas de tamaño pequeño y de alta calidad se fabrican mediante fundición a presión con alta reología en fase sólida y luego se utiliza soldadura para unir piezas pequeñas y crear piezas de gran tamaño. Entre ellos, la segunda vía técnica es más fácil de realizar en el corto plazo y, en comparación con la tecnología de fundición a presión integrada de vacío ultraalto, tiene las ventajas de una menor dificultad técnica y una pequeña inversión en equipos. Seguramente desencadenará una ola de investigación, desarrollo y aplicación de tecnología en los próximos años. Impulsar la tecnología de moldeado a presión reológica semisólida con alto contenido de sólidos a una nueva etapa de desarrollo.

[Cita literaria]

Lu Hongxing, Hu Xiaogang, Zhu Qiang. Progreso de la investigación en la tecnología de formación de fundición a presión con alta reología en fase sólida de aleaciones de aluminio [J]. Fundición especial y aleaciones no ferrosas, 2023, 43(6): 741-746.