Investigación sobre la estructura y propiedades de la fundición reológica por compresión de la aleación de alta resistencia Al-11zn-1.84mg-0.92cu-0.15zr-0.15sc

A medida que la fabricación de piezas estructurales en los campos de la aeroespacial, el tránsito ferroviario, los automóviles y las industrias militares y de defensa nacional se desarrolla en la dirección de la integración y el desarrollo a gran escala, la demanda de piezas estructurales livianas a gran escala aumenta día a día y existe una tendencia a utilizar aleaciones de aluminio de alto rendimiento para reemplazar los materiales de acero. . La aleación Al-Zn-Mg-Cu tiene las características de alta resistencia y alta tenacidad, y es uno de los materiales preferidos para aligerar el peso. Sin embargo, este tipo de aleación de aluminio altamente aleado suele ser una aleación de aluminio deformada con un rendimiento de fundición deficiente, un amplio rango de temperaturas de solidificación y contracción. Debido a problemas graves como la segregación y el agrietamiento en caliente, no se puede moldear ni moldear directamente. El rendimiento debe mejorarse mediante múltiples procesos, como fundición, deformación plástica y mecanizado, antes de que pueda utilizarse. El coste de procesamiento es elevado, lo que limita en gran medida la amplia aplicación de la aleación.

La tecnología de fundición reológica semisólida combina el proceso de lechada semisólida con el proceso de fundición tradicional y tiene muchas ventajas técnicas, como una capacidad de llenado mejorada de la lechada semisólida, una estructura fina y uniforme de la pieza fundida después de la formación, una mejora significativa en la segregación y la solidificación de la pieza fundida. El grado de contracción es pequeño, la tendencia al agrietamiento térmico es pequeña y las propiedades mecánicas mejoran significativamente. Sin embargo, la aleación Al-Zn-Mg-Cu actualmente estudiada en conformación reológica es una aleación de aluminio deformada de la serie 7xxx. Aunque el proceso de fundición reológica semisólida puede mejorar hasta cierto punto la resistencia al agrietamiento térmico de la aleación, es difícil cumplir con los requisitos de formación a gran escala para piezas fundidas complejas.

Sobre la base de investigaciones anteriores, el equipo de investigación del ingeniero senior de Youyan Composites, Zhang Zhifeng, seleccionó la aleación Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc como objeto de investigación y utilizó fundición por extrusión reológica para estudiar el craqueo en caliente de la aleación. Las propiedades sensibles y la estructura y propiedades mecánicas de las piezas fundidas reológicas se utilizan para preparar piezas fundidas orbitales de alto rendimiento con propiedades mecánicas cercanas o superiores a los requisitos de aleaciones de deformación similares, con el fin de proporcionar tecnología para la aplicación de ingeniería de piezas fundidas reológicas de aleaciones de aluminio de resistencia ultra alta. referirse a.

Zhang Zhifeng es ingeniero senior y supervisor doctoral en el Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing. Recibió su doctorado en procesamiento de materiales de la Universidad Tecnológica de Dalian en 2001. Ha estado comprometido durante mucho tiempo con la investigación de la solidificación controlada avanzada y la tecnología de conformado de precisión semisólido de aleaciones de aluminio y sus materiales compuestos durante más de 20 años. Ha formado características distintivas de investigación en el control electromagnético del refinamiento y la uniformidad de la estructura de solidificación. Ha publicado más de 200 artículos académicos y ha sido autorizado por el estado. Tiene más de 50 patentes y 5 premios de ciencia y tecnología a nivel provincial y ministerial. También se desempeña como miembro del consejo editorial de la revista Special Casting and Nonferrous Alloys.

[Contenido de imagen y texto]

Utilizando una aleación de aluminio autoconfigurada, las materias primas son lingotes de aluminio de alta pureza (99,99 %, fracción de masa, lo mismo a continuación), lingotes de magnesio de alta pureza (99,95 %), lingotes de zinc de alta pureza (99,92 %), Al-50Cu, Al-10Zr y Al-2Sc. La composición del lingote de aleación principal se detectó utilizando el espectrómetro de lectura directa de chispa eléctrica FOUNDRY-MASTER Pro y El contenido de Sc en la aleación se midió mediante el método de análisis de la composición química de aluminio deformado y aleaciones de aluminio en GB/T17432-1998. La composición química real de la aleación se muestra en la tabla 1. La aleación se funde utilizando un horno de calentamiento por resistencia. El crisol de fusión está fabricado de grafito de alta pureza. La temperatura de fusión se controla a 760°C. La aleación fundida se desgasifica y se elimina la escoria mediante gas argón giratorio. La temperatura de la masa fundida se controla a aproximadamente 720°C y se deja reposar. .

Tabla 1 Composición química real de la aleación de prueba (%)

Figura 1 Imagen real del dispositivo de fundición reológica por compresión y las piezas de la pista.

1. Colector de temperatura 2. Termopar tipo K 3. Fundido 4. Crisol 5. Bobina de agitación

Figura 2 Diagrama de ubicación de muestreo para observación de la estructura de los componentes de la vía y pruebas de propiedades mecánicas

Figura 3 Las barras de prueba de craqueo en caliente reales de la aleación de prueba y la aleación 7075 y los resultados del cálculo correspondiente del índice de sensibilidad al craqueo en caliente

No se observaron grietas en caliente obvias en las dos varillas más cortas de la aleación de prueba agrietadas en caliente. El agrietamiento sólo se produjo cerca de las aberturas del bebedero y de las bolas de retención de las dos varillas más largas agrietadas en caliente. La mayoría de las grietas eran grietas leves y no se encontró ninguna fractura completa. . En la Figura 3b, aparecieron grietas graves en la abertura del bebedero de la varilla de craqueo en caliente más larga de la muestra de aleación 7075, y aparecieron grietas leves en la abertura del bebedero y la bola restrictiva de la segunda varilla de craqueo en caliente más larga. Por lo tanto, la resistencia al agrietamiento térmico de la aleación de prueba Sensibilidad mejor que la aleación 7075

Figura 4 Estructura OM de muestras en diferentes posiciones de piezas de pista fundidas por extrusión antes y después de la agitación electromagnética

Figura 5 Tamaño de grano de las piezas de la pista fundidas por extrusión antes y después del tratamiento con agitación electromagnética

Figura 6 Imágenes SEM de la estructura de piezas de pista fundidas por extrusión en diferentes posiciones antes y después del tratamiento de agitación electromagnética

Figura 7 Análisis EDS de la fase no resuelta de la aleación T6 después del tratamiento térmico en la Figura 6a

Figura 8 Propiedades mecánicas de piezas de vía fundidas por extrusión antes y después del tratamiento con agitación electromagnética

【Conclusión del análisis】

(1) La aleación Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc tiene buena resistencia a la sensibilidad al agrietamiento térmico. Después del tratamiento de fusión con agitación electromagnética, los granos de las piezas del riel fundido por extrusión son finos y uniformes, y los límites de los granos son. El número de fase primaria gruesa de Al3 (Sc, Zr) y fase eutéctica de bajo punto de fusión disminuye, y el tamaño disminuye significativamente.

(2) Después del tratamiento térmico T6, la fase eutéctica de bajo punto de fusión se disuelve casi por completo en la matriz y las propiedades mecánicas de la pieza fundida mejoran significativamente. La resistencia a la tracción promedio alcanza los 565 MPa, el alargamiento es del 7,5% y las propiedades mecánicas son consistentes y estables. La sexualidad mejora significativamente.

[Cita literaria]

Xu Yongtao, Zhao Purui, Bai Yuelong y otros. Investigación sobre la estructura reológica de fundición por compresión y las propiedades de la aleación de alta resistencia Al-11Zn-1,84Mg-0,92Cu-0,15Zr-0,15Sc [J]. Fundición especial y aleaciones no ferrosas, 2023, 43(6):763-767.

XU YT, ZHAO PR, BAI YL, et al. Microestructura y propiedades mecánicas de la fundición reo-squeeze de aleación Al-11Zn-1.84Mg-0.92Cu-0.15Zr-0.15Sc de alta resistencia [J]. Fundición especial y aleaciones no ferrosas, 2023,43(6):763-767.