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      壓鑄件的拉伸性能影響及疲勞失效原因

      發布日期:2022-07-22 發布者:潤恒壓鑄廠
      工業生產中較為常見的壓鑄合金主要包含鋁合金、鋅合金、鎂合金等熔點較低的有色合金。近些年我國汽車行業擴張,而壓鑄鋁合金在汽車零部件中應用   為廣泛,其合金種類了發展。
      常用的壓鑄鋁合金,主要分為三大類;一是鋁硅合金,主要包含ADcl、ADc3等;二是鋁硅銅合金,主要包含ADC10、ADC12、ADC14等;三是鋁鎂合金,主要包含ADCS、ADC6等。
      壓鑄鋁合金的性能特點及應用。對于鋁硅合金和鋁硅銅合金而言,硅含量通常在6~12%之間,硅元素主要起到提高合金液流動性的作用;其中銅元素主要起到提的作用,此外,銅還會降低固相線,使得凝固范圍變寬,降低液態金屬的流動性(增加孔隙率),增加熱裂傾向。由于銅在鋁中的溶解度約為4%,其含量不宜超過4%~5%;鐵含量通常在0.7~1.2%之間,在此比例之內,工件的脫模效果較佳,但鐵元素會形成金屬間化合物并降低鑄件力學性能,壓鑄中鐵含量不宜超過2%。鋁鎂合金的凝固范圍寬、收縮傾向大,經常產生縮松和裂紋,鑄造性能差。因此,在其使用范圍上有較大局限性,不宜生產結構復雜的工件。
      相對于其他鑄造鋁合金,AI一Si系鋁合金的鑄造性能較好,并且由于合金中硅相含有很大的凝固潛熱,其比熱容較大且線收縮系數較小,在工業生產中長期占據主要地位。而AI一12SI共晶合金擁有窄凝固溫度范圍,優良的流動性使其具有良好的充型能力,熱裂、縮松傾向也都較小,被認為具有較佳的鑄造性能,在壓鑄生產中被廣泛用來生產大型、薄壁、復雜形狀壓鑄件。
      壓鑄過程中,液態金屬在高壓高速條件下填充型腔,液態金屬流體易出現紊流現象導致在壓鑄過程中鑄件極易產生由氣體和氧 化膜卷入形成的孔洞缺陷,而孔洞對壓鑄件的力學性能尤其是疲勞性能有著   的影響。對壓鑄孔洞與力學性能之間的關系進行了許多   。由氣體卷入引起的孔洞對鑄件拉伸性能的影響,提出所   的ADC12壓鑄件滿足性能要求的孔隙率與較大孔洞尺寸;孔洞形狀、尺寸、位置及孔洞之間的距離對AZglD鎂合金壓鑄件應力集中的影響,指出孔洞的尺寸越大,形狀越復雜,其引起的應力集中愈大;隨著壁厚增加壓鑄鎂合金的孔隙率減少,晶粒變大,強度降低但伸長率升高;含孔洞壓鑄件斷裂的主要影響因素是斷面處的孔洞百分比,進一步說,具有較低孔隙率的試樣也可能由于孔洞偏聚造成薄弱部位先斷裂。結合鑄造孔洞預測與力學有限元分析,模擬了考慮孔洞的試樣拉伸行為并計算出其伸長率,與實驗較為吻合,提供了一種鑄件從設計到生產的優化方法。
      壓鑄中的高壓射速度會導致充型過程中金屬液卷入大量氣體,從而形成氣孔缺陷,難于進行熱處理,制約了壓鑄合金的力學性能。近年來,針對壓鑄件內部存在的孔洞問題,發展了多種壓鑄,如真空壓鑄技術、半固態壓鑄和擠壓鑄造,從而生產出具有、可熱處理、可焊接、高致密度等特點的壓鑄件。雖然真空壓鑄、充氧壓鑄等壓鑄技術可以減少孔洞的形成,但由于生產成本等原因,距離廣泛應用仍有較長的時間,壓鑄件中孔洞缺陷問題還將長期在實際生產中存在,現今有相當的工作者致力于鑄件孔洞的   。微觀孔洞是鋁合金鑄件的主要缺陷之一,其對鑄件的力學性能,尤其是疲勞性能有著重要的影響。鑄造合金的疲勞性能主要與其孔洞缺陷及微觀組織特征相關。對于含有相當數量孔洞的鑄件,其疲勞性能的分散性主要受孔洞的數量和尺寸影響。而對于含有較少孔洞的鑄件,其疲勞行為主要受其孔洞以外的微觀組織特征決定,如氧 化膜、   相粒子、枝晶間距、晶粒大小等。
      影響疲勞性能的因素有很多,一般認為,無缺陷的延性固體受循環載荷作用下,疲勞裂紋萌生于表面駐留滑移帶(PersistentslipBands,P)和侵入擠出,這是由于不同的滑移面產生不同的滑移量造成的。由于P和基體界面的位錯密度和分布有突變,從而產生間隙,易成為疲勞裂紋萌生區域。
      在具有孔洞、氧 化膜等缺陷的鑄件中,這些缺陷成為了引起疲勞失效的主要因素。A356鑄造鋁合金的微觀孔洞和組織、成分、共晶相形貌)對疲勞性能的影響,指出在鑄件孔洞缺陷很少時,疲勞性能主要受氧 化膜和微觀組織影響。晶粒大小、孔洞和非金屬夾雜物等對疲勞裂紋萌生過程和s一N曲線形狀的影響。不同夾雜物對A356一T6鑄造鋁合金疲勞性能的影響(孔洞類缺陷控制),提出基于微觀組織(樹枝晶大小、較大si粒子尺寸、較大孔尺寸、較大氧 化物尺寸和孔洞離表面的距離)的高周疲勞裂紋萌生和擴展模型,計算出不同應力條件下的疲勞壽命。國內有關孔洞類缺陷對鑄造鋁鎂合金疲勞性能   的影響規律的報道較少,在A356鋁合金疲勞行為的   中指出,在循環加載過程中,   相粒子周圍出現位錯塞積,將會成為疲勞裂紋的起源。
      壓鑄件由于存在孔洞等鑄造缺陷,不僅加速了疲勞裂紋的萌生,還減少了疲勞裂紋擴展的時間,導致壓鑄件的疲勞壽命較短。有   指出,疲勞性能和缺陷的尺寸大小直接相關。鑄件的疲勞性能與缺陷的分布位置有關,取自板狀鑄件近表面且遠離澆道口處的試樣疲勞性能較好,相反板狀鑄件中心部位靠近澆道口處的試樣疲勞性能   差,但壓鑄件的疲勞性能和壁厚關系仍有待進一步   。
      鑄件中靠近表面的孔洞可以直接充當疲勞裂紋萌生的缺口,并且減少了疲勞裂紋的擴展時間。一般來說,鑄件中的孔洞尺寸越大越靠近表面,應力集中就越強烈,疲勞裂紋容易萌生于這些部位。影響壓鑄件疲勞性能   主要的因素是孔洞缺陷(尺寸大小、形狀和位置分布等),疲勞斷裂試樣90%以上都是在孔洞處萌生裂紋。通過對疲勞斷口的sEM觀察判定疲勞裂紋的萌生區域,再利用圖像分析軟件對疲勞源處的缺陷特征做定量處理,說明了臨近表面處孔洞尺寸的增加會縮短疲勞壽命。


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