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对于有结晶温度范围的合金,其线收缩不是从完全凝固以后才开始,而是在结晶温度范围中的某一温度开始,这对于铝合金板中热裂的形成机理是个很重要的概念。合金的总体积收缩为上述三个阶段收缩之和。液态收缩和凝固收缩会引起型腔内液面的下降,表现为合金体积的收缩,常用体收缩率表示。
这其中包括提高焊接性、易成形性和机械加工性,低成本合金化,热处理的佳化等。关于合金设计,自1975年以来,研究人员把注意力放在了用Ti、Nb、V等元素合金化,以发展高强度和高韧性钢上。因为TiN颗粒具有高度的稳定性和低熔解性,所以人们已认识到少量地加入Ti元素能起着非常有效地抑制品粒长大的作用。
它们是铝合金板产生缩孔、缩松的基本原因。固态收缩一般直观地表现为铝合金板外形尺寸的减少,常用线收缩率表示,它是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。在铝合金板生产领域,微合金化钢材的合理化理论及工艺技术已取得了巨大的进步,如残余元素控制技术的改善,连铸、快速冷却技术以及更严格的标准和用户要求等都是进一步的标志。铸型方面,对金属铸型、熔模型壳等提高铸型温度,利用涂料增加铸型的热阻,提高铸型的排气能力,减小铸型在金属填充期间的发气速度,均有利于提高充型能力。浇注条件方面,适当提高浇注温度,提高充型压头,简化浇注系统均有利于提高充型能力。
铸件结构方面能提供的措施则有限。应该指出的是:在采取上述措施时,往往会带来其他问题,这时要抓住主要矛盾,解决主要问题,由此引起的其他问题应是次要的,且可用另外的措施来解决。在铝合金板生产中,尤其是对要求高的铸件,在合金成分及铸件结构设计两方面采取措施都是不现实的。
对大型薄壁铸件,一般采用以下三条措施来改善成型问题。对于铝合金板焊接常用的电弧焊来说,焊接时,焊缝通常是由部分熔化了的母材和熔化后的焊接材料,经过十分短暂而又复杂的冶金反应,经过凝固,以及在凝固后不断变化的焊接应力(应变)作用下的相变过程,形成以铸态组织为特征的焊缝组织。如用铝合金板制造零件则可靠耐用,汽车及发动机能减少修理及修理间隔中的维修量,从而可节约几百万卢布。应用钛合金的经验证明,铝合金板适合制造高负荷的发动机零件、汽车底盘和汽车连杆。众所周知,连杆活塞机组是发动机的承载部件,根据预先计算确定,减少连杆的质量,可使惯性负载减小,减轻平衡质量,减少燃料及润滑油的消耗量,增加发动机的转数,提高发动机本身的功率。
液态金属浇入铸型后,由于铸型的散热,金属温度下降,原子间距离缩短,液态金属的体积减小。温度继续下降时,液态金属凝固,原子由近程有序转变为远程有序排列,发生由液态到固态的状态变化,原子间距离进一步缩短。金属凝固完毕后,在固态下继续冷却时,原子间距离还要缩短。为了去除此缺陷,在正向挤压棒型材时,经常采用脱皮挤压和润滑挤压。脱皮挤压是采用直径比挤压筒直径小 1 ~3 mm的挤压垫片进行挤压的,挤压后会在筒中留 下一层均匀的铸锭表皮。但是垫片与挤压筒间隙不能过大。正向挤压棒材生产较灵活否则由于金属流入间隙的阻力减小 脱皮挤压适合于易形成挤压缩尾的青铝和一些黄铝合金的挤压。
由挤压筒的另一端放入加热好的锭坯和挤压模垫。挤压力P通过挤压轴传递给模垫,又相继传递给铝板金属,迫使金属由模垫中间的模孔中流出,流入挤压轴的中心。连续挤压的特点是金属靠摩擦力和摩擦力产生的温升作用引起变形,在挤压铝制品时温度可达 400 ~500℃,可以节省在热挤压过程中锭坯的加热工序,减少铝板加热设备投资,降低生产成本和能耗。
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