Джерело для лиття гібридних металів

Франко К'єза, Гі Морін, Бернард Туга, Центр Металургії дю Квебека, та Ж.Ф.Корріво, Колледж де Труа-Рівьєр, Труа-Рівьєр, Квебек, Канада

(Клацніть тут, щоб побачити історію, як вона з’являється у березні/квітні 2014 року, дизайн та закупівля лиття металів.)

Оскільки зменшення ваги автомобіля продовжує залишатися рушієм у частинному дизайні та розробці, розробляються різні нові стратегії для забезпечення міцності при зниженій вазі. Однією із стратегій є процес лиття легкого металу, такого як алюміній або магній, на важчу металеву підкладку. Покриття сталі або міді алюмінієм або магнієм дозволяє скористатися міцністю сталі та корозійною стійкістю та здатністю теплопередачі міді без шкоди для невеликої ваги, яку шукають у багатьох додатках. Після заміни алюмінію чорними виливками в автомобільній промисловості подальші інновації включають прийняття гібридних рішень, де поєднується суміш дуже різних матеріалів.

Наприклад, високий механічний опір сталі може бути пов’язаний із легкістю магнію, як у прикладі, показаному на рис. 1. Ще одним вражаючим прикладом гібридної збірки є рядний шестициліндровий двигун BMW. У цьому випадку зниження ваги було досягнуто за допомогою відливання магнію над алюмінієм, який, на відміну від магнію, протистоїть корозійній агресії охолоджуючої рідини. Перекриття може бути вигідним при зменшенні витрат на обробку або посиленні тепловіддачі, наприклад, шляхом вбудовування мідних труб в алюміній. Подібним чином вставки в алюмінієві виливки можуть використовуватися для місцевого підвищення їх міцності, властивостей теплопередачі або зносостійкості.

Виливки з алюмінію та магнію забезпечують значну економію маси у порівнянні з деталями із чорних або мідних деталей. Порожнисті секції, як правило, ефективніше зменшують напруження в механічному вузлі. Ці секції можуть бути отримані шляхом наплавлення труб з “важких” матеріалів алюмінієм, що може забезпечити складність форми, запропоновану процесом лиття під тиском.

Доведення процесу

Для випробування методу перекриття для виготовлення гібридного металевого лиття компанія Technology Magnesium & Aluminium Inc., Труа-Рівьєр, Квебек, Канада, провела виливки для металургійного, механічного та теплообмінного дослідження, проведеного на стику сталевих стрижнів і мідних труб похмурий алюмінієм A356 в процесі постійного формування низького тиску.

Першою метою було виміряти механічну адгезію, виражену в МПа, на межі розділу сталь-алюміній 0,25 дюйма. (6 мм) циліндричні сталеві вставки, похмурі алюмінієм A356, і, також, тепловий опір на мідно-алюмінієвій межі мідних труб, вбудованих в алюміній A356. Цей опір, виражений коефіцієнтом тепловіддачі у Вт/м2/° C, вимірювали для температур лиття 1310F (710C) і 1400F (760C) і для початкових температур вставки 77F (25C) і 617F (325C).

Для кожної умови спостерігали рентгенограми та металографічні структури на межі розділу для оцінки відповідності поверхні та можливої пайки або розчинення вставки. Моделювання наповнення та затвердіння дозволило визначити місцеві теплові умови вздовж межі розділу. Дослідження спробувало співвіднести ці теплові параметри з виміряними властивостями на межі розділу, а саме, механічним зчепленням для сталевих стрижнів та термічним опором для мідних труб. Це поширює кількісні результати на різноманітні розміри вкладишів та форми лиття.

0,2 дюйма Сталеві стержні діаметром (6 мм) і мідні труби були похмурі в товщій ділянці (1,0 дюйма [25 мм]) східчастого лиття, як схематизовано на рис. 2. У подальших дослідженнях було досліджено тридцять вісім східчастих виливків. Як правило, однакові умови лиття застосовувались тричі для оцінки повторюваності виміряних коефіцієнтів адгезії та тепловіддачі для сталевих стрижнів та мідних труб відповідно. Металографічну та SEM-мікроскопію навколо межі розділу проводили на деяких з цих виливків та рентгенологічних знімків, дозволених для перевірки можливих порожнеч на межі відливання-вставки.