航空航天材料及加工成形技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,TSINGHUA UNIVERSITY,航空材料及加工成形技术概论,航空航天材料的服役环境及其要求,毛坯选择及其成形工艺,轻合金材料加工成形技术的发展动向,一,.,航空航天材料的服役环境及其要求,近乎绝对的可靠性,：,服役的环境大大区别于一般机械或地面及水面的运载工具，,航空航天材料最大的特点就是在空中运行。,在航空航天飞行中，任何一个零部件的可靠性都提高到非常重要的地位。,必然要求构成零部件的材料必须具有近于绝对的可靠性。,轻量化,：,空中或空间飞行器与一般机械差异的另一个重要特点是要千方百计减轻重量。,不但要求强度高，刚度好，而且要求重量轻。,航空航天工业中最为独特的一句口号是,“,为减轻每一克重量而奋斗,”,，,“,比强度,”,和,“,比刚度,”,：即单位重量的强度和刚度。,航空航天飞行器的工作条件十分复杂和苛刻，而且彼此之间有很大的差异。,对航空材料的主要要求是,耐高温、高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。,飞机,飞机的结构,飞机制造材料的发展,早期：木材、蒙皮、金属丝、钢索等，,20,世纪,30,年代：金属承力蒙皮,3040,年代：镁合金，不锈钢,4050,年代：,50,年代中期才开始有,钛合金,，并被用于飞机的高温部件。,60,年代末期：大量使用,树脂基复合材料,，,以后：又出现了,金属基及碳、硼等纤维增强的各类复合材料。,飞机设计已进入,损伤容限设计,时代,(,损伤容限系指结构在规定的使用周期内,抵抗由缺陷或损伤而导致破坏的能力,),，对产品的高可靠性和耐久性提出了很高的要求。,构成飞机的主要的金属结构材料有,铝合金、镁合金、钛合金、结构钢、高温合金及各类复合材料等。,飞机结构用材将形成,“,铝合金为主，钢用量明显减少，钛合金用量显著增加，树脂基复合材料在主承力结构上全面应用,”,的新格局。,铝合金,：,高比强度、低成本、性能不断改进和应用技术相对成熟使铝合金仍然是,飞机机体结构的主要材料,提高耐久性和实现结构减重等方面的需求始终牵引铝合金向高强、高韧和耐蚀（抗剥蚀和抗应力腐蚀）方向发展。,含锂的铝合金,较常规铝合金有高的比强、比模和低密度,钛合金,：,钛合金的发展是当今航空金属结构材料中最活跃的研究领域之一，,其,比强度超过钢和铝合金，允许的工作温度高，有优异的抗腐蚀性能,，,军用战斗机上被广泛采用，其占结构重量的比例已由,F/A-18E/F,的,15%,增加到,F-22,的,41%,。,树脂基复合材料,：,先进树脂基复合材料具有比强度高、比刚度高，可设计性强，抗疲劳裂纹、耐腐蚀和结构尺寸稳定性好，便于,复杂结构的大面积整体成形，易于实现结构承载和隐形功能一体化等突出优点。,在新一代军用战斗机、民用客机和军用直升机上的用量比例已分别达到机身结构重量的,24%,、,11%,和,54%,。,航空发动机,发动机材料的选择、研究、开发及使用应当建立在充分认识发动机材料使用的基本环境与要求的基础上,使用环境的基本特点是：,高温，高载荷，高氧化腐蚀，而要求高性能重量比、高可靠性与长寿命,。,选择材料基本性能要求,：,可承受的最高温度、高温比强度与比寿命、高湿抗菌化能力、韧性、导热性和加工性。,当代高推比、低油耗发动机的关键是高温结构材料。,发动机用的典型高温材料系列,高温钛合金：,钛合金与合金钢相比具有比重小、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点。,目前在,F-100,和,TF-39,发动机上的用量已达,25%,和,33%,。,不断地提高钛合金的工作温度和强度，以代替较重的镍基高温合金，增加发动机的推重比，应是新型钛合金研究的重点。,镍基高温合金,：,镍基高温合金是具有耐高温、高强韧、抗氧化、抗腐蚀、易于成形加工的宝贵材料，故又称之为,超合金，是发动机中关键的材料,。,目前，镍基高温合金在发动机材料中所占比重约为,40%,。,单晶高温合金,是迄今在先进发动机中用作涡轮叶片最重要的材料，承受着最苛刻的工作条件,20,世纪,70,年代后，为适应发动机高温高推比的要求，大大提高了涡轮盘的工作温度和应力，导致开发出某些高强合金。,金属间化合物,：,TiAl,、,NiAl,及难熔金属硅化合物等金属间化合物，由于晶体中金属键与共价键共存，使其有可能同时兼有,金属的韧性和陶瓷的高温性能,。,比陶瓷具有两个重要特点：金属间化合物具有,较好的热传导性，因而作为高温结构材料使用,，其冷却效率较高而热应力较小；其次，某些金属间化合物（如,TiAl,，,NiAl,）,可以采用常规的冶金方法进行生产。,高温复合材料：,高温金属基与金属化合物基复合材料,具有较原基体更高的高温强度、抗蠕变性、抗冲击、耐热疲劳等优良的高温性能。,以,B,、,C,、,SiC,纤维增强的,Ti3Al,、,TiAl,、,Ni3Al,等金属化合物基复合材料,以,W,丝增强镍基、铁基合金以及以,SiC,、,TiB2,、,Si3N4,及,BN,颗粒增强的金属基复合材料,高温服役条件要求发展陶瓷及碳基复合材料。,从设计上对制造航空燃气涡轮发动机涡轮叶片用的材料，提出的要求：,高的抗氧化能力，即高的热稳定性；,足够的热强性，即能在更高的温度下具有抗蠕变和断裂的能力；,满意的塑性和韧性；,更高的抗热疲劳性能，即对能引起热应力的热交换的敏感性要低；,足够高的低循环疲劳强度；,良好的抗腐蚀能力，以保持叶片的空气动力性能；,高的导热性和低的热膨胀系数；,良好的焊接性能、锻造性能，对于铸件材料还应具有优良的铸造性能、易于浇铸成形等等。,二,.,毛坯选择及其成形工艺,零件毛坯的类型及其制造方法,选择材料成形工艺的原则,1.,零件毛坯的类型及其制造,铸件,Casting,锻件,Forging,冲压件,Stamping,焊接件,Welding,轧材,Rollin,铸造,铸造,Foundry,：是一种液态金属成形的方法，即将金属加热到液态，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的型腔的铸型中，液态金属在重力场或外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成具有型腔形状的铸件。,铸造的特点,优点：,可铸出内腔,外形很复杂的毛坯,工艺灵活性大,铸造成本低,缺点：,铸件的力学性能较低,铸件内部易产生缩孔,缩松,气孔等缺陷,铸造工序多,难以精确控制,锻 压,锻压,：是锻造,Forging,与冲压,Stamping,的总称。对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。,锻造,Forging,：在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。工（模）具一般作直线运动。,冲压,Stamping,：通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯,“锻打”发展到“塑性加工成形”,，是一个从“经验”到“规律”的漫长的认识过程。,面向,21,世纪信息时代，锻造仍将是制造金属零件的基本方式之一。,据统计，全世界生产的钢材约有,75,要经过塑性加工制成成品。,钢铁工业，,20,世纪增长了,28,倍；,21,世纪，仍将有很大的发展。,锻造的应用,形状简单，强韧性要求高的制件,锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，强韧性提高。,固态成形，制件形状受限制。,焊接,Welding,焊接的特点,:,不可拆卸的连接加工方法,(,通过加热或加压,并用或不用填充材料,使工件连接,);,与,其它连接方法,(,如螺栓连接,铆接等机械连接和粘接,),不同,其实质是两部分金属形成原子间结合的一种连接,.,优点,:,连接性能好,(,焊缝具有良好的力学性能,密封性,耐蚀性和耐高温低温等,);,省工,省料,成本低,;,可减轻工件自重,;,简化工艺,(,以小拼大,制造重型,.,复杂零部件,简化铸造,.,锻造,.,切削加工工艺,.,其它连接方法,焊接不足之处,焊接构件不可拆卸,不便更换修理部分零部件,.,焊接接头的性能与轧制的母材金属相比会有不同程度的降低,.,会产生一定的焊接残余应力和焊接变形,.,焊接接头可能产生裂纹,.,未焊透,.,夹渣,.,气孔等缺陷,引起应力集中,降低承载能力,.,焊接方法的分类,熔焊,将待焊处的母材金属加热熔化,以形成焊缝的焊接方法,常以热源的种类命名，,气焊（气体火焰为热源）,电弧焊（电弧为热源）,电渣焊（熔渣电阻热为热源）,激光焊（激光束为热源）,电子束焊（电子束为热源）,等离子弧焊（压缩电弧为热源）。,钎焊,采用熔点比母材低的金属材料,熔化之后润湿母材,充填接头间隙并与固态的母材相互扩散,从而实现连接,(,如锡焊,.,铜焊,.,银焊等,).,压焊,对工件施加压力,(,加热或不加热,),以完成焊接的方法,如电阻焊等,.,2.,选择材料成形方法的原则,选择毛坯的原则,适用性原则,：,在一定的服役年限内和一定的工作条件下，为满足该零件按设计要求正常工作所提出的有关性能要求。,外部质量：,零件的形状和尺寸，包括零件的加工精度、表面粗糙度和外观缺陷状况等,内部质量：材料的化学成分和金属组织及由它们所决定的材料的物理、化学和力学性能，以及内部缺陷状况等,经济性原则,：,在满足产品使用要求的前提下，以最少的人力物力投入，生产最多的产品，或按时完成预期的某项生产任务。,生产成本,材料费：包括原材料及各项辅助材料费,燃料及动力费：如焦炭、燃油、电费等,生产工人工资：包括基本工资及各项附加工资,车间经费：包括设备及厂房等固定资产折旧费、设备维修费及维持车间正常运转的各项费用,企业管理费,：,包括企业管理人员、技术人员及其他辅助人员的工资、企业公用资产的折旧费以及劳保、医疗等项费用。,还要把产品的运行费用、使用效益和服役年限等因素考虑进去，进行更全面的经济核算，从中确定最佳方案。,可行性原则,：,把主观设想的方案或获得途径，与某个特定企业的生产条件以及社会协作条件和供货条件结合起来，以保证按质、按量、按时获得所需要的零件或毛坯。,企业的生产条件,工程技术人员和工人的业务技术水平和生产经验,设备条件,生产能力,当前生产任务状况,企业的管理水平等,除本企业的生产条件外，还应把社会协作条件和供货条件考虑在内。,与环境相宜原则,清洁生产：既可以满足人们的需要，又可以合理使用自然资源和能源，并保护环境的使用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程中。,绿色产品：也称为可持续产品或环境意识产品。其实质是在生产过程中用少量能源和资源且不污染环境，在使用过程中极少污染环境且能耗低，使用后易于拆卸、回收和翻新或能够安全废置并长期安全。,三、轻合金材料成形技术的发展动向,主要内容,1,、轻合金加工产业的发展机遇,以铸件替代锻焊组装部件提高产品性能降低制造成本,以轻金属材料替代钢铁材料实现汽车、国防装备的轻量化、高速机动化,可回收的镁合金材料在电子信息和仪器仪表行业的应用,2,、,轻合金加工技术面临着挑战,3,、,轻合金少无缺陷精确成形技术的发展,1,、轻合金加工产业的发展机遇,以铸件替代锻焊组装部件提高产品性能降低制造成本,波音商业航空集团执行总裁,Harry Stone-cipher,指出，要鼓励用更多的铸件代替锻件和装配件。,他强调，波音集团从,装配件转变到铸件,后，仅成本就减少了,25,35,。,在一架传统的由,300,多万个零件（不包括铆钉和紧固件）组装而成的飞机中，每个铸件合并体都在加工、存货、劳力、重做、材料、设计、测试和制造中提供了重大的节约潜能。,加速向铸件转变的因素,：费用、速度、铸造过程控制的进步、检验技术、最终产品的可预测性等。,航空航天上零部件设计的任何一个失误都可能将导致灾难性的结果，因此对铸造技术提出了更严格的要求。实践中，通过静态、疲劳和破坏极限测试，,证明铸造工艺可以满足这些重要应用部位的要求,。,在航空工业的未来发展中，已经在制造工程中开始强调采用铸造工艺，而零件会变得比以前更大、更复杂、壁厚更薄，一些令人非常惊叹的工程结构上,正在使用铝和钛铸件,。,人造卫星发射载体的,钛推进器,，重,330,磅（,149.82Kg,），,是航空史上最长的钛铸件。由,Pacific,铸造科技公司以,精密铸造工艺,生产。替换了一个没有任何附加铸造因素的,铝锻件,。它的断裂强度比锻件高,30,，而重量的减轻使载重量更大。,起落装置的自锁门,A357,铝支架,，支撑着靠近波音,767,飞机的主要门通道。重,15.436Kg,（,34,磅），由,Hitchcock,公司生产，部分壁厚,2.032mm,（,0.08,英寸），它代替了一个,薄板金属组装件,，省去了,35,个零件、,25,个附件和两个组合夹具，总部件成本下降,50,。,波音,757,飞机的,EE,通道门,Woodward,Goveemor,公司（,WGC,）,飞机控制部生产的,燃料控制系统,A356,合金铸件,（右），系借助,选择性激光烧结快速成形,技术，制造出完整的砂芯（左），制造周期是常规方法的一半，成本比传统方法降低,80,。,军用飞机用,A357,合金空中加油槽,，,Hitchcock,工业公司生产，系由,装配件改为铸件,，重,11.35Kg,（,25,磅），长,1477.2mm,（,58,英寸），减少了零件数量，减少了紧固件的使用，费用节约,1/3,。,A357,武器架，,Hitchcock,工业公司生产，系由,装配件改为铸件,，重,30.418Kg,（,67,磅），长,2413mm,（,95,英寸），大大减少了制造时间，同时费用节省了,30,。,外侧架空的装载箱,A357,末端框，由进步铸造公司采用倾斜浇铸、,半金属型铸造工艺,生产，名义厚度,2.159mm,（,0.085,英寸），能抵抗,9N,的冲击力，并,代替了,17,个组装件,。,钛精铸鼓风机框架毂,，支撑着很多波音飞机上的通用电器引擎的前部鼓风机段，由精密铸造公司生产，直径,1320mm,（,52,英寸），,替换了以往,88,个需要机加工和焊接的不锈钢零件,，重量减少了,55,、动力和空间控制更好。,波音,767,驾驶员,座舱的主要工具嵌板,，将,296,个零件缩减成,11,个,A357,精铸件,，比以往减少了,50,的费用、,160,小时的装配时间、,90,的工具和,600,个紧固件。图为其中三个铸件，由,Citation,精密铸造厂生产。,航天飞机主引擎,发射引擎的涡轮泵,，,Pratt&Whitney,公司，系改为,以铸件为主的组装件,，省去了,300,多条焊缝，总零件数大大减少。,汽车座椅后背架,(seat back),以往采用钢材冲压而成。图示零件为采用,850,吨,Thixo,-molding,设备生产的镁合金件，尺寸为,18 22 1/2,。由,镁合金取代钢,后，零件的重量减轻了近,35,，,组装零件的个数由,13,降为,3,。,以轻金属材料替代钢铁材料实现汽车、国防装备的轻量化、高速机动化,随着对汽车的节能和尾气排放越来越严格的要求,节约能耗首先是要提高汽车的燃油经济性，一般途径是：提高发动机效率、减少行驶阻力、,汽车制造商争相开发新技术、新工艺，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。,改善传动机构效率以及减少汽车自重等。其中，,减轻汽车自重是其重要措施之一,。,据测算，如汽车自重减少,50 kg,，,则每升燃油行驶距离可增加,1km,；,换言之，若自重减轻,10,，则燃油经济性可提高约,5.5,。,铝合金,桑塔纳变速箱壳体、壳盖,压铸铝合金发动机件,低压铸造铝合金发动机件,高真空压铝合金件,挤压铸造铝合金件,镁合金,镁合金被认为是,21,世纪最富于开发和应用潜力的“,绿色材料,”，镁合金的研究已成为全球性的课题。,汽车用镁合金铸件,对减少汽车质量、提高燃料经济性、保护环境、提高安全性和驾驶性、改善汽车性能，增强竞争能力效果显著。,镁合金是当前使用,最轻的金属结构材料,。近年来，汽车、家电等领域促使镁合金的使用量急剧增加。,对于镁合金，,以压铸为代表的铸造制品占压倒性优势,。随着汽车轻量化的飞速发展，以及,3C,产品所面临的亟待解决的环保问题，镁合金变形材逐渐受到世人的瞩目。,Ford,公司,2000,年使用的镁合金零部件,镁合金手动变速箱外壳,镁合金压铸从动导向系统零件,汽车变速箱,后车门盖,后车门,车门,Moessner,AG,生產,尺寸,:1350 x 800 mm,重量,:2.7 kg,壁厚,:1.6 mm,減重，減振性，強度,汽缸盖,转向壳体,方向盘（左：模具；右：铸件）,仪表盘支架,一模兩腔,鑄件重量,:2.560 kg,週期:40秒,合金,:AM 60 HP,變形,/,延伸性,減重,尺寸精度,減重,尺寸精度,環保,油箱盖及车体零件,车顶支架,淨重,:3.2 kg,減重吳,4 kg,增強扭力強度,奥迪车,DAM500,箱盖（左：铸件；右：模具）,變形,/,延伸性要求,減重,簡化設計，生產工序,车椅支架,轮毂,变形加工及焊接工艺生产的汽车零件,F1,等赛车镁合金锻件,可回收的镁合金材料在电子信息和仪器仪表行业的应用,除汽车之外，镁合金应用发展最快的领域之一是电子信息和仪器仪表行业。,随着对电子及通讯产品的高度集成化、轻薄化、微型化和环保的要求越来越高，,镁合金将成为电子及通讯产品壳体及支撑结构件的最佳选择。,电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面大，其用量也是巨大的。所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。,镁合金电子设备壳体件,采用,Thixomolding,技术生产的动力工具外壳（,housing for a power hand tool,）,一体化的零件具有高的尺寸精度，并且支撑座上的固定孔可以直接成形，成形件具有轻量化和近终形等一系列特点,。,2,、轻合金加工技术正面临着挑战,汽车及国防装备的机动性对产品性能的要求越来越高，同时对产品品质也提出了更高的要求，,轻量化往往伴随着成形件的形状复杂化、薄壁化、复合化、高气密性、高尺寸精度,，对轻合金加工技术是一个挑战！,此类轻合金关键件的高可靠性对,成形件材质、加工方法以及工程管理,提出了更高的要求。,国内轻合金制造业应该在基础设施、市场认可以及建立质量保证体系等方面应做出较大的调整，以适应市场对产品高质量和低成本的综合要求。,传统制造技术和生产模式在生产具有特殊性能要求的产品时有很大局限性,。因此，研究与开发适应高质量产品生产要求的加工技术便引起人们极大的关注。,现代焊接技术的应用,:,钨极氩弧焊,.,等离子焊及切割,.,电子束焊,.,激光焊及切割等,铝及铝合金焊接的主要问题,:,氧化 焊缝易产生氧化夹渣而脆化,;,气孔 液态铝能大量溶解工件和焊丝表面的水分分解产生的氢气,结晶冷却时来不及逸出熔池表面,易产生气孔,;,热处理强化合金,(,如,Al-Cu-Mg,合金,),焊接时接头易软化和产生热裂纹,.,钛及钛合金焊接的主要问题,:,氧化污染及接头脆化 焊接时不但极易氧化,且易吸氢,.,吸氮,使塑性严重下降,.,此外,钛的导热性差,焊接工艺不当时也会使接头脆化,塑性下降,;,裂纹 焊接接头变脆时,在焊接应力作用下出现冷裂纹,;,气孔,大型复杂结构轻合金件对性能提出了更高的要求,熔体技术、热处理技术、组织控制、工艺控制,大直径、复杂结构铝合金轮毂低压铸造技术的开发,与锻造轮毂竞争，考虑设计自由度以及制造成本进行低压铸造设计。,形状为栅格结构、尺寸为,17in,。,设计面最小拔模斜度为,3,，最小的轮辐为,3mm,。,设计方案,研究开发,工艺设计,：结合,CAE,分析技术，进行冲击试验、回转疲劳试验以及冲击耐久试验（,VEA,限定载荷,690Kg,），,确定合适的铸件结构和形状,。,工艺控制,：模具的冷却控制一定精确。模具温度分布有利于铸件顺序凝固，模具温度控制在较低范围。,7.85Kg,轮毂大直径、复杂结构铝合金低压铸造技术的开发,研究开发,模具温度变化及其控制,与传统轮毂低压铸造比较：,模具下限温度更低,模具上限温度更高,冷却速度更大,在一个铸造周期内，前半周期空冷，后半周期水冷，最后得到致密微观组织的制品,解决铸件气孔、疏松等问题，获得高致密度产品，成为现代轻合金铸造发展中亟待解决的问题之一,ADC10,、,ADC12,合金发动机壳体,浇注温度,：,650,670,铸造压力,：,710Kgf/cm3,压射速度,：,30m/s,尺 寸,：,432495404mm,重 量,：,19Kg,气密试验,：,0.5Kgf/cm,2,空气压、检测时间,5,秒,生产情况,：月产,7,000,台，,品质要求表面机械,加工后无气密性不良现象,.,无气密不良现象。,制造方法,：,真空压铸（,3300,吨卧式压铸机抽真空装置）,AC4C,合金轿车转向节,汽车的重要安全件，,X,射线检测内部缺陷，荧光浸透探测外部缺陷。,热 处 理,：,T6,处理,机械性能,：,抗拉强度：,28Kgf/mm,2,延伸率：,12,硬 度,：,HB75,110,尺 寸,：,221203139mm,重 量,：,1.87Kg,组 织,：微细的组织,制造方法,：,液态模锻,（,900Kgf/cm,2,的压力作用下凝固）,轻合金铸件对精度、强度、复杂程度等综合指标提出了更高的要求,A356,合金航空引擎热交换器用零部件,壁厚,3.5mm,的,复杂形状的耐压部件,，尺寸精度、强度要求高，仅允许有细微缺陷。,制造方法,：精密铸造。,热 处 理,：,T6,处理,机械性能,抗拉强度：,28Kgf/mm,2,屈服强度：,27Kgf/mm,2,延伸率：,3.9,硬度：,HB86,耐压性能,气压：,10Kgf/mm,2,水压：,45Kgf/mm,2,制造工艺,：特殊的装置防止砂芯变形，确保尺寸精度。熔体采用真空除气，,浇铸系统优化设计以防止氧化物卷入,尺 寸,：,长：,250mm,高：,550mm,筒直径：,116mm,壁厚：,3mm,重 量,：,6.6Kg,ADC10,汽车缸体,汽车轻量化对铝合金铸件提出了更高的要求，传统压铸有其局限性，,此缸体采用特殊的砂芯,，以满足铸件的复杂形状要求。,铸造方法,：,中压层流压铸,具有特殊溃散性要求,的砂芯，垂直式压铸层流充填。,机械性能,抗拉强度：,25Kgf/mm,2,延伸率：,3,硬度：,HB80,尺寸,：长,340mm,、高,205mm,、宽,305mm,重量,：,13.5Kg,微观组织,：热处理后获得比一般铸造法更细小的组织。,材质改良、制造工艺革新和复合化是轻合金满足特殊要求、降低制造成本的重要途径,AC8A,SiC,复合材料,活塞,要求高抗热龟裂性、高耐摩性。,制造方法：高压凝固铸造（,Hi CAST,）,熔体在高压作用下浸入,SiC,间隙,性 能：,项目,AC8A-T6,AC8A-T620volSIC-W,率,Kgf/mm,2,常温,7,500,11,000,300,5,000,8,000,抗拉强度,Kgf/mm,2,常温,28,40,300,13,24,疲劳强度,Kgf/mm,2,10,循环,200,8.5,12.5,比摩耗性,10,10,mm,3,/,Kgf,，,mm,230,，,1000Hr,加热后,30,8,4000,循环后热冲击龟裂总长,mm,，,150,400,75,7,尺 寸：,132.9100,重 量：,2.74Kg,耐摩环境：铸铁,生产情况：,1988,年开始量产,ADC12,合金 歧管,此件一般采用重力铸造砂芯的制造工艺，壁厚增加往往导致铸件重量增加，铸件内腔表面粗糙导致空气阻力增加。,制造方法,：,PF,压铸分体铸造焊接,，使铸件壁趋于减薄，减,重,35,。而且铸件内腔壁趋于光滑，空气阻力大,大减少。,PF,压铸确保铸件含气量降低到最低限,度，以获得健全的制品，确保可焊性。,机械性能,：,抗拉强度：,28.2Kgf/mm,2,屈服强度：,23.4Kgf/mm,2,硬度：,64HRB,尺 寸,：,32018075mm,重 量,：,1.2Kg,组 织,：非常细小、健全的焊接部位的组织。,镁应用发展的面临问题及挑战,价,格,技,术,镁合金,价格降低和技术的进步,决定了镁应用的发展程度,AZ91D,镁合金摄像机框架,此类复杂薄壁件往常采用精密铸造方法，现采用,压铸,，大大降低加工成本。,制造方法,：,300t,镁合金热室压铸,性 能,：轻量、高刚性,重 量,：左,310g,、右,290g,3,、,轻合金少无缺陷精确成形技术,压铸技术发展,铝合金,压铸技术的发展,无气孔压铸技术（,GF,）：,1979,年日本,UBE,开发的在模具上具有抽气装置的压铸技术。,部分加压压铸技术：为了消除局部疏松，在金属充型后局部施加压力。,分割铸造技术：复杂件分割铸造，然后焊接。,压铸用溃散性好的芯子：对于复杂件，中压铸造使用溃散性好的芯子。,今后的研究课题,铸造方案的研究：流场、凝固场解析，以确定合适的铸造方案。,压铸无人化：各种检测自动化、各工部自动化。,分型剂研究：对于分型剂，研究气体的产生原因，表面处理等方面的基础研究。,缺陷原因的揭示：对于压铸生产，缺陷的产生原因多数是凭经验认识的，需要科学地揭示其产生机制。,压铸设备的改造：现场卧式压铸设备有很大的改造空间，以获得理想状态的成形设备。,现场清洁化：生产现场清洁化，以改善环境。,实时控制通常成为新一代压铸技术的主要标志，压铸设备的实时控制一般作用于压铸过程的两个工艺阶段：注射阶段（,injection phase,）,和施压阶段（,pressurization phase,）。,在注射阶段，通过调节注射活塞的速度，可以自由确定注射分布曲线，调节点能够灵活控制注射活塞的加速和减速。在施压阶段，可以产生周期性的压力波动，以加强铸件凝固期间对凝固的补缩，从而可以生产出高质量的气密件。,实时控制,传感器技术的发展和应用则是新一代压铸技术的另一个主要标志。新型压铸设备的模具型腔采用了压电式压力直读传感器和监测金属液流前沿的位置传感器。,在采用半固态压铸和挤压铸造技术生产高质量铸件时，这种传感器系统具有同等的价值。,传感器技术,高耐压件压铸技术研究及其应用,铸造缺陷防止对策,镁合金,采用,变形合金压力加工,的方法可以获得高性能的镁合金零件，例如锻造轮毂、冲压成形镁合金壳体。,经历了,20,多年发展的,真空压铸、充氧压铸和半固态成形,对消除镁合金压铸件铸造缺陷，提高其力学性能及表面和内在质量均取得了良好的效果。,复合化技术,：日本,JSW,首先采用,Thixomolding,技术生产镁合金件，继而采用锻造技术制造高性能复杂结构件。,半固态成形分为触变注射成形、半固态触变成形、半固态流变成形等。用该法生产的镁合金件可进行热处理强化。,日本,JSW,、,加拿大,Husky,公司均可提供系列化的触变注射成形装备；德国,Frech,、,瑞士,B,h,ler,则进行了镁合金半固态触变成形设备的研究开发。,半固态加工技术,半固态加工技术,流变成形,&,触变成形,非枝晶半固态合金呈“冰淇淋”状,半固态加工技术的特点,便于实现高度自动化、提高生产率,改善环境、生产趋于更安全,显著提高了成形件的质量和可靠性,半固态压铸件可以热处理（,T5,、,T6,）,大大减少对成形模具的热冲击,净形化成形，减少切削加工,在制备复合材料方面显示出优越性,电磁搅拌,连续铸坯,设备,多工位感应加热装置,成 形 装 备,成 形 装 备,瑞士,B,HLER,公司推出的触变压铸设备,日本,UBE,公司推出的流变压铸设备,成形装备,半固态加工技术应用,半固态加工技术应用,半固态加工技术应用,与传统成形工艺的对比,成形工艺,优点,缺点,模锻,良好的微观组织,结构致密,需高载荷,模具磨损大,成形件形状简单,压铸,成形件形状复杂,低载荷,充型时有湍流,微观组织不理想,疏松、气孔存在,机械性能较低,半固态成形,成形件形状复杂,低载荷,组织致密,充型时呈平流,容易操作,模具寿命高,对控制的要求高,有可能产生液相偏聚,镁合金触变注射成形技术,触变注射成形原理,镁合金触变注射成形技术,镁粒,镁合金触变注射成形技术特点,终形或近终形成形，成形件的尺寸精度高，通常是普通压铸件的,5,倍作用，从而可以减少或免除切削加工。,成形件具有极佳的尺寸重现性和表面质量，减小了清整强度。,机械性能高于或相当于压铸件。,镁合金碎屑和切割的浇注系统可以完全回收。,可以成形壁厚为,0.5mm,20mm,的零件。,无需液态金属熔炼和浇注，生产过程更加清洁、安全和节能。,成形件的收缩、残余应力以及变形小。,成形过程卷入的气体大幅度减少，孔隙度小于,0.069%,，从而成形件可以热处理。,成形件致密度高，具有良好的耐腐蚀能力。,有助于提高模具寿命。,流变注射成形技术,RHEOMOLDING,挤压铸造技术,挤压铸造技术,直接挤压,挤压铸造技术,水平间接挤压,挤压铸造技术,垂直间接挤压,在使用材料方面，挤压铸造工艺有其简便性、经济性和高效性。,机械性能显著提高。,成形件的缺陷少，可以经过,T6,处理。,适宜于制造金属基复合材料。产品有：活塞、活塞杆、连杆、阀体、汽缸头、汽缸衬套等。,适用合金范围广，适用于常规铸造合金和变形铝合金。,容易实现自动化生产，接近净形化成形。,挤压铸造技术优点,不能使用砂芯。,侧壁厚,5mm,。,适宜的铸件尺寸取决于施加的压力，对于现行最大的设备,(1500,吨,),设计面积不大于,1200cm2,。,投资高。挤压铸造工艺适宜于大批量生产。,与压铸相比，模具寿命低。,铸造形状复杂件有一定限制。,由于具有较陡的温度梯度，铸件有时出现所谓的反偏析；以至于表面偏析较严重时，表面结晶温度低于随后所要求的热处理温度。,挤压铸造技术缺点,挤压铸造技术应用,日产公司采用此工艺制造羊角,(steering knuckle),，,具体参数如下：,材质为,A356,铝合金，熔炉保温温度为,750,，凝固时施加的压力为,800bar,热处理采用,530,盐浴保温,4,小时，随后水淬，最后在,180,时效,6,小时。,挤压铸造技术动力支架,挤压铸造技术转向器壳体,挤压铸造技术刹车钳,高真空压铸技术,高真空压铸,真空压铸仍存在诸如如何精确控制工艺过程的稳定性等问题。从另一侧面说，真空压铸可以被看作是对于传统压铸工艺的改进，而不是将其成形件扩大至厚壁范围。,这种技术可以被视为以往真空技术的延伸（以往的真空度往往不超过,100 mbar,或更低）。目前，此项技术的另一种形式是借助于称之为“吸管”的装置利用真空将液态金属输送至压射筒中。,在多数情况下，利用真空的目的无外乎主要是消除气体的卷入，真空的应用不会也不希望会对凝固收缩产生较大的影响。因此，真空下的压铸也仅适用于薄壁均匀铸件。,此工艺仍需要一些特殊的模具工艺以确保在生产过程中具有合适的真空度，即使有此限制，真空压铸仍被认为在可以热处理铸件领域有较大的实用意义。,高真空压铸铝合金支架,高真空压铸其它零件,技术对比,不同成形条件下的组织,不同成形方法技术对比,各种技术都会有不同的特点和市场定位，其中,高真空压铸,定位于薄壁高致密铸件的竞争者，而,挤压铸造,和,半固态铸,造则无论是在薄壁还是厚壁件的竞争中更加强劲。,从长远的观点看，最终胜利者在于是否可以哪种技术能够提供,最大的灵活性,和,最佳的综合效益,。,谢谢！,