铝合金压铸模的焊合熔损现象

    为了高效率的生产合金压铸件,减少待模维修时间,开发和引进新型热作模具材料,并通过热处理优化模具材料的组织和性能,嘉德铝合金锻造来共同关注通过表面处理延长模具使用寿命的话题。本文我们来探讨铝合金压铸模的焊合熔损现象及其预防措施
     嘉德铝合金锻造获悉在每个压铸循环初期,模具型腔要承受炽热熔融合金的急热作用,工作表面会产生压缩热应力;压铸结束后要在模具内喷润滑剂,进行急冷,因而又在其表面产生拉应力。在这样的交变热应力作用下,模具表面会产生热疲劳微裂纹,随着压铸循环次数的增加,微裂纹急剧扩展,有的向心部扩展,形成龟裂纹。如果在裂纹周围同时伴随有熔融合金对模具型腔的冲刷及腐蚀,模具表面还会进一步损坏,最终造成模具的早期开裂甚至报废。
    1.铝合金压铸模中的焊合现象
    在所有导致铝合金压铸模失效的主要原因中,模具表面发生焊合的问题开始渐渐得到关注。“焊合”是压铸工业中的术语,它指的是模具与压铸合金之间的反应。模具表面一旦发生焊合,就会生成复杂的Fe-Al 金属间化合物相,并在下次压铸循环时在铸件表面造成缺陷。硬质的金属间相还会在模具表面堆积,因此必须中断生产并用抛光的方法除去焊合生成物,这样会导致生产时间的延长、劳动力的浪费,而且还会降低模具寿命。
    嘉德铝合金锻造表示通常按照焊合形式的不同,可将“焊合”分为两种。第一种焊合形式称为“冲击焊合”,即焊合发生在模具表面朝向型腔的入口或内浇道处。这些区域在充型时一般都受到熔融金属流的猛烈冲击,表面温度较高,受到的压力较大,保护层极易破坏,在压铸合金的不断冲刷下模具保护层失效并裸露出金属基体,合金便与基体材料发生反应生成复杂的金属间化合物相。金属间化合物较硬不易变形,它在压铸中的破裂脱落不仅会导致铸件质量缺陷,同时会带走基体材料,并暴露新鲜表面,如此周而复始,焊合现象逐渐加深,严重时会导致模具表面受到腐蚀及模具材料熔损。因此,必须要在发生焊合的早期进行及时清除并修补受损表面。第二种焊合形式称为“沉积焊合”,即焊合位置背向浇口或远离浇道。这些区域通常是表面处理或模具润滑剂不能达到的地方。因此它们的表面状态、温度分布、受压状况与其他地方不同。嘉德铝合金锻造表示通常压铸合金在到达这些区域后温度较低,其流动性也变差,容易最先凝固,炽热的半固态合金与模具表面接触时间变长,加上此处模具本身表面状态不很理想,因此容易形成FeAl 金属间化合物,在多次压铸循环中,金属间化合物会在这些流动性较差的区域逐渐沉积,最后形成严重的焊合,影响压铸生产。
    焊合层的组成,往往是复杂的Fe-Al 金属间化合物,而且由于组成该层的金属间化合物较薄,因此在分析上也有一定的困难。但是国外研究者Z.W.Chen 和D.T.Fraser 等利用X射线衍射对在熔融Al-11Si-3Cu 压铸铝合金中浸蘸H13 钢所生成的金属间化合物结构进行了分析,他们认为,焊合层由复合物层金属间化合物αbcc-( FeSiAlCrMnCu ) 、外层紧密层的六方αH-(Fe2SiAl8) 金属间化合物以及内层紧密层斜方晶的η-Fe2Al5 金属间化合物组成。而他们拍摄下的Fe-Al界面组织与笔者所作的“在ADC12 压铸铝合金中浸蘸H13 钢”试验得到的Fe-Al 界面形貌十分相似。
     2.铝合金压铸模的熔损效应
    嘉德铝合金锻造称在受到炽热的合金熔体、半固态合金冲刷,并保持加压状态下工作的铝合金压铸模在使用一段时间后,表面的保护层一般会形成网状微裂纹、龟裂甚至表面层脱落。如果不对模具表面进行修复和保养,则会发生更加严重的所谓“熔损”效应。“熔损”指的是模具在工作一段时间后,工作面受到严重侵蚀,使模具质量变轻的过程。熔损是压铸合金对压铸模具的一系列腐蚀、冲蚀、侵蚀及焊合的综合机械作用结果。
    模具基体材料Fe在压铸铝合金中的溶解过程又是一种Fe-Al 物理化学反应并生成复杂金属间化合物的过程。同时,基体中的各种合金元素也会参与到这一反应中,而所生成的金属间化合物的物相结构、反应机制等至今没有得到明确解释,只能对其进行大致的定性分析。不过由于熔损反应与在模具表面早期发生的焊合有着许多共性,因此在发生熔损的区域,往往也能找到与焊合生成金属间化合物相类似的物质,笔者在对H13 钢浸蘸入ADC12 压铸铝合金的试验中,部分试样发生了严重的熔损。
    嘉德铝合金锻造总结针对以上现象,我们也有相应的补救措施。作为铝合金压铸模,其整个系统一般价格昂贵,型腔都比较复杂。因此分析模具失效的原因,采取相应的方法预防失效,以延长模具使用寿命,是模具工业一个相当重要的课题。

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