Innovaciones de vanguardia en fundición a presión de aluminio de 2022

En los últimos años, con el rápido desarrollo de las industrias del automóvil, aeroespacial y informática, se han impuesto requisitos más altos a las fundiciones con ligereza, alta tenacidad y resistencia a la corrosión. Para las piezas de aleación de aluminio, el procesamiento y conformado de aleaciones de alta resistencia, alta tenacidad, resistentes a la corrosión, aleaciones deformadas, y el proceso de conformado de piezas de aleación grandes y complejas se han convertido en los focos de investigación de aleaciones ligeras. Sin embargo, la mayoría de las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio fundidas son principalmente baja resistencia a la tracción y baja elongación en estado de fundición a presión.

¿Por qué necesitamos discutir la nueva fundición a presión de aluminio?

Con el desarrollo de la tecnología, la demanda de fundiciones de alta resistencia y ligeras ha aumentado gradualmente, y las ventajas de usar el proceso de fundición a presión para preparar piezas de aleación de aluminio han atraído la atención. El proceso de fundición a presión (die-casting) es un proceso de fundición especial comúnmente usado en la industria de procesamiento. Al llenar metal fluido o semi-fluido en un molde de fundición a presión a alta velocidad bajo alta presión, se forma y solidifica bajo presión para finalmente obtener una fundición.

Debido a que las fundiciones formadas por el proceso de fundición a presión tienen las ventajas de alta precisión dimensional, alta resistencia y alta utilización de material, la fundición a presión y la fundición a presión de alta resistencia se usan ampliamente en la fabricación de componentes con formas complejas y cargas moderadas.

La densidad del aluminio es solo alrededor de 1/3 de la de hierro, cobre, zinc y otras aleaciones. Es uno de los materiales de aleación de fundición a presión que cumplen con los requisitos de ligereza. Además, el aluminio tiene una alta resistencia específica y rigidez específica y tiene buenas propiedades reológicas de cuerpo plástico. El rango de temperatura de cristalización es estrecho, la tasa de contracción lineal es pequeña y otras ventajas, es fácil de formar y cortar, y tiene altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Basado en las ventajas anteriores, la aleación de aluminio se ha convertido en uno de los materiales de aleación de fundición a presión de alta resistencia y tenacidad.

Las fundiciones a presión de aleación de aluminio tienen excelentes efectos de reducción de peso en las industrias automotriz, aeroespacial y otras. Desde la década de 1980, el rápido desarrollo de la industria automotriz ha impulsado el desarrollo de industrias relacionadas, y el desarrollo de la industria automotriz se trata principalmente de inteligencia, ligereza, modularización, etc. La tecnología de reemplazar fundiciones de hierro fundido con fundiciones de aleación de aluminio, plásticos de ingeniería y fibra de carbono se ha desarrollado rápidamente. Entre ellos, más de 40 tipos de piezas como intercambiadores de calor, cilindros de motor, bombas de agua y cubos de rueda en automóviles están hechos de aleaciones de aluminio.

Nuevas aleaciones de aluminio para fundición a presión

La industria automotriz continúa desarrollándose basada en las necesidades de energía, seguridad, confort y otros factores. Las necesidades de desarrollo de la industria automotriz para materiales están en la era de la aplicación de aleaciones de aluminio-magnesio para reemplazar acero, hierro fundido y otros materiales que consumen energía, de alta calidad y pesados.

Las piezas de carrocería tradicionales se basan principalmente en estampado de chapa de acero o abombado hidráulico o soldadura a medida de chapas. Si se usa aleación de aluminio, hay una necesidad de alta resistencia y alta tenacidad. La aplicación de aleación de aluminio tiene la ventaja de alta integración de piezas. Los requisitos de rendimiento de diferentes piezas son diferentes. Algunas necesitan mejorar su elongación, y otras necesitan mejorar su resistencia a la corrosión. Con el desarrollo del proceso de fundición a presión de alto vacío, el rendimiento de las piezas de fundición a presión requiere aleaciones de aluminio más excelentes con diversas propiedades.

Para satisfacer la demanda de aleaciones de aluminio de alta plasticidad, académicos de Alemania e Japón han investigado aleaciones Al-Si-Mg de alta plasticidad basadas en tecnología de alto vacío desde la década de 1990. En las nuevas aleaciones de aluminio para fundición a presión desarrolladas por la empresa alemana Rheinland Aluminum: Maximal-59, Sila-font-36 y Castasil-37, el contenido de elemento Fe en la aleación se controla en menos del 0,2% para garantizar la tenacidad y resistencia de la fundición. Se evita el fenómeno de pegado, y se añade simultáneamente 0,5%~0,8% de elemento Mn a la aleación. Tras las pruebas, la elongación de la muestra de barra redonda estándar de aleación Maximal-59 en estado de fundición puede alcanzar el 17%, y se ha usado en la fabricación de puertas de automóvil.

Kondo Kaili usó Silafont-36 como aleación base para obtener diferentes propiedades mecánicas controlando el contenido de Mg en la aleación. El estudio encontró que cuando la fracción de masa de Mg es 0,33%~0,40%, la aleación de aluminio muestra una mejor tasa de elongación y resistencia a la compresión.

Académicos alemanes han desarrollado aleaciones Aural-2 y Aural-3. La aleación Au-ral-3 tiene buena fluidez y buen rendimiento de llenado, y la aleación Aural-3 puede ser tratada térmicamente añadiendo elemento Mg, y se puede obtener un nuevo tipo de aleación por tratamiento de solución. La elongación de la aleación de alta resistencia y tenacidad es del 5% al 12%, y el límite elástico σ0.2 es 250 MPa.

Actualmente, muchas empresas e institutos de investigación en China están desarrollando aleaciones de aluminio de alta resistencia y tenacidad adecuadas para piezas estructurales de carrocería de automóvil. Durante la cooperación, se desarrolló una aleación de aluminio fundido resistente al calor de alta elongación y su método de preparación por fundición a presión.

La aleación pertenece a la aleación Al-Si-Mg, que describe el contenido de Si, Cu y Mg, y especifica los elementos traza Sc y M (al menos uno de Ti, Zr y V). El límite elástico puede alcanzar 169 MPa, la elongación puede alcanzar 10,0%, la resistencia a la tracción a alta temperatura a 200°C puede alcanzar 190 MPa, y la elongación a alta temperatura puede alcanzar 14,0%. Tiene excelentes propiedades a temperatura ambiente y resistencia al calor y puede usarse en piezas automotrices sin tratamiento térmico de solución. Cuantificar necesidades de desarrollo.

En resumen, la investigación actual sobre nuevas aleaciones de aluminio de alta resistencia y tenacidad para fundición a presión se centra principalmente en el sistema Al-Si-Mg. Debido a la adición de Mg en la aleación del sistema Al-Si, se puede formar Mg2Si, y se puede formar una solución sólida durante el tratamiento de solución. Los elementos de aleación y Mg también pueden formar una película de espinela altamente resistente a la corrosión en la superficie del líquido de aleación para mejorar la resistencia a la corrosión de las fundiciones.

En teoría, el efecto de fortalecimiento integral del elemento Cu en aleaciones Al-Si es más significativo. Comparado con el elemento Mg, el elemento Cu es más fácil de formar núcleos en aleación de aluminio, y el rendimiento mejora después del tratamiento térmico, pero la tasa de disolución del elemento Cu en la aleación de aluminio es menor que la del elemento Mg. baja, la aplicación en aleaciones Al-Si está limitada. La investigación sobre las nuevas propiedades de alta resistencia y tenacidad de aleaciones Al-Si-Cu necesita ser discutida más, lo que es de gran importancia para la investigación y desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio de alta resistencia y tenacidad.