中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

摘 要

 

以分體式實心新能源汽車制動盤盤體為對象，依據(jù)ProCAST仿真結(jié)果，設計了良好的澆注工藝參數(shù)，澆注系統(tǒng)內(nèi)添加半球形緩沖區(qū)域以實現(xiàn)順序凝固，優(yōu)化抽真空、充型及保壓三階段壓力參數(shù)，確定保壓時間為260s、凝固時間為180s，采用機械攪拌法鑄出表面良好的制動盤盤體。對盤體內(nèi)部進行缺陷分析，發(fā)現(xiàn)盤體內(nèi)存在局部粗晶，過濾網(wǎng)前沿顆粒堆積達到30%（體積分數(shù)），過濾后基體內(nèi)SiC含量僅為18%。將機械攪拌鑄造工藝改為超聲電磁復合攪拌后，盤體內(nèi)粗大枝晶解理破碎，SiC顆粒彌散均勻且顆粒含量為20%，符合要求。

 

顆粒增強鋁基復合材料（PAMCs）具有輕質(zhì)、高熱導率、高耐磨性等特點，在航空航天、軍事工程等領域獲得廣泛應用。國內(nèi)鋁基復合材料無人機于2018年試飛，完成了無人機領域的產(chǎn)品更新迭代［1］；DWA公司將F-16戰(zhàn)斗機腹鰭的材料替換成SiC/Al復合材料，延長了戰(zhàn)斗機服役壽命［2］。相較于傳統(tǒng)6082鋁合金，通過微米級SiC顆粒增強并采用擠壓鑄造成形的PAMCs材料綜合力學性能提升顯著［3］。TiB2/7075復合材料中引入CNP/矩陣界面分別與TiB2、Al形成低失配多界面［4］，增強TiB2與7075鋁合金界面結(jié)合力，解決了鋁基復合材料強度-塑性平衡問題。增材制造的2% SiCp/AlSi7Mg復合材料室溫耐磨性優(yōu)秀，納米級SiC顆粒和自生的Al4C3阻隔了點蝕進一步擴展，使其具備一定的抗蝕性［5］。基于能源再利用的全球理念，新能源汽車的推廣應用成為趨勢。研究表明，通過基礎結(jié)構(gòu)件輕量化可以提升續(xù)航能力［6］，2021年國內(nèi)有企業(yè)首次采用粉末冶金工藝制備了120km/h軌道交通車輛鋁基復合材料制動盤，并于2022年將此技術(shù)再次成功地應用到新能源汽車制動盤上［7］。

 

本研究采用真空吸鑄成形制動盤盤體，通過Pro?CAST軟件模擬分析，改善了鑄造工藝設計，并確定了澆注工藝參數(shù)。針對探傷檢測發(fā)現(xiàn)的基體內(nèi)局部粗晶等問題，采用改進攪拌鑄造法，經(jīng)超聲探傷、切片熒光滲透檢測及金相檢測等驗證，確認改進鑄造工藝的可行性，并獲得品質(zhì)合格的制動盤盤體。

 

1、 鑄造工藝仿真

 

基于分體通風式新能源汽車制動盤的研發(fā)過程經(jīng)驗［8］，經(jīng)計算確認了設計開發(fā)的新能源汽車的分體式實心制動盤盤體，并通過復合材料裂紋擴展分析［9］確認合適的盤體厚度為12mm，磨耗限定為2mm（見圖1），確保實際服役過程中盤體在連續(xù)急剎后的穩(wěn)定性及安全性?；赟iCp/Al復合材料的化學成分，添加形成ProCAST材料組［10］，最終經(jīng)真空吸鑄確認汽車制動盤的成形穩(wěn)定性。

 

圖1

 

1.1 模型建立

 

圖2為三維制圖軟件中建立的盤體鑄造工藝模型，在ProCAST軟件中裝配好后切取裝配體的1/4軸對稱結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)格，見圖3，網(wǎng)格節(jié)點與單元數(shù)量分別為182856個和1045133個。

 

圖2

 

圖3

 

1.2 熱物參數(shù)設置

 

合金液流動遵循質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律及能量守恒定律。以熱平衡方程來衡量充型過程中合金液與模具以及預制體間的熱量交換，根據(jù)真空吸鑄模型建立數(shù)學模型，將鋁合金液視為不可壓縮處理。因此在澆注時熔體需要同時依據(jù)質(zhì)量守恒定律中對運動流體描述的連續(xù)性方程式，Al-7Si-0.3Mg（A356）合金熔液在充型過程中滿足動量守恒定律的N-S方程式［11］：

 

式中，D為3個方向的速度矢量和；u、v、w分別為流體在x、y、z方向的速度分量；p為單位密度的壓力；gx、gy、gz為x、y、z方向的重力加速度；t為時間；ρ為合金液密度；μ為動力黏度；∇2為拉普拉斯算子。

 

通過多次結(jié)構(gòu)設計調(diào)整擬合分析確認3階段壓力參數(shù)：抽真空壓力為0MPa、充型壓力為0.050MPa、成形保壓壓力為0.060MPa。此外多組驗證確認最終的澆注工藝參數(shù)：澆注溫度為700~715℃,上?？刂茰囟葹?90~320℃,下模控制溫度為340~360℃,澆口預熱溫度為320~340℃。

 

1.3 分析結(jié)果

 

通過Visual-Environment后處理程序?qū)崿F(xiàn)Pro?CAST鑄造模擬。對澆注系統(tǒng)進行設計，澆口上方添加半圓球狀的緩沖區(qū)域，更利于鑄件實現(xiàn)順序凝固。圖4為鑄件的組合截面內(nèi)溫度分布云圖。可以看出，遠離澆口比靠近澆口處的金屬液先凝固，鑄件內(nèi)沒有孤立的熱節(jié)區(qū)域，熱節(jié)轉(zhuǎn)移至半球狀區(qū)域下方避免鑄件缺陷。

 

圖5為制動盤縮松縮孔缺陷預測圖及凝固時間分布云圖。根據(jù)圖4a中的垂直雙截面中用等固相線法［12］確定鑄件凝固時間約為180s，而保證鑄件整體致密性而確定保壓時間需要約為260s。

 

在圖4a的截面A與截面B上分別截取局部位置點的兩條補縮通道，見圖6?？梢园l(fā)現(xiàn)，兩條補縮通道上點的溫度曲線皆呈臺階式分布，按照位置點的順序凝固。

 

綜上，采用近似真空環(huán)境的反重力吸鑄成形工藝，鑄件整體致密度良好，可實現(xiàn)順序凝固并且補縮效果良好。

 

圖4

 

圖5

 

圖6

 

2、 試驗結(jié)果分析

 

2.1 存在問題

 

根據(jù)鑄造仿真結(jié)果，反重力吸鑄完成制動盤盤體制備后，對盤體面采用超聲掃描進行探傷，掃描過程中未發(fā)現(xiàn)裂紋、縮松等缺陷，但局部成像顯示密集型草狀雜波，因此對該部位標記并進行本體解剖取樣分析。圖7為解剖后的SEM斷口形貌及其能譜分析。從圖7a可以看出，斷口截面存在顏色較深的片狀異常組織，放大后為羽毛狀粗大孿晶組織。表1為A356.2鋁合金化學成分。對比圖7b和表1，并考慮到實際生產(chǎn)過程中的偏差及試驗誤差，確定其組織成分與SiCp/A356復合材料成分相當；攪拌鑄造法制備SiCp/Al復合材料時，由于其制備溫度較高，致使復合材料中晶粒粗大［13］。在不發(fā)生界面反應前提下，盡量提升復合材料熔體溫度以保證其整體流動性，因此在較高的成形溫度下，毛坯內(nèi)部局部易出現(xiàn)粗大枝晶。

 

液相制備鋁基復合材料方法中常用物理過濾法除渣。長時間吸鑄過程中SiC顆粒會逐步沉積至爐底，致使爐底余料中顆粒含量提升，即生產(chǎn)的鋁基復合材料制動盤盤體內(nèi)SiC顆粒含量相對降低；攪拌鑄造法中SiC顆粒不能有效地隨著鋁合金基體熔液穿過濾網(wǎng)進入另一側(cè)。對過濾系統(tǒng)取樣分析，發(fā)現(xiàn)過濾網(wǎng)前沿顆粒堆積，采用蔡司Stemi 508光學顯微鏡提取SiCp物相［8］，顆粒體積分數(shù)達30%，余下顆粒隨熔體進入金屬型腔，致使汽車制動盤盤體內(nèi)部SiC顆粒含量降至18%，低于材料技術(shù)規(guī)范（顆粒體積分數(shù)為19%~21%），見圖8。

 

圖7

 

 

表1

 

圖8

 

2.2 工藝改進

 

引入超聲振動輔助攪拌后能夠有效地防止形成粗大枝晶［14］；張楨林等［15］采用電磁攪拌吸鑄的方法制備了鋁基復合材料軌道交通制動盤，發(fā)現(xiàn)盤體內(nèi)金相組織更為均勻。相較于超聲振動或電磁攪拌制備工藝方法，焦雷等［16］在超聲和磁場耦合作用下合成的TiB2/7055Al復合材料試樣內(nèi)晶粒得到了更進一步細化。

 

為解決粗大枝晶和顆粒堆積問題，將機械攪拌工藝改為超聲振動和電磁攪拌的復合攪拌工藝來制備鋁基復合材料，見圖9。將預處理過的干燥SiC顆粒加入640℃鋁熔體中，在混合初期打開超聲振動裝置（第1振動頻率為10kHz，第1振動功率為1kW），打開電磁攪拌調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至150～300r/min，并關(guān)閉加熱系統(tǒng)維持30min。降溫過程中調(diào)節(jié)超聲振動裝置（第2振動頻率為20kHz，第2振動功率為2kW），電磁攪拌控制轉(zhuǎn)速為300～500r/min，維持1h的半固態(tài)超聲攪拌實現(xiàn)復合制備。

 

超聲振動產(chǎn)生的聲流運動主要沿變幅桿軸向，超聲前沿瞬時沖擊使粗大樹枝晶破碎為細小的等軸晶、非枝晶結(jié)構(gòu)的晶粒，而低頻旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的熔體攪拌主要沿著變幅桿切向方向，帶動合金熔體內(nèi)增強顆粒的渦旋運動，電磁與超聲相互促進，使整個熔體發(fā)生強烈攪拌，解聚已形成的團聚，抑制晶界處顆粒偏聚，促進顆粒彌散分布。同時在超聲毛細管效應誘導下［17］，SiCp/Al熔體的流動性得到提升。過濾系統(tǒng)前沿，在電磁超聲共同作用下，解聚分散的單個SiC顆粒隨著超聲振動下的高能熔體快速穿過層層濾網(wǎng)，振動輻射余能促使微米級SiC顆?？焖贁[脫過濾孔隙內(nèi)壁吸附能，隨著熔體最終進入金屬型腔。在相同的澆注參數(shù)下，成功制備出汽車制動盤盤體毛坯。

 

圖9

 

2.3 試驗驗證

 

圖10為分體式實心汽車制動盤實體，未觀察到密集型草狀雜波，同時盤體內(nèi)取樣并通過光學顯微鏡觀察，根據(jù)按GB/T 32496-201確認盤體內(nèi)SiC顆粒體積分數(shù)為20%。對比機械攪拌制備下因過濾網(wǎng)前沿顆粒堆積造成鑄件內(nèi)部SiC顆粒體積分數(shù)僅有18%，超聲電磁復合攪拌工藝確保了基體顆粒體積分數(shù)符合要求，同時顆粒均勻分散，見圖11。對盤體進行切片處理，對截面缺陷進行分析，見圖12。發(fā)現(xiàn)切片截面上存在φ（0.3～0.8）mm的針孔，無明顯的熱節(jié)縮松缺陷，符合技術(shù)條件要求，且后期縮比制動試驗中也未出現(xiàn)因此產(chǎn)生的裂紋，進一步驗證了盤體鑄造工藝的可靠性。綜上，采用超聲電磁復合攪拌工藝得到了合格汽車制動盤。

 

圖10

 

圖11

 

圖12

 

結(jié) 論

 

（1）ProCAST優(yōu)化真空吸鑄三階段壓力參數(shù)0、0.05、0.06MPa，固化保壓時間為260s，凝固時間為180s，成功吸鑄出表面質(zhì)量良好的制動盤。

 

（2）ProCAST軟件能夠?qū)ζ囍苿颖P盤體的真空吸鑄工藝設計提供指導，通過澆口上方添加半球形緩沖區(qū)域，擬合發(fā)現(xiàn)盤體內(nèi)部無孤立熱節(jié)，通過打開補縮通道實現(xiàn)順序凝固，經(jīng)過試驗分析確認內(nèi)部品質(zhì)良好，無明顯的縮松、縮孔。

 

（3）以超聲輔助電磁攪拌的復合方法代替機械攪拌法，破碎枝晶并細化晶粒。對比兩種方法下盤體內(nèi)SiC顆粒體積分數(shù)，在同樣澆注參數(shù)下，SiC顆粒在濾網(wǎng)前沿堆積造成產(chǎn)品內(nèi)部體積分數(shù)降至18%，經(jīng)過超聲毛細管效應SiC顆粒更容易穿過濾網(wǎng)，保證了基體中顆粒體積分數(shù)達到20%，SiC顆粒隨著超聲、電磁攪拌進一步均勻分布于基體A356合金之中。

 

參考文獻

 

［1］陳雷，趙曼，王祝堂.鋁基復合材料在中國民用航空器上應用及生產(chǎn)概況［J］.輕合金加工技術(shù)，2020，48（2）：1-7.

 

［2］李書志，王鐵軍，王玲.SiC顆粒增強鋁基復合材料的研究進展［J］.粉末冶金工業(yè)，2017，27（1）：64-70.

 

［3］JIANG W M，ZHU J W，LI G Y，et al.Enhanced mechanical properties of 6082 aluminum alloy via SiC addition combined with squeeze casting［J］.Journal of Materials Science&Technology，2021，88：119-131.

 

［4］MAY，CHEN H，ZHANG M X，et al.Break through the strength-ductility trade-off dilemma in aluminum matrix composites via precipitation-assistedinter face tailoring［J］.Acta Materialia，2023，242：118470.

 

［5］WANG M，ZHANG Y J，SONG B，et al.Wear performance and corrosion behavior of nano-SiCp-reinforced AlSi7Mg composite prepared by selective laser melting［J］.Acta Metallurgica Sinica，2021，34：1213-1222.

 

［6］張琦，鄭松林，金曉春，等.汽車后轉(zhuǎn)向節(jié)輕量化設計及試驗驗證［J］.現(xiàn)代制造工程，2014（1）：42-47.

 

［7］ZHU W B，ZHANG Z G，CHEN H N，et al. Review and outlook of aluminum matrix composites［J］.Materials Science Forum，2020，984：119-124.

 

［8］胡寶軍，陳世龍，印宇，等.SiCp/A356鋁基復合材料汽車制動盤鑄造模擬及分析［J］.特種鑄造及有色合金，2022，42（11）：1375-1379.

 

［9］楊智勇，臧家俊，李翔，等.城軌列車制動盤SiCp/A356復合材料熱疲勞裂紋擴展機理［J］.材料工程，2022，50（7）：165-175.

 

［10］范磊，任清海，石子杰，等.ZTAp-Fe復合材料復合鑄造模擬及試驗研究［J］.稀有金屬，2022，46（8）：1041-1047.

 

［11］喻亮.鋁基復合材料制動盤［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2019.

 

［12］邱桂永，韓建民，楊智勇，等.凝固模擬參數(shù)設置合理性的檢驗方法研究及應用［J］.鑄造，2007，56（9）：952-955.

 

［13］董翠鴿，王日初，彭超群，等.SiCp/Al復合材料研究進展［J］.中國有色金屬學報，2021，31（11）：3161-3180.

 

［14］趙龍志，焦宇，王秋林，等.超聲輔助鑄造法制備原位合成Al-Cr/Al復合材料研究［J］.功能材料，2014，45（8）：8042-8047.

 

［15］張楨林，徐駿，向俊，等.電磁攪拌吸鑄技術(shù)及其在鋁陶制動盤鑄

 

造中的應用［J］.特種鑄造及有色合金，2022，42（2）：171-174.

 

［16］WANG K，ZHANG L H，LI Z H，et al.Microstructures of in-situ TiB2/7055Al composites by the ultrasonic and magnetic coupled field［J］.Rare Metal Materials and Engineering，2014，43（1）：6-10.

 

［17］王坤，張立華，黎正華，等.超聲外場對SiCp/7085復合材料顆粒微觀團聚與界面結(jié)合的作用機理［J］.工程科學學報，2017，39（2）：238-243.

 

來源：《特種鑄造及有色合金》 2024年第3期

 

倪建，楊智勇，翟慶華，等.汽車制動盤用鋁基復合材料制備工藝及缺陷分析［J］.特種鑄造及有色合金，2024，44（3）：339-343.

NIJ，YANGZY，ZHAIQH，etal.FabricationprocessanddefectanalysisofAlmatrixcompositesforautomobilebrakediscs［J］.SpecialCast?ing&NonferrousAlloys，2024，44（3）：339-343.