Si të kontrollohet përçueshmëria termike e materialeve të aliazhit gjatë derdhjes me presion të ulët

Si të kontrollohet përçueshmëria termike e materialeve të aliazhit gjatë temperaturave të ulëtaDerdhje me presion

Hyrje
Derdhja me presion të ulët është një metodë e përparuar Procesi i derdhjes së metalevePërdoret gjerësisht në hapësirën ajrore, automobilistike, prodhimin e makinerive dhe fusha të tjera sepse mund të prodhojë derdhje me cilësi të lartë dhe në formë komplekse. Aliazh alumini, si një nga materialet e përdorura zakonisht nëderdhje me presion të ulët, ka avantazhet e peshës së lehtë, rezistencës së lartë dhe rezistencës ndaj korrozionit. Megjithatë, në disa skenarë specifikë aplikimi, siç janë radiatorët dhe pjesët e motorrit, vendosen kërkesa më të larta për përçueshmërinë termike të lidhjeve të aluminit. Ky artikull do të shqyrtojë në thellësi se si të kontrollohet në mënyrë efektive përçueshmëria termike e materialeve të lidhjeve përmes mjeteve të ndryshme gjatë derdhjes me presion të ulët për të përmbushur nevojat e klientëve të ndryshëm.

I. Njohuri bazë mbi përçueshmërinë termike të materialeve të aliazhit
(I) Përkufizimi dhe rëndësia e përçueshmërisë termike
Përçueshmëria termike i referohet aftësisë së një materiali për të transferuar nxehtësinë, e cila zakonisht matet me anë të përçueshmërisë termike (Përçueshmëria Termike), me njësinë W/(m·K). Në produktet e aliazhit të aluminit të derdhur me presion të ulët, përçueshmëria e mirë termike është thelbësore për të përmirësuar performancën dhe efikasitetin e produktit. Për shembull, në kokën e cilindrit, pistonin dhe pjesë të tjera të motorit të automobilit, nxehtësia duhet të shpërndahet në kohë për të siguruar funksionimin normal të motorit dhe për të zgjatur jetëgjatësinë e tij; në radiatorin e pajisjeve elektronike, përçueshmëria termike efikase mund të zvogëlojë në mënyrë efektive temperaturën e funksionimit të komponentëve elektronikë dhe të përmirësojë stabilitetin dhe besueshmërinë e pajisjeve.
(II) Faktorët që ndikojnë në përçueshmërinë termike të lidhjeve të aluminit
Elementet e aliazhit dhe përbërja e fazës: Elemente të ndryshme të aliazhit kanë tretshmëri të ndryshme në gjendje të ngurtë në matricën e aluminit dhe fazat e ndryshme të formuara, të cilat do të ndikojnë në shkallën e shtrembërimit të rrjetës dhe kështu do të ndryshojnë përçueshmërinë termike. Në përgjithësi, prania e elementëve të aliazhit do të zvogëlojë përçueshmërinë termike të aliazheve të aluminit në shkallë të ndryshme. Për shembull, në aliazhet tradicionale Al-Si, ndërsa përmbajtja e silicit rritet, përçueshmëria termike e aliazhit do të ulet.
Papastërtitë dhe defektet: Elementet e papastërtive dhe defektet (si poret, përfshirjet, etj.) në aliazh do të pengojnë seriozisht transferimin e nxehtësisë dhe do të zvogëlojnë përçueshmërinë termike. Atomet e papastërtive do të ndërhyjnë në lëvizjen e elektroneve të lira në matricën e aluminit, do të rrisin efektin e shpërndarjes dhe do të zvogëlojnë numrin e elektroneve të lira për transferim efektiv të nxehtësisë; defektet do të zvogëlojnë dendësinë e materialit dhe nxehtësia do të shpërndahet dhe reflektohet lehtësisht në defekte gjatë procesit të transferimit, duke zvogëluar kështu përçueshmërinë termike.
Trajtimi i nxehtësisë Procesi: Trajtimi termik mund të ndikojë në përçueshmërinë termike duke ndryshuar strukturën e fazës, madhësinë e kokrrizave dhe uniformitetin e lidhjes. Trajtimi i duhur termik mund të optimizojë mikrostrukturën e lidhjes, të zvogëlojë reshjet e fazave të pafavorshme dhe ndarjen e papastërtive në kufijtë e kokrrizave, si dhe të përmirësojë përçueshmërinë e përgjithshme termike të materialit.

2. Metodat për kontrollin e përçueshmërisë termike të materialeve të aliazhit gjatë derdhjes me presion të ulët

(I) Optimizimi i projektimit të përbërjes së aliazhit

Zgjedhja e një lidhjeje matrice të përshtatshme: Sipas kërkesave specifike të produktit dhe mjedisit të përdorimit, zgjidhni një lidhje alumini bazë me përçueshmëri të mirë termike. Për shembull, për komponentët e shpërndarjes së nxehtësisë që kërkojnë përçueshmëri termike më të lartë, përçueshmëria termike e aluminit të pastër është më e lartë dhe është e mundur të merret në konsideratë rritja e përmbajtjes së aluminit të pastër në mënyrë të përshtatshme; për aplikimet që kërkojnë si forcë ashtu edhe përçueshmëri termike, mund të zgjidhen seritë Al-Cu, seritë Al-Mg dhe lidhje të tjera, dhe performanca mund të balancohet duke optimizuar raportin e elementëve të tjerë të lidhjes.

Shtimi i elementëve mikroaliazhues: Duke shtuar një sasi të vogël elementësh mikroaliazhues, siç janë Zn, Mn, Ti, etj., kokrrat e aliazhit mund të rafinohen, struktura organizative mund të përmirësohet dhe kështu mund të përmirësohet përçueshmëria termike. Për shembull, shtimi i Zn mund të përmirësojë rezistencën e aliazhit të aluminit deri në një farë mase, ndërkohë që ka relativisht pak efekt në përçueshmërinë termike, dhe gjithashtu mund të optimizojë rrugën e përçueshmërisë së nxehtësisë duke formuar faza të dobishme.
Kontrolloni përmbajtjen e elementëve të papastërtive: kontrolloni rreptësisht elementët e papastërtive në aliazh, siç janë Fe, Si, etj. Përdorni lëndë të para me pastërti të lartë dhe merrni masa efektive rafinimi gjatë procesit të shkrirjes për të zvogëluar futjen e papastërtive. Për shembull, Fe do të formojë fazë të dëmshme β-AlFeSi në aliazhin e aluminit, gjë që do të zvogëlojë përçueshmërinë termike dhe vetitë mekanike të aliazhit, kështu që përmbajtja e Fe duhet të kontrollohet në një nivel të ulët.
(II) Kontroll i saktë i procesit të shkrirjes
Kontrolli i temperaturës së shkrirjes: zgjidhni në mënyrë të arsyeshme temperaturën e shkrirjes për të shmangur temperaturat tepër të larta ose të ulëta që kanë efekte negative në përbërjen dhe strukturën e aliazhit. Temperaturat tepër të larta të shkrirjes mund të shkaktojnë djegie dhe oksidim të elementëve të aliazhit dhe të rrisin përmbajtjen e papastërtive; ndërsa temperaturat tepër të ulëta do të shkaktojnë shkrirje jo të plotë të aliazhit dhe do të ndikojnë në uniformitetin e përbërjes. Në përgjithësi, temperatura e shkrirjes së aliazhit të aluminit është midis 700℃-750℃, dhe temperatura specifike duhet të rregullohet sipas përbërjes së aliazhit dhe kushteve të pajisjeve.
Kontrolli i kohës së shkrirjes: Kontrolloni kohën e shkrirjes për të siguruar që përbërësit e aliazhit të shkrihen plotësisht dhe të shpërndahen në mënyrë të barabartë, por parandaloni ndarjen e elementëve të aliazhit dhe trashësinë e kokrrave të shkaktuar nga shkrirja afatgjatë. Gjatë procesit të shkrirjes, operacioni duhet të kryhet sipas një rrjedhe të caktuar procesi, dhe rendi i shtimit të materialeve dhe koha e përzierjes duhet të rregullohen në mënyrë të arsyeshme në mënyrë që aliazh të arrijë një gjendje të mirë shkrirjeje. Koha e përgjithshme e shkrirjes është rreth 1-2 orë.
Trajtimi me rafinim dhe degazim: Përdorni teknologji të përparuara të rafinimit dhe degazimit, të tilla si rafinimi i gazit inert (argon, azot, etj.), degazimi në vakum, etj., për të hequr gazrat (hidrogjenin, etj.) dhe përfshirjet në aliazh. Gjatë procesit të rafinimit, futja e gazit inert mund të formojë flluska, të cilat thithin dhe largojnë përfshirjet e oksiduara dhe hidrogjenin në aliazh gjatë procesit të ngritjes, duke zvogëluar kështu gjenerimin e poreve dhe përfshirjeve dhe duke përmirësuar dendësinë dhe përçueshmërinë termike të aliazhit.
(III) Optimizimi i parametrave të procesit të derdhjes me presion të ulët
Kontrolli i shpejtësisë së ngritjes së lëngut: Gjatë procesit të derdhjes me presion të ulët, shpejtësia e ngritjes së lëngut duhet të jetë e moderuar. Një shpejtësi shumë e lartë e ngritjes së lëngut do të shkaktojë rryma vorbull në lëngun metalik gjatë procesit të ngritjes, duke futur ajër dhe papastërti në zgavrën e mykut, duke formuar pore dhe përfshirje oksidimi; ndërsa një shpejtësi shumë e ngadaltë e ngritjes së lëngut do të shkaktojë ftohje shumë të shpejtë të lëngut metalik gjatë procesit të ngritjes, duke ndikuar në efektin e mbushjes dhe cilësinë e derdhjes. Në përgjithësi, shpejtësia e ngritjes së lëngut kontrollohet midis 0.5-2 mm/s, dhe shpejtësia specifike duhet të rregullohet sipas formës, madhësisë dhe rrjedhshmërisë së derdhjes.
Kontrolli i presionit të mbushjes: Zgjidhni presionin e duhur të mbushjes për të siguruar që lëngu metalik të mund ta mbushë zgavrën e derdhjes pa probleme dhe në mënyrë të barabartë. Një presion shumë i lartë mbushjeje do të bëjë që lëngu metalik të godasë murin e zgavrës, të prodhojë spërkatje dhe përfshirje oksidimi, dhe gjithashtu të shkaktojë stres më të madh të brendshëm brenda derdhjes, duke ndikuar në përçueshmërinë termike; ndërsa një presion shumë i ulët mbushjeje do të shkaktojë defekte të tilla si mbushje jo e plotë dhe mbyllje e ftohtë në derdhje. Presioni i mbushjes është përgjithësisht midis 20-80kPa, dhe presioni specifik duhet të optimizohet sipas faktorëve të tillë si kompleksiteti i derdhjes, trashësia e murit dhe rrjedhshmëria e aliazhit.
Kontrolli i kohës së mbajtjes: Kontrolloni në mënyrë të arsyeshme kohën e mbajtjes për të siguruar që derdhja të mund të marrë presion të mjaftueshëm kompensimi të tkurrjes gjatë procesit të ngurtësimit dhe të zvogëloni shfaqjen e defekteve të tilla si tkurrja dhe zgavrat e tkurrjes. Nëse koha e mbajtjes është shumë e shkurtër, derdhja nuk do të kompensohet plotësisht gjatë procesit të ngurtësimit, duke rezultuar në lirshmëri të brendshme dhe porozitet të rritur, si dhe përçueshmëri termike të reduktuar; ndërsa nëse koha e mbajtjes është shumë e gjatë, stresi i brendshëm i derdhjes do të rritet, duke ndikuar në vetitë e saj mekanike dhe përçueshmërinë termike. Koha e mbajtjes në përgjithësi përcaktohet sipas madhësisë së derdhjes dhe karakteristikave të ngurtësimit të lidhjes, zakonisht midis dhjetëra sekondave dhe disa minutave.
(IV) Procesi i duhur i trajtimit termik
Trajtimi me tretësirë: Ngroheni aliazhin e aluminit në një temperaturë më të lartë (zakonisht midis 500℃-550℃), mbajeni të ngrohtë për një periudhë të caktuar kohore, në mënyrë që elementët e tretur në aliazh të treten plotësisht në matricën e aluminit për të formuar një tretësirë ​​të ngurtë uniforme. Trajtimi me tretësirë ​​mund të përmirësojë forcën dhe qëndrueshmërinë e aliazhit, dhe është gjithashtu i dobishëm për trajtimin pasues të plakjes dhe për të përmirësuar përçueshmërinë termike të aliazhit. Megjithatë, duhet theksuar se kontrolli i temperaturës dhe kohës së trajtimit me tretësirë ​​është shumë i rëndësishëm. Trajtimi me tretësirë ​​shumë i lartë ose shumë i gjatë do të çojë në mpiksjen e kokrrave dhe uljen e mbingopjes, gjë që do të ndikojë në përçueshmërinë termike.
Trajtimi i plakjes: Lidhja pas trajtimit me tretësirë ​​mbahet në një temperaturë më të ulët (zakonisht midis 150℃-200℃) për të precipituar elementët e tretur në aliazh në formën e grimcave të imëta për të formuar një fazë forcuese të shpërndarë, duke përmirësuar kështu fortësinë dhe fortësinë e aliazhit. Trajtimi i duhur i plakjes mund të optimizojë mikrostrukturën e aliazhit, të zvogëlojë ndarjen e papastërtive dhe defektet në kufirin e kokrrizave, dhe të përmirësojë përçueshmërinë termike. Megjithatë, temperatura dhe koha e trajtimit të plakjes gjithashtu duhet të kontrollohen me saktësi për të shmangur plakjen e tepërt ose të pamjaftueshme, të cilat do të ndikojnë në performancën e aliazhit.

3. Metodat për testimin dhe vlerësimin e përçueshmërisë termike të materialeve të aliazhit
(I) Metoda e matjes direkte të përçueshmërisë termike
Metoda në gjendje të qëndrueshme: duke përfshirë metodën e pllakës së nxehtësisë me mbrojtje, metodën e topit sferik, etj. Metoda e pllakës së nxehtësisë me mbrojtje është që materiali që do të testohet të shndërrohet në një mostër të sheshtë me një madhësi të caktuar, të vendoset midis dy pllakave të nxehtësisë me mbrojtje dhe të llogaritet përçueshmëria termike duke matur ndryshimin e temperaturës dhe rrjedhën e nxehtësisë në të dyja anët e mostrës. Kjo metodë ka saktësi të lartë matjeje, por kërkesat e përgatitjes së mostrës janë të rrepta dhe koha e matjes është e gjatë. Është e përshtatshme për kërkimin dhe testimin e materialeve me kërkesa të larta për përçueshmëri termike.
**metoda kalimtare**: si metoda e shkëndijës lazer. Kjo metodë lëshon një lazer me puls të shkurtër në sipërfaqen e mostrës për ta ngrohur menjëherë sipërfaqen e mostrës, dhe më pas mat kurbën e ndryshimit të temperaturës në pjesën e prapme të mostrës, dhe përdor metoda matematikore si transformimi i Furierit për të llogaritur difuzivitetin termik dhe përçueshmërinë termike. Metoda e shkëndijës lazer ka avantazhet e shpejtësisë së lartë të matjes dhe gamës së gjerë të aplikimit. Mund të masë shpejt dhe me saktësi përçueshmërinë termike të materialeve, veçanërisht për matjet në mjedise me temperaturë të lartë.
(II) Metoda e vlerësimit indirekt
Marrëdhënia midis rezistencës dhe përçueshmërisë termike: Sipas ligjit Wiedemann-Franz, ekziston një marrëdhënie e caktuar midis përçueshmërisë termike dhe përçueshmërisë elektrike të materialeve metalike, domethënë, raporti i përçueshmërisë termike me përçueshmërinë elektrike është proporcional me temperaturën. Prandaj, përçueshmëria termike e materialeve të aliazhit mund të vlerësohet në mënyrë indirekte duke matur rezistencën (ose përçueshmërinë elektrike) e materialeve të aliazhit dhe duke kombinuar këtë ligj. Kjo metodë është e thjeshtë për t’u përdorur dhe e shpejtë, por duhet theksuar se zbatueshmëria e këtij ligji në materiale dhe diapazone të ndryshme temperaturash është e ndryshme, dhe kërkohen korrigjime dhe verifikime të caktuara.
Vlerësimi nëpërmjet testimit të performancës dhe zbatimit aktual: Në prodhimin aktual të derdhjeve me presion të ulët, vlerësimi indirekt mund të kryhet edhe nëpërmjet testimit të performancës dhe zbatimit aktual të derdhjeve. Për shembull, për produkte të tilla si radiatorët, përçueshmëria termike e materialeve të aliazhit mund të gjykohet duke testuar efektin e tyre të shpërndarjes së nxehtësisë, shpërndarjen e temperaturës dhe tregues të tjerë të performancës për të përcaktuar nëse ato plotësojnë kërkesat; për pjesët e motorit, ndikimi i përçueshmërisë termike në performancën e produktit mund të vlerësohet nëpërmjet treguesve të tillë si performanca e funksionimit të motorit dhe efikasiteti termik.

4. Analiza e rastit
(I) Kutia e derdhjes me presion të ulët të kokës së cilindrit të një motori të caktuar automobilistik
Një kompani e caktuar prodhuese automobilash duhet të prodhojë një makinë me performancë të lartë. kokë cilindrike motori me aliazh alumini, gjë që kërkon që ajo të ketë përçueshmëri të mirë termike dhe rezistencë të lartë. Në procesin e prodhimit, lidhja Al-Si-Cu-Mg u zgjodh duke optimizuar projektimin e përbërjes së aliazhit, dhe përmbajtja e elementit të papastërtisë Fe u kontrollua rreptësisht nën 0.5%; në procesin e shkrirjes, teknologjia e rafinimit të argonit u përdor për të kontrolluar përmbajtjen e hidrogjenit nën 0.1ml/100gAl; në procesin e derdhjes me presion të ulët, shpejtësia e ngritjes së lëngut u kontrollua në 1.2mm/s, presioni i mbushjes ishte 40kPa dhe koha e mbajtjes ishte 60s; së fundmi, u krye trajtimi i duhur i tretësirës dhe trajtimi i plakjes. Pas një sërë masash kontrolli, përçueshmëria termike e kokës së cilindrit të motorit të prodhuar arriti më shumë se 120W/(m·K), gjë që përmbushi kërkesat e projektimit dhe përmirësoi në mënyrë efektive efektin e shpërndarjes së nxehtësisë dhe besueshmërinë e motorit.
(II) Kutia e derdhjes me presion të ulët e një radiatori elektronik
Një kompani prodhuese pajisjesh elektronike ka nevojë për një radiator prej aliazh alumini me përçueshmëri të lartë termike, që kërkon një përçueshmëri termike jo më pak se 150W/(m·K). Në procesin e prodhimit, alumini me pastërti të lartë përdoret si bazë, dhe shtohen sasi të përshtatshme të Cu, Mn dhe elementëve të tjerë për të optimizuar përçueshmërinë termike dhe vetitë mekanike të aliazhit; në procesin e shkrirjes, temperatura dhe koha e shkrirjes kontrollohen rreptësisht, dhe përdoren procese të degazimit në vakum dhe rafinimit për të siguruar pastërtinë e aliazhit; në procesin e derdhjes me presion të ulët, parametrat e projektimit të mykut dhe procesit optimizohen në mënyrë që metali i shkrirë të mund të mbushë në mënyrë të barabartë zgavrën dhe të zvogëlojë gjenerimin e defekteve të brendshme; në të njëjtën kohë, derdhjet i nënshtrohen petëzimit të ftohtë, trajtimit termik dhe proceseve të tjera të përpunimit për të përmirësuar më tej përçueshmërinë termike të materialit. Përçueshmëria termike e radiatorit të prodhuar përfundimisht arrin 160W/(m·K), gjë që përmbush kërkesat e shpërndarjes së nxehtësisë të pajisjeve elektronike dhe siguron funksionimin e qëndrueshëm të pajisjeve.

5. Përfundim
Në procesin e derdhjes me presion të ulët, kontrolli i përçueshmërisë termike të materialeve të aliazhit është një projekt sistematik, i cili kërkon shqyrtim dhe optimizim gjithëpërfshirës nga aspekte të shumta, siç janë projektimi i përbërjes së aliazhit, procesi i shkrirjes, procesi i derdhjes dhe procesi i trajtimit termik. Duke zgjedhur në mënyrë të arsyeshme elementët e aliazhit, duke kontrolluar në mënyrë strikte përmbajtjen e papastërtive, duke kontrolluar me saktësi parametrat e shkrirjes dhe derdhjes, dhe duke miratuar procese të përshtatshme të trajtimit termik, përçueshmëria termike e aliazheve të aluminit mund të përmirësohet në mënyrë efektive për të përmbushur kërkesat e performancës së klientëve të ndryshëm për produktet. Në të njëjtën kohë, zgjedhja e metodave të përshtatshme të testimit dhe vlerësimit për të matur dhe gjykuar me saktësi përçueshmërinë termike të materialeve të aliazhit është gjithashtu një mjet i rëndësishëm për të siguruar cilësinë dhe performancën e produktit.