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  • 压铸件对疲劳性能的影响及要求

    发布日期:2019-05-14 发布者:润恒压铸

    压铸件中缩孔的形成由于凝固过程中金属液的体积收缩得不到补偿引起的。通过二维的金相或者断层扫描切片图像观察到的缩孔呈现出的是一系列不连续的小孔洞,而实际上从三维图像中可以看出其连通成一体并且具有复杂的曲面。缩孔的复杂曲面是由于其与枝晶间液体的接触有关。

    微观孔洞是铝合金铸件的主要缺陷之一,其对铸件的力学性能尤其是疲劳性能有着重要的影响。铸造合金的疲劳性能主要与其孔洞缺陷及微观组织特征相关。对于含有相当数量孔洞的铸件,其疲劳性能的分散性主要受孔洞的数量和尺寸影响。而对于含有较少孔洞的铸件,其疲劳行为主要受其孔洞以外的微观组织特征决定,如氧 化膜、第二相粒子、枝晶间距、晶粒大小等。

    影响疲劳性能的因素有很多,一般认为,无缺陷的延性固体受循环载荷作用下,疲劳裂纹萌生于表面驻留滑移带(PersistentSlipBands,PSB)和侵入挤出,这是由于不同的滑移面产生不同的滑移量造成的。由于PSB和基体界面的位错密度和分布有突变,从而产生间隙,易成为疲劳裂纹萌生区域。

    在具有孔洞、氧 化膜等缺陷的铸件中,这些缺陷成为了引起疲劳失效的主要因素。A356铸造铝合金的微观孔洞和组织、成分、共晶相形貌)对疲劳性能的影响,指出在铸件孔洞缺陷很少时,疲劳性能主要受氧 化膜和微观组织影响。讨论了晶粒大小、孔洞和非金属夹杂物等对疲劳裂纹萌生过程和S-N曲线形状的影响。不同夹杂物对A356一T6铸造铝合金疲劳性能的影响(孔洞类缺陷得到控制),提出基于微观组织(树枝晶大小、较大Si粒子尺寸、较大孔尺寸、较大氧 化物尺寸和孔洞离表面的距离)的高周疲劳裂纹萌生和扩展模型,计算出不同应力条件下的疲劳寿命。

    压铸件由于存在孔洞等铸造缺陷,不仅加速了疲劳裂纹的萌生,还减少了疲劳裂纹扩展的时间,导致压铸件的疲劳寿命较短。有研究指出,疲劳性能和缺陷的尺寸大小直接相关。铸件的疲劳性能与缺陷的分布位置有关,取自板状铸件近表面且远离浇道口处的试样疲劳性能较好,相反板状铸件中心部位靠近浇道口处的试样疲劳性能较差,但压铸件的疲劳性能和壁厚关系仍有待进一步研究。

    孔隙率是影响铝铸件疲劳寿命的一要素,在高应力条件下尤为明显。此外,文中讨论了孔洞周围的疲劳裂纹萌生和扩展机制,在高应力条件下疲劳裂纹扩展受微观组织的影响较小,与Paris定律吻合良好,但在低应力条件下裂纹扩展受到晶界的阻碍,不再遵守Paris定律。另外,虽然孔洞会降低试样的疲劳强度,但由于实际结构件的孔洞可能出现在厚壁的中心,这样就会对疲劳造成较小的影响。在生产中,射线实时监测系统不会判断出孔洞是否位于结构件的重要部位,因此,仅仅提出铸件可接受的较大孔隙率作为评价零件的疲劳性能是不合适的。世界各国学者采用不同的方法预测结构的疲劳寿命,可以优化零件设计的准则并且降低制造费用,预测具有缺陷的零件的剩余寿命,进而减少不必要的更换维护。

    随着汽车轻量化和工业技术发展,对结构件的疲劳性能有着越来越严格的要求,而这些零件的寿命主要受到内部缺陷(如孔洞、裂纹等)的影响较大,其中由孔洞导致的疲劳断裂是零件失效较普遍的形式之一,占据了总失效的50%~90%。通过疲劳分析软件能够计算出零件的疲劳寿命分布,根据模拟结果,通过结构设计和工艺优化尽量避免不合理的寿命分布,降低新产品的开发成本,缩短开发周期,提高市场竞争力。


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