鋁合金密度低,強度較高,塑性好,具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗蝕性,應(yīng)用廣泛,然而鑄造過程中因合金元素分布不均造成的材料浪費也很讓人頭疼,最近MIT研究人員的一項新技術(shù),很好的解決了這個問題。
現(xiàn)代社會,鋁的應(yīng)用非常廣泛,但鋁合金的制造并不是想象中的那么簡單,經(jīng)常因為混合不良而報廢,材料成本浪費太大。MIT研究員Antoine Allanore和Samuel R. Wagstaff一直致力于鋁合金硬化機制的研究,并在最近提出利用噴射器可以使合金中的銅、錳分布更均勻。
直接激冷鑄造是生產(chǎn)鋁合金鑄錠的一個有效方法,它是將熔融金屬澆注到冷卻模具中快速冷卻的半連續(xù)鑄錠法。但Allanore和Wagstaff表示,這種方法在質(zhì)量控制方面存在問題,雖然外表看起來似乎完美,但其中合金元素分布不均勻,銅或錳斑塊尺寸從英寸到英尺不等,得到的合金很脆弱只能報廢。
這些缺陷通常在鑄件的內(nèi)部形成而在表面上看不見,直到鑄件軋制時才會被發(fā)現(xiàn)。這降低了生產(chǎn)速度,而且不能制造用于卡車或飛機機翼的大型板材。
為了生產(chǎn)更均勻的鑄件,MIT研究人員通過測量宏觀偏析指數(shù)——一種衡量實際混合物組成與理想化學(xué)組成差異程度的數(shù)值,將合金混合物的均勻程度提高20%。
Allanore說:“分析熔融鋁合金液固轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)是非常困難的,尤其開始出現(xiàn)固體顆粒時。因為你無法看穿鋁,合金在700℃(1292℉)迅速冷卻,而且固化時不同尺寸晶粒以大約每分鐘兩到三英寸的速率移動。凝固板坯或鑄錠的中心附近常常缺少合金元素?!?/P>
為了使合金均勻程度更高,Allancore和Wagstaff以鑄造不同時間的熔融金屬作為樣品,研究其晶粒的形成和遷移過程。正是這個過程導(dǎo)致了宏觀偏析,所以研究人員嘗試使用射流阻止這個過程,促進熔體的循環(huán),以保持合金元素均勻分布。這個方法也能夠促進晶粒移動并改變固化金屬的微觀結(jié)構(gòu),因此得到的凝固橫截面更均勻。
“在鑄造過程中,我們只需要用磁力泵改變射流的轉(zhuǎn)速、力度和前進速度,然后利用射流的功率與直徑之間的函數(shù)關(guān)系就可以通過改變射流的功率來調(diào)節(jié)射流直徑?!盬agstaff說,“噴射的妙處在于它很容易控制,因為我們可以相對容易地研究出它們是如何擴展的,建立射流的力與時間、空間的函數(shù)關(guān)系。與以往的噴射磁鐵耦合式不同,我們用非接觸式磁力泵來制造噴射器?!?/P>
實驗中,團隊提出一個新的指標(biāo)來衡量樣品成分偏離理想成分多少。噴射器鑄造鋁合金與傳統(tǒng)方法相比質(zhì)量改善可達60%,也可以提高鋁合金回收率。
Allanore說:“不是所有的鋁材回收產(chǎn)品都是一樣的,因為其中一些來自飛機,其中一些來自飲料罐,而這是兩種不同的合金。因此,當(dāng)談到社會回收利用和制造高質(zhì)量的新鋁制品時,有一個突出問題就是我們該如何處理這些合金元素。我認(rèn)為我們的工作是一個很好的例子,即如何改進現(xiàn)有技術(shù)用于更好的回收材料又不影響新產(chǎn)品質(zhì)量?!?/P>