MIT新技术:利用喷射器改善铝合金质量

2018-02-27 15:19:07 lande 17

铝合金密度低,强度较高,塑性好,具有优良的导电、导热性和抗蚀性,应用广泛,然而铸造过程中因合金元素分布不均造成的材料浪费也很让人头疼,最近MIT研究人员的一项新技术,很好的解决了这个问题。

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现代社会,铝的应用非常广泛,但铝合金的制造并不是想象中的那么简单,经常因为混合不良而报废,材料成本浪费太大。MIT研究员Antoine Allanore和Samuel R. Wagstaff一直致力于铝合金硬化机制的研究,并在最近提出利用喷射器可以使合金中的铜、锰分布更均匀。

直接激冷铸造是生产铝合金铸锭的一个有效方法,它是将熔融金属浇注到冷却模具中快速冷却的半连续铸锭法。但Allanore和Wagstaff表示,这种方法在质量控制方面存在问题,虽然外表看起来似乎完美,但其中合金元素分布不均匀,铜或锰斑块尺寸从英寸到英尺不等,得到的合金很脆弱只能报废。

这些缺陷通常在铸件的内部形成而在表面上看不见,直到铸件轧制时才会被发现。这降低了生产速度,而且不能制造用于卡车或飞机机翼的大型板材。

为了生产更均匀的铸件,MIT研究人员通过测量宏观偏析指数——一种衡量实际混合物组成与理想化学组成差异程度的数值,将合金混合物的均匀程度提高20%。

Allanore说:“分析熔融铝合金液固转变的结构是非常困难的,尤其开始出现固体颗粒时。因为你无法看穿铝,合金在700℃(1292℉)迅速冷却,而且固化时不同尺寸晶粒以大约每分钟两到三英寸的速率移动。凝固板坯或铸锭的中心附近常常缺少合金元素。”

为了使合金均匀程度更高,Allancore和Wagstaff以铸造不同时间的熔融金属作为样品,研究其晶粒的形成和迁移过程。正是这个过程导致了宏观偏析,所以研究人员尝试使用射流阻止这个过程,促进熔体的循环,以保持合金元素均匀分布。这个方法也能够促进晶粒移动并改变固化金属的微观结构,因此得到的凝固横截面更均匀。

“在铸造过程中,我们只需要用磁力泵改变射流的转速、力度和前进速度,然后利用射流的功率与直径之间的函数关系就可以通过改变射流的功率来调节射流直径。”Wagstaff说,“喷射的妙处在于它很容易控制,因为我们可以相对容易地研究出它们是如何扩展的,建立射流的力与时间、空间的函数关系。与以往的喷射磁铁耦合式不同,我们用非接触式磁力泵来制造喷射器。”

实验中,团队提出一个新的指标来衡量样品成分偏离理想成分多少。喷射器铸造铝合金与传统方法相比质量改善可达60%,也可以提高铝合金回收率。

Allanore说:“不是所有的铝材回收产品都是一样的,因为其中一些来自飞机,其中一些来自饮料罐,而这是两种不同的合金。因此,当谈到社会回收利用和制造高质量的新铝制品时,有一个突出问题就是我们该如何处理这些合金元素。我认为我们的工作是一个很好的例子,即如何改进现有技术用于更好的回收材料又不影响新产品质量。”

原文链接:Jets stir up stronger aluminum, reduce casting waste.