Studie av sammansatt gjutning av aluminiumlegering / duktilt järnbimetal

Today’s transportation highly depends on hydrocarbon fuels, and reducing the weight could help a lot in reducing the air pollutants and carbon footprints in the environment to comply with the strict regulations set by reputable standard organizations in the world. Utilizing lightweight materials in automobile parts is one of the key factors to succeed in meeting the goals defined in the standards. Replacing the conventional single material component with a multi-material component having the same geometry but lighter weight could help the automakers to achieve these goals. Compound casting is one of the methods to produce such components. The aluminum alloy/ductile iron bimetal component produced by compound casting was investigated. During the production of the experimental sample of the compound casting, component two parameters were considered, melt-to-solid volume ratio and pre-heat temperature of the solid insert. The results showed that the increasing melt-to-solid volume ratio caused the formation of a stronger metallurgical bond between the two materials compared to the lower melt-to-solid volume ratio. However, pre-heating the solid insert under the atmospheric condition caused the formation of iron oxide layers on the surface, and as a result, no metallurgical bonding was formed, no matter which melt-to-solid volume ratio was used during the production process. So, inspired by AlFin process, the solid inserts were first dipped inside the aluminum alloy bath with the target temperature of 750 °C for two extended periods, 15 minutes and 30 minutes, to ensure that the preliminary metallurgical bonds were formed at the interface surfaces without disturbance by the surrounding atmosphere. To make the experimental components and to develop the metallurgical bonds, the aluminized inserts were then quickly placed inside the sand molds, and the cast alloy was poured inside the molds and around the inserts immediately after placement. In this way, although the formation of the aluminum oxide layer was unavoidable on the surfaces of the aluminized inserts, there was still liquid aluminum alloy melt underneath, which could be easily washed away during the pouring of the cast alloy.Nevertheless, the metallurgical bonds in the compound casting products having a lower melt-to-solid volume ratio didn’t withstand the shear loads and only the product having a higher melt-to-solid volume ratio with the aluminized insert dipped for a longer time could resist against the loads. In addition to the mechanical strength of the experimental products, their metallurgical bonds were specified and characterized using microscopic examination and EDS analysis. The successful results of the experimental product were then proposed to modify the design of a model from the automobile industry, called the truck wheel hub.Dagens transport beror starkt på kolvätebränslen, och att minska vikten kan hjälpa mycket att minska luftföroreningar och kolavtryck i miljön för att följa de strikta regler som ställts av ansedda standardorganisationer i världen. Att använda lätta material i bildelar är en av de viktigaste faktorerna för att lyckas uppfylla de mål som fastställs i standarderna. Att ersätta den konventionella komponenten med enstaka material med en komponent med flera material som har samma geometri men lättare vikt kan hjälpa biltillverkarna att uppnå dessa mål. Gjutning av föreningar är en av metoderna för att producera sådana komponenter. Aluminiumlegeringen / segjärn-bimetalkomponenten framställd genom sammansatt gjutning undersöktes. Under framställningen av det experimentella provet av gjutning av föreningen beaktades komponent två parametrar, volymförhållandet smält till fast material och förvärmningstemperaturen för det fasta insatsen. Resultaten visade att det ökande smält-till-fasta volymförhållandet orsakade bildandet av en starkare metallurgisk bindning mellan de två materialen jämfört med det lägre förhållandet mellan smält och fast volym. Förvärmning av den fasta insatsen under atmosfäriskt tillstånd orsakade emellertid bildningen av järnoxidskikt på ytan, och som ett resultat bildades ingen metallurgisk bindning, oavsett vilket smält-till-fast volymförhållande användes under produktionsprocessen . Så, inspirerad av AlFin-processen, doppades de fasta insatserna först in i aluminiumlegeringsbadet med måttemperaturen 750 ° C under två långa perioder, 15 minuter och 30 minuter, för att säkerställa att de preliminära metallurgiska bindningarna bildades vid gränsytans ytor utan störningar av den omgivande atmosfären. För att tillverka de experimentella komponenterna och för att utveckla de metallurgiska bindningarna placerades sedan de aluminiumiserade skärmen snabbt inuti sandformarna, och den gjutna legeringen hälldes in i formarna och runt insatserna omedelbart efter placering. På detta sätt, även om bildningen av aluminiumoxidskiktet var oundvikligt på ytorna på de aluminiumförsedda insatserna, fanns det fortfarande flytande aluminiumlegeringssmälta under, vilket lätt kunde tvättas bort under hällningen av den gjutna legeringen.Icke desto mindre tål de metallurgiska bindningarna i de sammansatta gjutprodukterna med ett lägre volym-till-fast volymförhållande inte skjuvbelastningarna och endast produkten med ett högre smält-till-fast volymförhållande med den aluminiumiserade insatsen doppades under en längre tid kunde motstå mot lasterna. Förutom de experimentella produkternas mekaniska styrka specificerades och karakteriserades deras metallurgiska bindningar med mikroskopisk undersökning och EDS-analys. De framgångsrika resultaten av den experimentella produkten föreslogs sedan att modifiera utformningen av en modell från bilindustrin, kallad truckhjulnavet