鋁鑄件焊合的理論模型及作用
鋁鑄件過程中,模具與鑄件發生相互作用,形成了相互作用的接合界面,當接合界面的接合能大于鋁鑄件本身的接合能時,開型時,在外力的作用下,分離發生在鋁鑄件一側,使鑄件與壓型形成焊合。若壓型與鑄件間的界面接合能 低,則開型時,分離發生在界面,而形不成明顯的焊合現象。
壓鑄型與壓鋁鑄件的焊合可視為兩金屬固體在壓力作用下的粘接。為了將粘接在一起的兩個具有單位面積的固體分開,形成兩個表面能為γα和γβ的固體α和β,所需做的熱力學功為:Δγ=γα+γβ-γαβ(1)設鋁鑄件與壓鑄型產生焊合的表觀接觸面積與真實接觸面積分別為Aa和Ar,則將焊合界面分開所需做的功為:
W1=Ar(γα+γβ-γαβ)(2)將鋁鑄件分成兩個表面所需做為功為:W2=2Aaγα(3)只有當W1≥W2時,鑄件與壓型間才能發生焊合。因此,由式(2)和式(3)可以得到焊合的能量判別式為:
ArAa≥2γαγα+γβ-γαβ(4)由式(4)可以看出,壓型與鑄件真實接觸面積同表觀接觸面積的比值,是影響焊合發生的關鍵因素,而此比值受到壓鑄過程中各種因素的影響,下面予以詳細討論。
在壓鑄過程中,高溫金屬液與壓型型腔表面相接觸,將激活型腔表面原子,與之發生相互作用,形成金屬鍵。高溫下形成的金屬鍵在冷卻凝固過程中保留下來,形成鋁鑄件與壓型間一定的接合面積,即真實接觸面積。鋁液表面原子與壓型型腔表面原子形成金屬鍵,就必須克服過程的激活能,因而,只有處于活化狀態的原子才能發生相互作用。