鋁鑄件焊合的理論模型及作用
鋁鑄件過(guò)程中,模具與鑄件發(fā)生相互作用,形成了相互作用的接合界面,當(dāng)接合界面的接合能大于鋁鑄件本身的接合能時(shí),開(kāi)型時(shí),在外力的作用下,分離發(fā)生在鋁鑄件一側(cè),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(kāi)型時(shí),分離發(fā)生在界面,而形不成明顯的焊合現(xiàn)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(gè)具有單位面積的固體分開(kāi),形成兩個(gè)表面能為γα和γβ的固體α和β,所需做的熱力學(xué)功為:Δγ=γα+γβ-γαβ(1)設(shè)鋁鑄件與壓鑄型產(chǎn)生焊合的表觀接觸面積與真實(shí)接觸面積分別為Aa和Ar,則將焊合界面分開(kāi)所需做的功為:
W1=Ar(γα+γβ-γαβ)(2)將鋁鑄件分成兩個(gè)表面所需做為功為:W2=2Aaγα(3)只有當(dāng)W1≥W2時(shí),鑄件與壓型間才能發(fā)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(shí)接觸面積同表觀接觸面積的比值,是影響焊合發(fā)生的關(guān)鍵因素,而此比值受到壓鑄過(guò)程中各種因素的影響,下面予以詳細(xì)討論。
在壓鑄過(guò)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(fā)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(guò)程中保留下來(lái),形成鋁鑄件與壓型間一定的接合面積,即真實(shí)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(guò)程的激活能,因而,只有處于活化狀態(tài)的原子才能發(fā)生相互作用。