CN101181746A - 消失模铸造振动凝固方法 - Google Patents

Abstract

消失模铸造振动凝固方法，属于精密铸造领域，目的是细化消失模铸造铸件组织、减小铸造成本、提高铸件性能。本发明包括制作泡沫模样，将泡沫模样置入砂箱内填砂紧实，液态金属浇注步骤，其特征在于：在液态金属浇注步骤前、液态金属浇注步骤过程中及其凝固期间、或者液态金属浇注步骤后的凝固期间，对装有泡沫模样和散砂的砂箱实施振动，振动频率为10～100Hz、振幅为0.1～3.0mm，驱使振动的振动电机的转速为750～3000rpm；铸件全部凝固完毕后停止振动。本发明成本低、操控性好、铸件组织细化效果明显，性能有较大提高，无环境污染，既适合于铝合金、镁合金、铜合金等有色金属零件的消失模铸造，也适合于铸铁、铸钢等黑色金属零件的消失模铸造。

Description

消失模铸造振动凝固方法

技术领域

本发明属于精密铸造领域，具体涉及一种细化消失模铸造的铸件组织，提高消失模铸件性能的铸造方法。

背景技术

消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新型铸造技术，被誉为“铸造中的绿色工程”，但由于在普通重力消失模铸造条件下组织粗大、性能偏低，见田学锋，樊自田，黄乃瑜.机械振动对消失模铸造镁合金组织及力学性能的影响[J].中国有色金属学报，2006，16(11)：1838～1844，限制了进一步扩大应用的范围。

以往试验研究表明晶粒度对金属材料的力学性能具有重要影响，金属的晶粒度越细小，晶界面积越大，晶界对晶内位错的阻碍作用就越大，从而迫使晶粒发生变形所需的外力就越大。根据Hall-Petch关系式和改进的Taylor理论可知，它的强度和相应的硬度值就越高，因此实现金属材料组织的微细化是提高力学性能的重要措施。

对于铸造产品来说，增加形核速率和抑制晶核生长以细化晶粒是提高铸件性能的重要途径。生产中常见的细化晶粒的主要途径有：

1)添加晶粒细化剂，即向液态金属中引入大量形核能力很强的异质晶核，达到细化晶粒的目的，见周尧和，胡壮麒，介万奇编著.凝固技术.北京：机械工业出版社，1998：98～106。这些晶粒细化剂中的高熔点化合物在熔化过程中不被完全熔化，在随后的凝固过程中成为异质形核的核心；或者晶粒细化剂中的微量元素加入到合金液中后，在冷却过程中首先形成化合物固相质点，起到异质形核核心的作用。对于普通铸件来说，添加晶粒细化剂虽然是获得细晶组织的理想方法，但是生产成本相对提高了，此外熔炼、浇铸等操作工艺也相对复杂了许多。

2)采用振动凝固等动力学方法，促使凝固中的枝晶折断、破碎，使晶粒数量增多，尺寸减小。试验研究表明，见大野笃美著.金属的凝固理论实践及应用.北京：机械工业出版社，1990：53～86，如果给在凝固中的金属熔液施以振动时，可使液相与固相发生相对运动，导致枝晶破碎形成结晶核心，从而可以细化晶粒。但是振动凝固细化晶粒的方法往往因为会造成铸型的损坏或附加设备昂贵等原因，一直没有在实际中得到应用。

发明内容

本发明提供一种消失模铸造振动凝固方法，目的是细化消失模铸造铸件组织、减小铸造成本、提高铸件性能。

本发明的一种消失模铸造振动凝固方法，包括制作泡沫模样，将泡沫模样置入砂箱内填砂紧实，液态金属浇注步骤，其特征在于：

在液态金属浇注步骤前、液态金属浇注步骤过程中及其凝固期间、或者液态金属浇注步骤后的凝固期间，对装有泡沫模样和散砂的砂箱实施振动，振动频率为10～100Hz、振幅为0.1～3.0mm，驱使振动的振动电机的转速为750～3000rpm；铸件全部凝固完毕后停止振动。

所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：所述振动的振动频率为固定频率或者由小到大变化的频率。

所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：实施所述振动采用振动电机振动的机械振动台，或者采用电磁振动或偏心振动的振动台。

所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：实施所述振动借用消失模铸造过程具有的对泡沫模样和散砂振动紧实的振动台，或者另外设置专门的振动凝固用振动台。

本发明采用泡沫模样的“实型铸造”使得振动过程中不会产生铸型的坍塌问题，工艺过程操作简便。

消失模铸造浇注前需要把与铸件尺寸形状相同的泡沫模型埋在干砂中，然后采用振动紧实台实施散砂的紧实造型，所以该过程中不会存在因振动产生铸型的坍塌；在浇铸过程中，随着高温金属液的向前推进，泡沫模样会逐层气化、消失，金属液占据模样的位置冷却而形成铸件，此过程中同样不会因振动产生铸型的坍塌。

振动凝固使铸件组织细化效果明显，性能得以较大地提高。

合金凝固过程中，振动将影响晶粒的形核和生长两个阶段。凝固初期，由于振动提高了液态金属的过冷度，造成自发形核核心数目的增多，使晶粒细化；凝固中后期，振动使未凝固金属液强迫流动，这种扰动作用致使枝晶臂被剪切而折断、破碎与增殖，破碎的枝晶也形成了许多细小晶粒，振动凝固后合金的平均晶粒直径可以降低到未振动的40-50％。

在合金消失模铸造凝固过程中施以机械振动后晶粒尺寸变小，晶界面积增大，晶界对位错的阻碍作用也就越大，从而迫使晶粒发生变形所需的外力就越大，相应它的强度和硬度值就越高；此外由于晶粒细化和晶粒数量增多，则可能发生滑移的晶粒也就越多，变形就可以分散在更多的晶粒内进行，相应的塑性、韧性也可以得以提高。

本发明工艺适用范围广。传统的铸造合金一般选择在共晶点附近，此时液态金属的充型流动性好，但消失模铸造振动凝固，可以铸造远离共晶点的合金成分，也适应于液相线与固相线相差较大的糊状凝固的合金铸件(如球墨铸铁等)。因此，与传统的共晶点附近的铸造合金比较，振动凝固扩大了消失模铸造金属材料的成份范围。

本发明在通常的重力消失模铸造凝固过程中，通过对装有泡沫模样和散砂的砂箱实施一定频率和振幅的振动，使液态金属在动力学激励下形核、凝固，不但可以达到细化组织提高铸件性能的目的，而且不需要增加另外的振动凝固装置，也不会因振动产生铸型的坍塌，具有成本低、操控性好、铸件组织细化效果明显，性能有较大提高，无环境污染，本发明既适合于铝合金、镁合金、铜合金等有色金属零件的消失模铸造，也适合于铸铁、铸钢等黑色金属零件的消失模铸造。

具体实施方式

实施例1：AZ91D镁合金铸件消失模铸造

AZ91D镁合金，在熔化、精炼、静止并达到浇铸温度后，将金属熔体浇入到已紧实的消失模铸造铸型中；浇注完毕后，立即按设定好的工艺参数实施振动：振动电机转速3000rpm、振动频率100Hz、振幅为1.0～2.0mm、振动电机的转速和振动频率恒定，振动至铸件凝固后，砂箱及铸件进入下一工序。

在不进行机械振动时，消失模铸造AZ91D镁合金组织中初生相按枝晶形态生长，晶粒较大且二次枝晶发达；当采用设定的参数进行振动凝固后，枝晶大部分都发生了碎化，二次枝晶臂很少见。铸件的组织得到了较大的细化。

实施例2：铝合金铸件消失模铸造

ZL101铝合金，在熔化、精炼、静止并达到浇铸温度后，将熔体浇入到已紧实的消失模铸造铸型中，浇注前开始振动直至凝固后停止振动，振动工艺参数为：振动电机转速750～1500rpm、振动频率10～50Hz(振动频率从小至大变化)、振幅为0.1～3.0mm、砂箱及铸件进入下一工序，待铸件进一步冷却至开箱温度后，将铸件从砂箱中取出。

实施例3：球墨铸铁零件消失模铸造

调整球墨铸铁的化学成分、静止达到浇铸温度后，将熔体浇入到已紧实的消失模铸造铸型中；浇注完毕后，立即按设定好的工艺参数：转速750rpm、振动频率10Hz、振幅为0.5～1.0mm进行振动，直至试样完全凝固停止振动，砂箱及铸件进入下一工序。待铸件进一步冷却至开箱温度后，将铸件从砂箱中取出。

Claims (4)

1.一种消失模铸造振动凝固方法，包括制作泡沫模样，将泡沫模样置入砂箱内填砂紧实，液态金属浇注步骤，其特征在于：

在液态金属浇注步骤前、液态金属浇注步骤过程中及其凝固期间、或者液态金属浇注步骤后的凝固期间，对装有泡沫模样和散砂的砂箱实施振动，振动频率为10～100Hz、振幅为0.1～3.0mm，驱使振动的振动电机的转速为750～3000rpm；铸件全部凝固完毕后停止振动。

2.如权利要求1所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：所述振动的振动频率为固定频率或者由小到大变化的频率。

3.如权利要求1或2所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：实施所述振动采用振动电机振动的机械振动台，或者采用电磁振动或偏心振动的振动台。

4.如权利要求3所述的消失模铸造振动凝固方法，其特征在于：实施所述振动借用消失模铸造过程所具有的对泡沫模样和散砂振动紧实的振动台，或者另外设置专门的振动凝固用振动台。