CN102051567A - 一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法 - Google Patents

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苏彦庆
徐严谨
骆良顺
刘江平
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Abstract

一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，它属于铸造技术领域。本发明要解决现有通过细晶、致密化改变铝合金性能存在成本高、难以控制的技术问题。本发明方法如下：一、将铝合金加热熔化后保温，获得铝合金熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器的磁场强度，然后将步骤一获得的铝合金熔体注入铸型内，对铝合金熔体施加磁场方向竖直向下的行波磁场，磁感应强度为32～500mT，行波磁场下铝合金凝固；即完成铝合金的精密铸造。本发明方法易于控制且成本低，所获得的合金晶粒细小，并且有效的减少了气孔和空洞，提高了凝固过程中的金属补缩能力。

Description

一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法。
背景技术
随着现代科技的飞速发展，铸造铝合金作为传统的金属材料，由于其密度小、比强度高等特点，在航空、航天、汽车、机械制造等行业仍占有重要地位。现代材料制备技术追求成本低、搞性能。作为材料制备过程中一个重要环节，细晶、致密化已经成为提高铝合金材料性能的一个重要方向。材料实现细晶、致密化综合性能得到了有效的改善。因此细晶、致密化是改进铝合金材料性能的一个基本方法。为了实现这一目的，人们采用了大量的方法：化学添加剂法、物理法、快速冷却法、外场作用法等等。上述方法或多或少存在一定的优缺点，例如化学添加剂法引入了一定的杂质，同时细化剂的价格一股比较昂贵，因此所需成本较高，而物理方法设备庞大，难以控制，且成本较高。施加脉冲电流、脉冲磁场是近年来发现的新方法，该方法在施加时所需要的瞬时电流电压较高，耗能较大。施加超声波法是一种有效的细化晶粒的方法，但是超声波的振头一股在金属熔体中也要熔蚀，同时当铸锭尺寸较大时需要功率很大。而致密化一股使用特殊的铸造方法，如差压铸造，高压铸造等等，这些特殊的方法往往成本较高，而且难以控制。因此铝合金的细晶、致密化还是存在诸如成本高、难以控制等问题需要去解决。
发明内容
本发明要解决现有通过细晶、致密化改变铝合金性能存在成本高、难以控制的技术问题；而提供一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法。
本发明中一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法是通过下述步骤实现的：一、将铝合金加热熔化后保温，获得铝合金熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器的磁感应强度B，然后将步骤一获得的铝合金熔体注入铸型内，对铝合金熔体施加磁场方向竖直向下(磁场方向为重力方向)的行波磁场，磁感应强度为32～500mT，行波磁场下铝合金凝固；即完成铝合金的精密铸造。
本发明所述方法在铝合金熔体凝固过程中施加竖直向下的行波磁场后，磁场在金属熔体中产生一个竖直向下的电磁推动力及向熔体的一个脉动电磁力，电磁推动力可以有效的促进熔体的流动，可以破碎枝晶，使得破碎的枝晶成为新的固相晶粒核心，而方向向着熔体内部的脉动电磁力可以使型壁上的晶粒脱落并且在力的作用下向熔体内部运动，这些脱落的和破碎的晶粒后来将作为等轴晶生长的晶核，因此凝固过程中的形核率增加，凝固方式由柱状晶向等轴晶转变；并且由于凝固前沿及大量新形成的自由晶粒之间的对流换热，使得液体中残余过热迅速的消除，结晶前沿的温度梯度降低，温度场更均匀化，这些都将促使等轴晶组织的增加。而在凝固过程中竖直向下的电磁推动力产生一个电磁压力，可以促进凝固过程中金属熔体的补缩，可以有效的减少气孔及疏松。本发明方法使铝合金的细化及致密化，从而获得了晶粒细小，组织致密的组织。当磁感应强度达到40mT时，其晶粒尺寸就可以达到0.5mm以内，从宏观组织看，施加了行波磁场可以有效的消除气孔、空洞、缩松，越往下组织越致密，因此本方法还适用于薄壁件的顺序凝固，可以使增加凝固过程中金属的补缩能力，获得组织致密的大型薄壁件铸件。现有的方法使用的设备造价高且昂贵，本发明方法凝固过程中外加行波磁场发生设备，因此大大降低成本。本发明方法只要简单的控制磁场感应强度以及冷却速度即可，因此控制简单。
附图说明
图1是可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法原理的示意图，图1中：1表示可调式行波磁场感应器，6表示铝合金金属熔体；图2是不同强度的行波磁场作用下的纯铝晶粒大小图；图3是无行波磁场作用下获得铝合金的剖面图；图4是强度为16mT的行波磁场作用下获得铝合金的剖面图；图5是强度为24mT的行波磁场作用下获得铝合金的剖面图；图6是强度为32mT的行波磁场作用下获得铝合金的剖面图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法是通过下述步骤实现的：一、将铝合金加热熔化后保温，获得铝合金熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器的磁感应强度B，然后将步骤一获得的铝合金熔体注入铸型内，对铝合金熔体施加磁场方向竖直向下(重力方向)的行波磁场，磁感应强度为32～500mT，行波磁场作用下铝合金凝固；即完成铝合金的精密铸造。
本实施方式的方法使铝合金的细化及致密化，从而获得了晶粒细小，组织致密的组织。当磁感应强度达到40mT时，其晶粒尺寸就可以达到0.5mm以内，从宏观组织看，施加了行波磁场可以有效的消除气孔、空洞、缩松，越往下组织越致密，因此本方法还适用于薄壁件的顺序凝固，可以使增加凝固过程中金属的补缩能力，获得组织致密的大型薄壁件铸件。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述非磁性材料为不锈钢、石英或氧化铝。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一保温20分钟。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述磁感应强度为50～400mT。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述磁感应强度为100～350mT。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述磁感应强度为200mT。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述磁感应强度为300mT。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述磁感应强度为250mT。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式九：本实施方式中一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法是通过下述步骤实现的：一、将纯度为99.9％铝加热到700℃熔化后保温20分钟，获得铝熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器(筒形，可以根据实际需要改变结构的)的磁感应强度，然后将步骤一获得的铝熔体注入铸型内，对铝熔体施加重力方向的行波磁场(参见图1)，磁感应强度分别为0mT、8mT、16mT、24mT、32mT和40mT，行波磁场作用下铝凝固；即完成铝在行波磁场作用下的凝固。
对本实施方式不同磁感应强度下得到的铝进行分析，结果见图2由图2可见随着磁场感应强度的增强，晶粒尺寸变小，说明纯铝晶粒随感应强度的增强细化程度越明显。
具体实施方式十：本实施方式中一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法是通过下述步骤实现的：一、将铝合金(Al-10.3wt％Si)加热到700℃熔化后保温20分钟，获得铝合金熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器(筒形，可以根据实际需要改变结构的)的磁感应强度B，然后将步骤一获得的铝合金熔体注入铸型内，对铝合金熔体施加重力方向的行波磁场(参见图1)，磁感应强度B分别为0mT(对比例)、16mT(对比例)、24mT(对比例)、32mT，行波磁场作用下铝合金凝固；即完成铝合金的精密铸造。
对本实施方式不同磁感应强度下得到的铝合金进行分析，结果图3～6所示。由图3～6可知随着磁场感应强度的增强，组织中的气孔、空洞得到有效的消除，并且缩松随着磁感应强度的增大而减少，并向上移动，说明施加行波磁场可以有效的消除气孔、空洞，并增强金属凝固过程中的补缩能力。

Claims (7)

1.一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法是通过下述步骤实现的：一、将铝合金加热熔化后保温，获得铝合金熔体；二、将铸型放入行波磁场感应器中，所述铸型的材料为非磁性材料，打开行波磁场感应器调节行波磁场感应器的磁场强度，然后将步骤一获得的铝合金熔体注入铸型内，对铝合金熔体施加磁场方向竖直向下的行波磁场，磁感应强度为32～500mT，行波磁场下铝合金凝固；即完成铝合金的精密铸造。
2.根据权利要求1所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述非磁性材料为不锈钢、石英或氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述磁感应强度为50～400mT。
4.根据权利要求1或2所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述磁感应强度为100～350mT。
5.根据权利要求1或2所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述磁感应强度为200mT。
6.根据权利要求1或2所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述磁感应强度为300mT。
7.根据权利要求1或2所述的一种可调式行波磁场细化铝合金的精密铸造方法，其特征在于步骤二所述磁感应强度度为250mT。
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