CN105344974A - 一种低压铸造过程中施加波动压力的方法 - Google Patents

一种低压铸造过程中施加波动压力的方法 Download PDF

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王晔
陈伟
王汝佳
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould

Abstract

一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，它涉及有色合金特种成形技术领域，具体是涉及一种低压铸造过程中施加波动压力的方法。本发明是要解决现有大型铝铜合金铸件在低压凝固过程中形成缩孔缩松缺陷的问题。方法：对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，施加波动压力进行保压阶段，当铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造；所述保压阶段的时间为t，所述保压时间t为保压开始直至铸件完全凝固。本发明用于低压铸造。

Description

一种低压铸造过程中施加波动压力的方法
技术领域
本发明涉及有色合金特种成形技术领域，具体是涉及一种低压铸造过程中施加波动压力的方法。
背景技术
铝铜合金因为其优良的室温和高温力学性能而广泛应用于航空航天、汽车、机械工业领域。而该合金较宽的结晶范围、较大的壁厚敏感性以及较差的铸造性能，使得采用铝铜合金低压铸造成形的大型铸件在生产过程中常易产生缩松、缩孔、偏析及热裂等铸造缺陷，严重的影响了该合金的发展和应用。与此同时大型铸件往往尺寸庞大，结构复杂，在工作中承受着巨大的静载荷和冲击载荷，这就要求材料具有高强度，高韧性以及较高的铸件整体力学性能。在低压铸造大型铝铜合金铸件中，缩孔缩松缺陷是最常见且难以消除的一种缺陷。近表面的缩松缺陷是导致铝铜合金产品发生疲劳断裂的主要诱因。缩松的几何尺寸及其呈现的空间树突状结构特点，对于疲劳裂纹的萌生和扩展有着特殊影响。为了保证铸件质量和生产效益，许多学者都在试图寻找此类型铸件中缩孔缩松缺陷的控制手段，但目前为止在铝铜合金以及其它糊状凝固合金大型铸件的低压铸造生产过程中仍然缺乏有效地控制方法。
发明内容
本发明是要解决现有大型铝铜合金铸件在低压凝固过程中形成缩孔缩松缺陷的问题，而提供一种低压铸造过程中施加波动压力的方法。
本发明一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，进入保压阶段施加波动压力进行保压，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
获得有益效果：
本发明通过调节合金低压凝固过程中的保压压力，使该压力在一定范围内呈周期性变化，压力变化将在凝固合金的液相区以及固液共存区内形成一定程度的弹性波动并使合金液相产生一定范围的抽吸作用，从而促进合金自身的补缩范围，提高合金液相的补缩能力，从而达到控制和消除铝铜合金在低压铸造过程中产生的缩孔缩松缺陷，并可用于其它糊状凝固合金铸件的低压铸造生产。
附图说明
图1为对实施例一所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图；
图2为对实施例二所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图；
图3为对实施例三所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，进入保压阶段施加波动压力进行保压，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
本实施方式中所述的波动压力是通过控制包括增压阀和卸压阀来对保压凝固期间的压力进行控制的。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为1Hz～50Hz，保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa。控制波动压力上、下限不变，施加波动压力直至保压阶段结束，卸载波动压力。其他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：所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为1Hz～50Hz，保压阶段的波动压力范围为p～y；所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；然后控制施加的波动压力的上、下限，随着循环次数n的增加，波动压力的上、下限的差值减小。按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压差递减；直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中ΔPn为循环次数为n次时波动压力的上限值与下限值的差值；所述ΔP为保压阶段起始时的波动压力上限值与下限值之差；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为1Hz；a为常数，设定a＝1.1。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述施加波动压力的方式是：保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；然后控制施加的波动压力的上限值和下限值不变，所述施加波动压力的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，波动压力频率按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f1为1Hz；b为常数，设定b＝1.01。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述施加波动压力的方式是：保压阶段起始的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；所述施加波动压力的频率的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，控制施加的波动压力随着循环次数n的增加而减小，按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f为1Hz；b为常数，设定b＝1.01；同时，按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压力差递减；直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中ΔPn为循环次数为n次时的波动压力的上限值与下限值的差；所述ΔP为保压阶段起始的波动压力上限值与下限值的差值；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为1Hz；a为常数，设定a＝1.1。其他与具体实施方式一至四之一相同。
采用下述实施例验证本发明效果：
实施例一：一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，施加波动压力进行保压阶段，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为5Hz，保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述p为波动压力的上限，其值为0.075MPa，y为0.1MPa。控制波动压力的上、下限不变，直至保压结束。
对实施例一所述的低压铸造后的合金铸件进行X光探伤检测，图1为对实施例一所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图；如图1所示，表明该铸件内部无高于0.5mm的缩孔缩松缺陷，达到质量要求。
实施例二：一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，施加波动压力进行保压阶段，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为1Hz，保压阶段起始时的波动压力范围为p～y；所述p为波动压力下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述y为波动压力上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；然后控制施加的波动压力差值随着循环次数n的增加而减小，按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压力差值递减；直至保压结束。其中ΔPn为循环次数为n次时的波动压力的上限值与下限值的差值；所述ΔP为保压阶段起始的波动压力上限值与下限值之差值；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为5Hz；a为常数，设定a＝1.1。
对实施例二所述的低压铸造后的合金铸件进行X光探伤检测，图2为对实施例二所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图；如图2所示，表明该铸件内部无高于0.5mm的缩孔缩松缺陷，达到质量要求。
实施例三：一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，施加波动压力进行保压阶段，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
所述施加波动压力的方式是：保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述y为波动压力上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；保持施加的波动压力的上限值和下限值不变，所述施加波动压力的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，直至保压结束。其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f1为1Hz；b为常数，设定b＝1.01。
对实施例三所述的低压铸造后的合金铸件进行X光探伤检测，图3为对实施例三所述的低压铸造后的合金铸件X光探伤结果图；如图3所示，表明该铸件内部无高于0.5mm的缩孔缩松缺陷，达到质量要求。
实施例四：一种低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，施加波动压力进行保压阶段，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
所述施加波动压力的方式是：保压阶段起始的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述y为波动压力上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；所述施加波动压力的频率的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，控制施加的波动压力差值随着循环次数n的增加而减小，按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f1为1Hz；b为常数，设定b＝1.01；同时，按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压力差值递减；其中ΔPn为循环次数为n次时的波动压力的上限值与下限值的差值；所述ΔP为保压阶段起始的波动压力上限值与下限值之差值；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为1Hz；a为常数，设定a＝1.1。
对实施例四所述的低压铸造后的合金铸件进行X光探伤检测，结果显示该铸件内部无高于0.5mm的缩孔缩松缺陷，达到质量要求。

Claims (5)

1.一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，其特征在于低压铸造过程中施加波动压力的方法是按以下步骤进行的：
对合金铸件进行低压铸造时，当合金铸件完成升液阶段、充型阶段和增压阶段后，进入保压阶段施加波动压力进行保压，保压至铸件完全凝固后，卸载波动压力，完成低压铸造。
2.根据权利要求1所述的一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，其特征在于所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为1Hz～50Hz，保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa。控制波动压力上、下限不变，施加波动压力直至保压阶段结束，卸载波动压力。
3.根据权利要求1所述的一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，其特征在于所述施加波动压力的方式是：施加波动压力的频率f为1Hz～50Hz，保压阶段的波动压力范围为p～y；所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；然后控制施加的波动压力的上、下限，随着循环次数n的增加，波动压力的上、下限的差值减小。按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压差递减；直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中ΔPn为循环次数为n次时波动压力的上限值与下限值的差值；所述ΔP为保压阶段起始时的波动压力上限值与下限值之差；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为1Hz；a为常数，设定a＝1.1。
4.根据权利要求1所述的一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，其特征在于所述施加波动压力的方式是：保压阶段的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数，g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；然后控制施加的波动压力的上限值和下限值不变，所述施加波动压力的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，波动压力频率按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f1为1Hz；b为常数，设定b＝1.01。
5.根据权利要求1所述的一种低压铸造过程中施加波动压力的方法，其特征在于所述施加波动压力的方式是：保压阶段起始的波动压力范围为p～y，所述p为波动压力的下限，是充型结束时的充型压力，所述p是按照公式p＝Hρgμ计算得到，其中H为从浇注后密封罐内坩埚中液面到铸型型腔最高处的垂直高度，ρ为合金液密度，ρ的单位为kg/m3，μ为阻力系数；g为重力加速度；所述y为波动压力的上限，其值为0.05MPa～0.3MPa；所述施加波动压力的频率的起始频率f为1Hz，控制施加波动压力的频率随着循环次数n的增加而增加，控制施加的波动压力随着循环次数n的增加而减小，按照公式fn＝f+(nf)/(bN)控制施加波动压力的频率递增，其中fn为循环次数为n次时的波动压力频率；N为理论总循环次数，所述N＝tf1，其中t为保压时间，f为1Hz；b为常数，设定b＝1.01；同时，按照公式ΔPn＝ΔP-(nΔP)/(aN)控制施加的波动压力差递减；直至保压阶段结束，卸载波动压力。其中ΔPn为循环次数为n次时的波动压力的上限值与下限值的差；所述ΔP为保压阶段起始的波动压力上限值与下限值的差值；N为理论总循环次数，所述N＝tf，其中t为保压时间，f为1Hz；a为常数，设定a＝1.1。
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