CN107321952A - 一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法 - Google Patents

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor

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Abstract

一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，它涉及一种自生激冷方法，具体涉及一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法。本发明为了解决现有大型复杂铝铜合金构件铸造成形过程铸件变形的问题。本发明的具体步骤为：步骤一、将大型复杂铝铜合金铸件局部分成A区和B区，并判定A区和B区是否适合使用自生冷铁；步骤二、计算所需自生冷铁的数量；步骤三、将自生冷铁设置在相应的区域内；步骤四、形成自生冷铁的型腔位置。本发明属于机械领域。

Description

一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法
技术领域
本发明涉及一种自生激冷方法，具体涉及一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，属于机械领域。
背景技术
大型复杂铝铜合金构件广泛应用于航空、航天军事工业。其加工制造流程中涉及铸造、热处理等热加工过程,其中铸造是成形构件的关键环节。对于大型复杂铝铜合金构件而言,由于其形状结构的复杂性,例如构件壁厚不均匀,存在大量的助壁、加强筋等,铸造过程极易发生变形,变形超差将导致零件报废。虽然对大型复杂铝铜合金构件铸造变形进行了大量的研究,采取各种措施使铸造变形得到了较大程度的控制,但始终没有能从根本上解决变形的问题。对于铝铜合金铸件而言，其变形主要是由于铸造过程液/固相变不受控、获得的铸造组织不均匀而产生的,对于大型复杂铝铜合金铸件而言,尤其是差异壁厚构件,其不均匀程度更大,因此凝固过程中极易发生变形。目前,对于铝铜铸造组织控制主要调节铸型冷却的方式,对厚壁部位施加异种材料的外冷铁，例如，铸铁冷铁或纯铝冷铁，由于冷铁激冷能力较强，铝铜合金铸件凝固过程表面凝固到一定厚度时，凝固收缩量积累到一定程度，冷却界面与冷铁分离产生气隙，冷铁激冷效果急剧降低，这导致铸件厚壁部位心部的组织与表面组织产生明显差异，组织的差异往往带来大量的残余应力,使得铸件在冷却过程中应力释放发生变形。为此需要从大型复杂铝铜合金铸件变形的根本原因入手,提出一种全新的大型复杂铝铜合金铸件变形控制方法,达到其铸造过程少无变形目的。
发明内容
本发明为解决现有大型复杂铝铜合金构件铸造成形过程铸件变形的问题，进而提出一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述方法的具体步骤如下：
步骤一、将大型复杂铝铜合金铸件局部分成A区和B区，并判定A区和B区是否适合使用自生冷铁；
步骤二、计算所需自生冷铁的数量；
步骤三、将自生冷铁设置在相应的区域内；
步骤四、形成自生冷铁的型腔位置。
本发明的有益效果是：1、大型复杂铝铜合金铸件冷却过程中根据构件壁厚差异,调整局部换热能力,使得不同壁厚处冷速相近,控制液/固相变过程，从而实现不同壁厚处组织均匀化,减小由于组织差异而导致的变形，控制变形效果好；2、本发明控制大型复杂铝铜合金铸件变形采用了自生激冷的方法，由于自生冷铁由金属液在成形大型复杂铝铜合金铸件的浇注过程直接形成，并与铸件直接相连，因此不存在凝固过程产生气隙的问题，可以充分发挥激冷效果，与传统冷铁工艺相比其冷却效果和铸件抗变形能力更好；3、本发明采用判断自生冷铁浇注过程直接形成，并与铸件材料相同，判断其的数量所采用的参数均为铸造工艺设计时使用的参数，与传统冷铁工艺相比，不需要重新测试冷铁物性，可以直接使用铸件材料数据，操作实施更简便；4、本发明可以实现大型复杂铝铜合金铸件铸造成形过程中内部应力及变形量最小化,利用本方法制备的大型复杂铝铜合金铸件的径向变形显著降低,径向变形降低70％以上,针对大型复杂Al-Cu合金铸件的铸造采用该技术,因变形最小而使成品率达100％。
附图说明
图1是大型复杂铝铜合金的结构示意图；
图2是大型复杂铝铜合金安装自生冷铁后的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、将大型复杂铝铜合金铸件局部分成A区和B区，并判定A区和B区是否适合使用自生冷铁1；
步骤二、计算所需自生冷铁1的数量；
步骤三、将自生冷铁1设置在相应的区域内；
步骤四、形成自生冷铁1的型腔位置。
本实施方式中自生冷铁1在浇注过程直接形成，并与铸件直接连接，成分与铸件的成分完全相同，Cu含量范围2.0wt.％。本实施方式制备的大型复杂铝铜合金铸件的径向变形显著降低,径向变形降低70％以上,针对大型复杂Al-2Cu合金铸件的铸造采用该技术,因变形最小而使成品率达100％。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法的步骤一中A区的壁厚H大于B区的壁厚h。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法的自生冷铁1的使用条件为H≧3.5h。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：步骤二中计算所需自生冷铁1数量的方法是：
步骤二一、计算A区的热模数Ma；
步骤二二、计算B区的热模数Mb；
步骤二三、设A区散热面积为Sa，B区散热面积为Sb，砂型与铸件的界面换热系数为α1，涂料与铸件的界面换热系数为αb，构件材料室温时的导热，需要使用的单片自生冷铁面积为m·Sa，m为正整数，需要使用的自生冷铁数量为n，n为正整数，使得
其中Sa的单位是m2；Sb的单位是m2；α1的单位是W/m2K；αb的单位是W/m2K；m·Sa的单位是m2。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法的自生冷铁1的型腔垂直于铸型壁面。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，在具体实施方式一的基础上，大型复杂铝铜合金铸件由Al-5Cu制备而成；如此设置，可使大型复杂铝铜合金铸件的径向变形显著降低,径向变形降低70％以上,成品率达100％。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，在具体实施方式一的基础上，大型复杂铝铜合金铸件由Al-15Cu制备而成。如此设置，可使大型复杂铝铜合金铸件的径向变形显著降低,径向变形降低70％以上,成品率达100％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法是通过如下步骤实现的：
步骤一、将大型复杂铝铜合金铸件局部分成A区和B区，并判定A区和B区是否适合使用自生冷铁(1)；
步骤二、计算所需自生冷铁(1)的数量；
步骤三、将自生冷铁(1)设置在相应的区域内；
步骤四、形成自生冷铁(1)的型腔位置。
2.根据权利要求1所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：步骤一中A区的壁厚H大于B区的壁厚h。
3.根据权利要求2所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：自生冷铁(1)的使用条件为H≧3.5h。
4.根据权利要求1所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：步骤二中计算所需自生冷铁(1)数量的方法是：
步骤二一、计算A区的热模数Ma；
步骤二二、计算B区的热模数Mb；
步骤二三、设A区散热面积为Sa，B区散热面积为Sb，砂型与铸件的界面换热系数为α1，涂料与铸件的界面换热系数为αb，构件材料室温时的导热，需要使用的单片自生冷铁面积为m·Sa，m为正整数，需要使用的自生冷铁数量为n，n为正整数，使得
<mrow> <mi>n</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>b</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>a</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>mS</mi> <mi>a</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>b</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
其中Sa的单位是m2；Sb的单位是m2；α1的单位是W/m2K；αb的单位是W/m2K；m·Sa的单位是m2。
5.根据权利要求1所述一种控制大型复杂铝铜合金变形用的自生激冷方法，其特征在于：自生冷铁(1)的型腔垂直于铸型壁面。
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