CN108097925A - 一种铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,采用熔模石膏型真空加压铸造,加压同时采用行波磁场和旋转磁场作用;在熔体630~680℃时开启行波磁场,电磁频率为50~80Hz,熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场,开启旋转磁场,电磁频率为100~120Hz;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场,电磁频率为150~250Hz。本发明起到破碎枝晶臂、增强微观补缩、细化晶粒、抑制疏松缺陷的效果,提高铸件本体的力学性能。本发明将晶粒细化至20~40μm,铸件内部质量由Ⅱ~Ⅲ级提升至Ⅰ级。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金铸件的制备方法,主要涉及复合外场干预凝固组织控制方法。
背景技术
随着轻量化和整体化的发展需求,薄壁复杂铝合金铸件在航空航天、兵器、汽车、船舶等领域的应用正越来越广泛,熔模石膏型真空加压铸造是制备该类铸件的不二之选,能够满足最小壁厚0.5mm铸件的整体成形,具有尺寸精度高、表面质量好等特点。但石膏型导热率不足树脂砂型的1/3、金属型的1/5,即使在压力的作用下凝固,冒口的补缩距离有限,枝晶还会过渡生长,重力下充型卷气和析氢严重,导致铸件本体性能低于国标或行标要求,已成为困扰铸造行业的技术难题之一。
目前,国内针对熔模石膏型真空加压铸造的冷却效果差、成形铸件凝固组织粗大的问题也展开了相关研究,主要集中在设置冷铁、补缩冒口、激冷复合铸型制备等方面,并取得了一定的效果,但对铸件的凝固组织改善效果有限。
发明内容
本发明目的在于提供一种提高除气效果、增强补缩、晶粒细化的铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的:
一种铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,采用熔模石膏型真空加压铸造,加压同时采用行波磁场和旋转磁场作用;在熔体630~680℃时开启行波磁场,电磁频率为50~80Hz,熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场,开启旋转磁场,电磁频率为100~120Hz;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场,电磁频率为150~250Hz。
上述加压的压力场400~500KPa,保压时间20~30min。
上述铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,包括了低真空加高真空的二级真空除气步骤,充型前熔体在50~60KPa的低真空状态下静置5~10min,充型时真空度提升至10~20KPa。
上述铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,包括以下步骤:
(1)将精炼好的740~760℃铝熔体转入250~300℃焙烧好的石膏铸型浇包,抽真空至50~60KPa,保压5~10min;
(2)当铝熔体温度降至700~720℃时,以20~30mm/s速度充型;当铝熔体流至铸型底部时,抽真空至10~20KPa,使铝熔体在高真空环境下完成充型;
(3)充型结束后,按照3~5KPa/s加压速率升压至400~500KPa,保压20~30min;
(4)当温度在630~680℃时,开启行波磁场,电磁频率为50~80Hz;熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场,开启旋转磁场,电磁频率为100~120Hz;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场发生器,电磁频率提升至150~250Hz;
(5)排气卸压,开启密封盖。
有益效果
1.本发明设计了低真空+高真空的二级真空除气工艺,促进熔体内氢气的析出,减少型腔发气,提升薄壁充型能力,实现ZL114A铝合金的流动性由325~355mm提升至395~420mm,成形铸件针孔度由III~IV级提升至I~II级。
2.本发明设计了行波磁场+旋转磁场+压力场的凝固组织调控方法,通过合理匹配磁场和压力场参数,起到破碎枝晶臂、增强微观补缩、细化晶粒、抑制疏松缺陷的效果,提高铸件本体的力学性能。本发明将晶粒细化至20~40μm,铸件内部质量由II~III级提升至I级。
3.本发明制备得到的ZL114A铸件本体指定部位抗拉强度达到350MPa,延伸率6.0%,针孔度I级,疏松度I级。
4.对于熔模石膏型真空加压铸造成形的薄壁铝合金铸件来说,目前在研制和生产中存在的二大技术难题:一是重力下充型卷气和析氢严重,二是石膏型冷却缓慢,凝固组织粗大,铸件本体力学性能不足。而本发明可以彻底解决上述问题,获得性能优异铸件,已实现了批量生产,推广应用价值较高,工业潜力巨大。
附图说明
图1本发明所采用的真空加压铸造机液位-温度监控系统及复合磁场设置示意图;1.密封盖;2.锁紧系统;3.旋转浇包;4.工作舱;5.真空阀;6.浇口杯;7.铸件;8.压力阀;9.浇道;10.石膏铸型;11.安全阀;12旋转磁场线圈;13.行波磁场线圈;14.液位-温度监控系统;15.导流槽;16.PLC控制系统;17卸压阀。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行描述,有必要在此指出的是,所述实施例只用于对本工艺进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术人员可以根据本发明的技术方案做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
以某铝合金薄壁壳体铸件为应用对象,具体轮廓尺寸:高1220mm,大小端为矩形420mm×530mm,主体壁厚2.5mm;内腔多加强筋,外形多凸台、窗口,内腔包含6道纵向筋,8道纵向筋,外形含Φ48mm、Φ54mm圆形凸台各4个,62×62mm方形凸台2个,110×120mm方形窗口2个;材料:ZL114A。
铝合金薄壁壳体铸件的复合外场干预凝固组织控制方法,按如下步骤进行:
(1)、将焙烧好的石膏铸型(300℃)吊入工作舱内,连接液位-温度监控系统和复合磁场装置,调压器放置在真空加压铸造机外部;将精炼好的铝熔体(750~760℃)转入浇包中待用,关闭密封盖并锁紧,然后打开真空阀,抽真空至55KPa后,关闭真空阀,开始真空除气,保压10min。
(2)、当铝熔体温度降至720℃时,启动伺服电机使浇包翻转,按25mm/s的充型速度,开始真空充型;当铝熔体流至铸型底部时,型底触点得到信号,反馈到液位-温度监控系统,PLC控制系统自动打开真空阀,继续抽真空至10KPa,使铝熔体在高真空环境下完成充型。
(3)、当铝熔体流至冒口顶部时,型顶触点得到信号,充型结束;转入复合外场干预凝固过程,PLC控制系统自动打开加压阀,按照4KPa/s加压速率将工作舱压力迅速升高至500KPa,保压30min。
(4)、当型顶触点检测到熔体温度在630~680℃时,开启行波磁场发生器,电磁频率为70Hz,辅助压力场在高度方向的补缩;熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场发生器,开启旋转磁场发生器,电磁频率为120Hz,促进熔体在水平方向的微观补缩;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场发生器,电磁频率提升至180Hz,破碎枝晶臂,细化晶粒。
(5)、保压时间到后,打开排气阀,对工作舱卸压,当压力降至常压后,锁紧系统打开,自动开启密封盖,吊出铸型,清理真空加压铸造设备。
实施效果:浇注时合金流动性提升至395~420mm,晶粒细化至20~40μm,铸件本体指定部位抗拉强度达到350MPa,延伸率6.0%,力学性能提升30%以上,针孔度I级,疏松度I级。
实施例2
以某铝合金薄壁舱体铸件为应用对象,具体轮廓尺寸:小端圆Φ580mm,大端圆Φ640mm,高1090mm,主体壁厚3.0mm,典型的圆锥形结构,材料:ZL101A。
铝合金薄壁舱体铸件的复合外场干预凝固组织控制方法,按如下步骤进行:
(1)、将焙烧好的石膏铸型(280℃)吊入工作舱内,连接液位-温度监控系统和复合磁场装置,调压器放置在真空加压铸造机外部;将精炼好的铝熔体(740~750℃)转入浇包中待用,关闭密封盖并锁紧,然后打开真空阀,抽真空至60KPa后,关闭真空阀,开始真空除气,保压8min。
(2)、当铝熔体温度降至700℃时,启动伺服电机使浇包翻转,按20mm/s的充型速度,开始真空充型;当铝熔体流至铸型底部时,型底触点得到信号,反馈到液位-温度监控系统,PLC控制系统自动打开真空阀,继续抽真空至20KPa,使铝熔体在高真空环境下完成充型。
(3)、当铝熔体流至冒口顶部时,型顶触点得到信号,充型结束;转入复合外场干预凝固过程,PLC控制系统自动打开加压阀,按照3KPa/s加压速率将工作舱压力迅速升高至450KPa,保压25min。
(4)、当型顶触点检测到熔体温度在630~680℃时,开启行波磁场发生器,电磁频率为50Hz,辅助压力场在高度方向的补缩;熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场发生器,开启旋转磁场发生器,电磁频率为110Hz,促进熔体在水平方向的微观补缩;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场发生器,电磁频率提升至160Hz,破碎枝晶臂,细化晶粒。
(5)、保压时间到后,打开排气阀,对工作舱卸压,当压力降至常压后,锁紧系统打开,自动开启密封盖,吊出铸型,清理真空加压铸造设备。
实施效果:浇注时合金流动性提升至410~435mm,晶粒细化至25~40μm,铸件本体指定部位抗拉强度达到320MPa,延伸率8.0%,力学性能提升25%以上,针孔度I级,疏松度I级。
实施例3
以某铝合金舱体铸件为应用对象,具体轮廓尺寸:高度590mm,小端圆Φ635mm,大端圆Φ735mm,主体壁厚4.5mm;内腔多加强筋、窗口、凸台,内腔含10mm厚的纵向筋12道,12mm厚的横向筋4道,80×80mm,45×45mm,110×110mm方形窗口各一个,Φ129mm圆形凸台2个;材料:ZL205A。
铝合金舱体铸件的复合外场干预凝固组织控制方法,按如下步骤进行:
(1)、将焙烧好的石膏铸型(250℃)吊入工作舱内,连接液位-温度监控系统和复合磁场装置,调压器放置在真空加压铸造机外部;将精炼好的铝熔体(740℃)转入浇包中待用,关闭密封盖并锁紧,然后打开真空阀,抽真空至60KPa后,关闭真空阀,开始真空除气,保压10min。
(2)、当铝熔体温度降至700℃时,启动伺服电机使浇包翻转,按20mm/s的充型速度,开始真空充型;当铝熔体流至铸型底部时,型底触点得到信号,反馈到液位-温度监控系统,PLC控制系统自动打开真空阀,继续抽真空至10KPa,使铝熔体在高真空环境下完成充型。
(3)、当铝熔体流至冒口顶部时,型顶触点得到信号,充型结束;转入复合外场干预凝固过程,PLC控制系统自动打开加压阀,按照5KPa/s加压速率将工作舱压力迅速升高至500KPa,保压30min。
(4)、当型顶触点检测到熔体温度在650~680℃时,开启行波磁场发生器,电磁频率为80Hz,辅助压力场在高度方向的补缩;熔体温度降至590~650℃时,关闭行波磁场发生器,开启旋转磁场发生器,电磁频率为1120Hz,促进熔体在水平方向的微观补缩;熔体温度降至540~590℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场发生器,电磁频率提升至240Hz,破碎枝晶臂,细化晶粒。
(5)、保压时间到后,打开排气阀,对工作舱卸压,当压力降至常压后,锁紧系统打开,自动开启密封盖,吊出铸型,清理真空加压铸造设备。
实施效果:浇注时合金流动性提升至300~330mm,晶粒细化至20~35μm,铸件本体指定部位抗拉强度达到510MPa,延伸率10.0%,力学性能提升35%以上,针孔度I级,疏松度I级。
Claims (4)
1.一种铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,采用熔模石膏型真空加压铸造,加压同时采用行波磁场和旋转磁场作用;在熔体630~680℃时开启行波磁场,电磁频率为50~80Hz,熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场,开启旋转磁场,电磁频率为100~120Hz;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场,电磁频率为150~250Hz。
2.如权利要求1所述的铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,所述加压的压力场400~500KPa,保压时间20~30min。
3.如权利要求1所述的铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,包括了低真空加高真空的二级真空除气步骤,充型前熔体在50~60KPa的低真空状态下静置5~10min,充型时真空度提升至10~20KPa。
4.如权利要求1所述的铝合金铸件复合外场干预凝固组织控制方法,包括以下步骤:
(1)将精炼好的740~760℃铝熔体转入250~300℃焙烧好的石膏铸型浇包,抽真空至50~60KPa,保压5~10min;
(2)当铝熔体温度降至700~720℃时,按20~30mm/s的充型速度充型;当铝熔体流至铸型底部时,抽真空至10~20KPa,使铝熔体在高真空环境下完成充型;
(3)充型结束后,按照3~5KPa/s加压速率升压至400~500KPa,保压20~30min;
(4)当温度在630~680℃时,开启行波磁场,电磁频率为50~80Hz;熔体温度降至580~630℃时,关闭行波磁场,开启旋转磁场,电磁频率为100~120Hz;熔体温度降至550~580℃时,同时开启行波磁场和旋转磁场发生器,电磁频率提升至150~250Hz;
(5)排气卸压,开启密封盖。
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