CN108127101B - 一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法，包括精炼处理、熔体充型和加压凝固步骤，在熔体充型过程，将下型板的温度始终控制为650‑720℃，将上型板的温度始终控制为750‑780℃。本发明通过对型板的温度调控，实现了对铸型及其铝合金熔体温度场的良好优化，使得铝合金铸件抗拉强度偏差大幅缩小，提高了铝合金铸件质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金铸造方法，具体是一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法。
背景技术
在航空航天、武器装备、汽车、船舶等领域，铝合金铸件的需求和应用越来越广泛。目前，通常是采用石膏为铸型的熔体充型、加压凝固铸造工艺(石膏型铸造工艺)制造各种铝合金铸件。该工艺涉及到的主要设备包括铸造罐，铸造罐分为上罐和下罐，上罐和下罐既通过中隔板隔开，又通过升液管连通；石膏铸型上端有型板，其上端的型板称之为上型板，其下端的型板称之为下型板，且上型板、下型板和石膏铸型均位于上罐内；铸造过程中，铝合金原料在下罐内经加热熔化后形成熔体，然后对熔体加压，而熔体则随着升液管上流至铸型中(熔体随着升液管上流至铸型的过程称之为熔体充型)，并在压力的作用下凝固，得到铝合金铸件。尽管石膏型铸造工艺基本解决了充型问题、氧化问题和内部质量问题。然而，现有石膏型铸造工艺针对大型(高度大于1400mm)薄壁(壁厚小于3.5mm)铝合金铸件成型过程，在解决凝固过程中铸件温差较大、铸件厚大部位凝固时间过长难题时仍然具有较大的局限性。
基于前述技术问题，近年来出现了不少关于大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方面的技术。ZL201110005147.6公开了一种石膏型精密铸造方法，该方法采用将铸型和合金熔液同时放入一个真空罐内，然后顺序进行抽真空、重力浇注和加压凝固等步骤，虽然该方法能实现高真空度浇注和压力状态快速转换，工艺参数控制能力较强，但是该方法属于重力浇注，铝合金液依靠重力加速度从浇包向铸型内进行填充过程中，合金液前端出现不稳定的量紊流状态，影响浇注系统充型效果和凝固顺序。因此，该方法并不适于制造大型薄壁铝合金铸件。ZL201210064048.X公开了一种大型用于大型复杂薄壁铝合金铸件真空加压铸造的装置及工艺，该工艺采用立式真空加压铸造罐体，虽然能实现在真空度-0.08～-0.09MPa条件下浇注，在压力为0.4～0.5MPa条件下进行凝固，但是铸件内部质量一般。
除此之外，ZL201410455615.3公开了一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法，将熔炼炉和铸型分开放置于两个压力舱内，通过真空浇注和增压过程，实现浇注系统自上而下的顺序凝固。虽然采用该方法能够防止薄壁镁合金件氧化、提高充型能力、降低铸件内部出现缩孔缩松，但采用该方法制造的大型薄壁铝合金铸件质量仍然有待提升。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法，以提高大型薄壁铝合金铸件的质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案：
一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法，包括精炼处理、熔体充型和加压凝固步骤，其特征在于：在熔体充型过程，将下型板的温度始终控制为650-720℃，将上型板的温度始终控制为750-780℃。
上述技术方案通过对型板的温度调控，实现了对铸型及其铝合金熔体温度场的良好优化，使得铝合金铸件抗拉强度偏差大幅缩小，提高了铝合金铸件质量。
为进一步缩小铝合金铸件抗拉强度偏差，提高铝合金铸件质量，当熔体充型完成时，下型板开始自然冷却，同时将上型板的温度继续控制为750-780℃，持续60-90秒后开始自然冷却。
为更进一步缩小铝合金铸件抗拉强度偏差，提高铝合金铸件质量，下型板采用电阻加热，上型板采用低压(24-36伏特)电加热。此方案通过对上型板的低压快速加热，巧妙地实现了铸型温度场的进一步优化。
为更进一步缩小铝合金铸件抗拉强度偏差，提高铝合金铸件质量，在上型板低压电加热过程中，加热棒插入铸型冒口中，插入深度始终保持200-260mm。此方案还能够有效优化后续加压凝固过程中补缩效果。
为方便调控铸型凝固温度场，在下型板上设置有用于切断熔体供给的快速封孔机构，快速封孔机构包括油缸，油缸连接伸缩杆的一端，伸缩杆的另一端连接截流部件，启动快速封孔机构能够快速关闭升液管，切断熔体供给。
上述加压凝固步骤为：当熔体充型完成后，立即使用惰性气体对上罐体、下罐体分别同步加压，使得上罐体、下罐体压力均达到0.4-0.6MPa，并对上罐体、下罐体同步保压300-450秒。本技术方案中，惰性气体优选为氩气和氮气的混合气体，其中氩气体积占比为20-30％，氮气体积占比为80-70％。
为更进一步提高铝合金铸件的质量，精炼处理步骤前，当铝合金原料全部熔化后，先采用石墨捞渣勺(用石墨制成的捞渣勺)清除铝合金熔体表面浮渣，然后调整铝合金熔体温度至735-745℃。
为更进一步提高铝合金铸件的质量，上述精炼处理为：当铝合金熔体温度达到735-745℃时，先使用氩气和铝合金精炼剂(本发明所述铝合金精炼剂可以选用铝精炼剂AJ203、AJ01C或AJ02C)进行气粉复合精炼处理，精炼时间控制为15-20分钟，再使用石墨捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣。此步骤通过气粉复合精炼协同配合处理，能够最大程度地清除铝合金熔体内杂质，防止铸造过程中铝合金熔体吸气和二次氧化，确保铸件内部针孔度和夹杂物符合航标963I类铸件标准。
为更进一步提高铝合金铸件的质量，方便实时调控铸件、铸型温度场，优化填充效果和补缩效果，以及获得符合高标准要求的大型薄壁铝合金铸件，一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法，具体步骤为：
步骤1，熔化、除渣：将铝合金材料置于差压铸造机下罐内的碳化硅坩埚中，设置炉膛温度为780-800℃，全速升温熔化；当铝合金材料全部熔化完成后，先用石墨捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，再调整铝合金熔体温度至735-745℃；
步骤2，气粉复合精炼：当步骤1中铝合金熔体温度达到735-745℃时，先用氩气和铝合金精炼剂进行气粉复合精炼处理，精炼时间控制为15-20分钟，再用石墨捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣；
步骤3，抽真空：先将差压铸造机的中隔板吊装在差压铸造机下罐上部，将其与下罐进行密封；然后对下罐进行抽真空，真空度为-0.09～-0.092MPa，保持600-720秒；然后向下罐内填充干燥氩气和氮气的混合气体，其中氩气体积占比为20-30％，氮气体积占比为80-70％，当下罐内压力达到0.1-0.14MPa时，保持30-60秒后泄压，使下罐内恢复常压；
步骤4，罐体密封：将升液管从中隔板中心的圆孔插入下罐内的碳化硅坩埚中，升液管上端的法兰与中隔板上表面接触，将下型板底面与升液管上端的法兰密封面匹配安装，并在中隔板、法兰和下型板之间使用石棉橡胶板进行绝缘隔热密封；电阻加热电源通过电阻加热器连接下型板，将快速封孔机构电源、电阻加热电源和测温热电偶连接到主机线路中，将下型板冷却空气输入接口与上罐压缩空气输出接口进行连通；将焙烧合格的石膏铸型吊运至下型板上表面，使石膏铸型二次直浇道与下型板熔体通道对齐；低压电加热电源通过加热棒连接上型板，将上型板安装在石膏铸型上部，并使加热棒插入石膏铸型冒口中，加热棒插入距离为200-260mm；将低压电加热电源、电阻加热电源、液位检测控制器和测温热电偶连接到主机线路中；将下型板、石膏铸型砂箱和上型板紧固连接；将差压铸造机上罐安装在中隔板上部，并将上罐与中隔板进行密封；
步骤5，熔体充型：开启步骤4中的电阻加热电源，设定加热温度为650-720℃；同时开启步骤4中的低压电加热电源，设定加热温度为750-780℃；当上型板、下型板加热温度达到设定温度后，关闭快速封孔机构使其处于导通状态，关闭上罐、下罐主气路连通管道，然后在充有干燥氩气和干燥氮气的保护氛围中开始熔体充型，其中氩气占比为20～30％，氮气占比为80～70％；
步骤6，保温蓄热：当铝合金熔体充型到达上型板时(即熔体充型完成时)，下罐停止加压，切断电阻加热电源，下型板开始自然冷却；开启快速封孔机构切断熔体供给，并将下罐泄压至常压；同时将上型板的温度继续控制为750-780℃，持续60-90秒后开始自然冷却；
步骤7，加压凝固：当熔体充型完成后，立即使用由氩气和氮气组成的惰性气体(其中氩气体积占比为20-30％，氮气体积占比为80-70％)对上罐体、下罐体分别同步加压，使得上罐体、下罐体压力均达到0.4-0.6MPa，并对上罐体、下罐体同步保压300-450秒；当下型板的温度冷却至300-350℃时，将上罐体、下罐体同时泄压至常压状态，冷却凝固后即得铝合金铸件。
相比于现有技术，本发明具有如下效果。
本发明对铝合金熔体进行气粉复合精炼、长时间真空除气与二元惰性气体复合保护，综合保证了铝合金熔体内杂质清除效果，有效防止铸造过程铝合金熔体吸气和二次氧化，使得制造出的铸件内部针孔度和夹杂物满足航标963I类铸件标准。
本发明一方面采用下型板电阻加热与温度监测、上型板低压电加热、上型板液位与温度监测，使得铝合金熔体进入铸型部位时的充型温度均匀可控，保证了铝合金熔体填充效果与充型距离，提高了充型质量；另一方面，通过上型板低压电加热，实现了对浇注系统补缩冒口的二次快速加热，保证了后续加压凝固补缩效果，且能够实时调控熔体充型压力、充型时间以及浇注过程中的铸件、铸型温度场。
本发明采用快速封孔机构实现充型通道快速关闭，结合上罐体、下罐体同时二元惰性气体加压和下型板快速冷却方式，实现了凝固温度场由自下而上转变为自上而下方向，再结合二元惰性气体同步增压，实现了浇注系统在重力场和压力场双重作用下进行顺序凝固与良好补缩，进而得以铸造出抗拉强度偏差小、质量优异的铝合金铸件。此外，本发明通过上罐、下罐同步加压凝固、安全性能高。
试验证明，采用本发明制备的大型薄壁铝合金铸件抗拉强度在322MPa以上，铸件抗拉强度偏差控制在20-24MPa以内，质量优异，均匀性好。其中，采用本发明制备的材质为ZL114A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于330MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于22MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB 9438-2013标准1级；制备的材质为ZL101A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于322MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于20MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB 9438-2013标准1级；制备的材质为ZL114A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于458MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于24MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB 9438-2013标准1级。
附图说明
图1是本发明实施例中设备及工艺设备示意图；
图中：1二元混合气体通道、2抽真空通道、3泄压通道、4二元混合气体通道、5下型板通气加压通道、6散热阵列孔、7下型板、8差压铸造机、9二元混合气体通道、10备用口、11上型板、12液位检测控制器、13碳化硅坩埚、14升液管、15不锈钢保温坩埚盖、16中隔板、17快速封孔机构、18下板电阻加热器、19下板电阻加热器、20紧固螺杆、21砂箱、22石膏铸型、23加热棒。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。
实施例1
铝合金材料选用ZL114A铝合金锭，要求铸件高度1760mm，主体壁厚3.5mm。
铸造设备如图1所示，其中，快速封孔机构17包括包括油缸，油缸连接伸缩杆的一端，伸缩杆的另一端连接截流部件，启动快速封孔机构17能够快速关闭升液管14，切断熔体供给。
该铸件石膏型铸造方法的具体步骤如下。
步骤1，熔化、除渣：将铝合金锭均匀码放于差压铸造机8下罐内的碳化硅坩埚13中，设置炉膛温度为790℃，全速升温熔化；当铝合金锭全部熔化完成，用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，调整熔体温度至740℃；
步骤2，气粉复合精炼：当铝合金熔体温度达到740℃时，使用氩气和铝精炼剂AJ203进行气粉复合精炼处理，精炼时间18分钟，精炼完成后，使用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，将耐高温不锈钢保温坩埚盖15吊运放置在坩埚上表面，调整熔体温度至706℃；
步骤3，抽真空：将差压铸造机8的中隔板16吊装在差压铸造机8下罐上部，将其与下罐进行密封；经抽真空通道2对下罐进行抽真空处理，真空度为-0.091MPa，保持670秒；然后经二元混合气体通道1向下罐内填充干燥氩气和氮气的混合气体，其中氩气占比为24％，氮气占比为76％，当罐内压力达到0.12MPa，保压45秒后经泄压通道3泄压，使下罐内恢复常压；
步骤4，罐体密封：将升液管14从中隔板16中心的圆孔内插入下罐内的碳化硅坩埚13中，升液管14上端法兰与中隔板16上表面接触，将下型板7底面安装到升液管14上端法兰的密封面，在中隔板16、升液管14法兰和下型板7之间使用石棉橡胶板加螺钉进行绝缘隔热密封；并使用4根紧固螺杆将下型板7、石膏铸型砂箱21和上型板11紧固连接，将差压铸造机8上罐安装在中隔板16上部，并将上罐与中隔板16进行密封；电阻加热电源通过电阻加热器18连接下型板7，将快速封孔机构17电源、电阻加热器电源和测温热电偶连接到主机线路中，将下型板7冷却空气输入接口与上罐压缩空气输出接口进行连通；将焙烧合格的石膏铸型22吊运至下型板7上表面，使石膏铸型22二次直浇道与下型板7熔体通道对齐；低压电加热电源通过加热棒23连接上型板11，将上型板11安装在石膏铸型22上部，并使加热棒23插入石膏铸型22冒口中，加热棒23插入距离为220mm；将低压电加热电源、电阻加热电源、液位检测控制器12和测温热电偶连接到主机线路中；将下型板7、石膏铸型22砂箱和上型板11紧固连接；将差压铸造机8上罐安装在中隔板16上部，并将上罐与中隔板16进行密封；
步骤5，熔体充型：开启步骤4中的电阻加热电源，设定加热温度为690℃；同时开启步骤4中的低压电加热电源，设定加热温度为760℃；当上型板11、下型板7加热温度达到设定温度后，关闭快速封孔机构17使其处于导通状态，关闭上罐、下罐主气路连通管道，然后在充有干燥氩气和干燥氮气的保护氛围中开始熔体充型，其中氩气占比为24％，氮气占比为76％；
步骤6，保温蓄热：当熔体充型完成时，即熔体充型到达上型板11时，液位检测控制器12导通，下罐停止加压，切断电阻加热电源，下型板7停止加热，开始自然冷却；开启快速封孔机构17工作切断熔体供给，即切断下型板7和升液管14之间的熔体供给通道，并将下罐泄压至常压；同时将上型板11的温度继续控制为760℃，持续78秒后开始自然冷却。
步骤7，加压凝固：当熔体充型完成时，立即使用由氩气和氮气组成的惰性气体分别经过二元混合气体通道4和下型板通气加压通道5对上罐内、下罐内分别同步加压，使得上罐内、下罐内压力均达到0.52MPa，并对上罐内、下罐内同步保压355秒；其中下罐通过独立管道直接加压，上罐加压气体经由上罐压缩空气输出接口、下型板7冷却空气输入接口、下型板7内部散热阵列孔6到达上罐内；其中，惰性气体中氩气体积占比为24％，氮气体积占比为76％；当下型板7的温度冷却至330℃时，将上罐内、下罐内同时泄压至常压状态，冷却凝固后即得铝合金铸件。需要注意时，步骤7和步骤6中上型板11保温蓄热是同步进行的，在升压和保压过程中，当上型板11处加热棒23到达保温时限后，即停止加热。
步骤8，拆箱、取件：拆卸紧固工装、上型板11和下型板7，将砂箱吊运至清理车间，铸件降温至40℃以下进行开箱取件。
实施例2
铝合金材料选用ZL101A铝合金锭，要求铸件高度1620mm，主体壁厚3mm。
铸造设备如图1所示。
该铸件石膏型铸造方法的具体步骤如下。
步骤1，熔化、除渣：将铝合金锭均匀码放于差压铸造机下罐内的碳化硅坩埚中，设置炉膛温度为780℃，全速升温熔化；当铝合金锭全部熔化完成，用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，调整熔体温度至735℃；
步骤2，气粉复合精炼：当铝合金熔体温度达到735℃时，使用氩气和铝合金精炼剂AJ01C进行气粉复合精炼处理，精炼时间15分钟，精炼完成后，使用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，将耐高温不锈钢保温坩埚盖吊运放置在坩埚上表面，调整熔体温度至700℃；
步骤3，抽真空：将差压铸造机中隔板吊装在差压铸造机下罐上部，将其与下罐进行密封；对下罐进行抽真空处理，真空度为-0.09MPa，保持600秒；然后向下罐内填充干燥氩气和氮气的混合气体，其中氩气占比为20％，氮气占比为80％，当罐内压力达到0.1MPa，保压30秒后泄压，使下罐内恢复常压；
步骤4，罐体密封：将升液管从中隔板中心的圆孔内插入下罐内的碳化硅坩埚中，升液管上端法兰与中隔板上表面接触，将下型板底面安装到升液管上端法兰的密封面，在中隔板、升液管法兰和下型板之间使用石棉橡胶板加螺钉进行绝缘隔热密封；电阻加热电源通过电阻加热器连接下型板，将快速封孔机构电源、电阻加热器电源和测温热电偶连接到主机线路中，将下型板冷却空气输入接口与上罐压缩空气输出接口进行连通；将焙烧合格的石膏铸型吊运至下型板上表面，使石膏铸型二次直浇道与下型板熔体通道对齐；低压电加热电源通过加热棒连接上型板，将上型板安装在石膏铸型上部，并使加热棒插入石膏铸型冒口中，加热棒插入距离为200mm；将低压电加热电源、电阻加热电源、液位检测控制器和测温热电偶连接到主机线路中；将下型板、石膏铸型砂箱和上型板紧固连接；将差压铸造机上罐安装在中隔板上部，并将上罐与中隔板进行密封；
步骤5，熔体充型：开启步骤4中的电阻加热电源，设定加热温度为650℃；同时开启步骤4中的低压电加热电源，设定加热温度为750℃；当上型板、下型板加热温度达到设定温度后，关闭快速封孔机构使其处于导通状态，关闭上罐、下罐主气路连通管道，然后在充有干燥氩气和干燥氮气的保护氛围中开始熔体充型，其中氩气占比为20％，氮气占比为80％；
步骤6，保温蓄热：当熔体充型完成时，即熔体充型到达上型板时，液位检测控制器导通，下罐停止加压，切断电阻加热电源，下型板停止加热，开始自然冷却；开启快速封孔机构工作，切断熔体供给，即切断下型板和升液管之间的熔体供给通道，并将下罐泄压至常压；同时将上型板的温度继续控制为750℃，持续60秒后开始自然冷却。
步骤7，加压凝固：当熔体充型完成时，立即使用由氩气和氮气组成的惰性气体对上罐内、下罐内分别同步加压，使得上罐内、下罐内压力均达到0.4MPa，并对上罐内、下罐内同步保压300秒；其中下罐通过独立管道直接加压，上罐加压气体经由上罐压缩空气输出接口、下型板冷却空气输入接口、下型板内部散热阵列孔到达上罐内；其中，惰性气体中氩气体积占比为20％，氮气体积占比为80％；当下型板的温度冷却至300℃时，将上罐内、下罐内同时泄压至常压状态，冷却凝固后即得铝合金铸件。需要注意时，步骤7和步骤6中上型板保温蓄热是同步进行的，在升压和保压过程中，当上型板处加热棒到达保温时限后，即停止加热。
步骤8，拆箱、取件：拆卸紧固工装、上型板和下型板，将砂箱吊运至清理车间，铸件降温至40℃以下进行开箱取件。
实施例3
铝合金材料选用ZL205A铝合金锭，要求铸件高度1580mm，主体壁厚3.2mm。
铸造设备如图1所示。
该铸件石膏型铸造方法的具体步骤如下。
步骤1，熔化、除渣：将铝合金锭均匀码放于差压铸造机下罐内的碳化硅坩埚中，设置炉膛温度为800℃，全速升温熔化；当铝合金锭全部熔化完成，用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，调整熔体温度至745℃；
步骤2，气粉复合精炼：当铝合金熔体温度达到745℃时，使用氩气和铝精炼剂AJ203进行气粉复合精炼处理，精炼时间15分钟，精炼完成后，使用石墨材质捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，将耐高温不锈钢保温坩埚盖吊运放置在坩埚上表面，调整熔体温度至710℃；
步骤3，抽真空：将差压铸造机中隔板吊装在差压铸造机下罐上部，将其与下罐进行密封；对下罐进行抽真空处理，真空度为-0.092MPa，保持720秒；然后向下罐内填充干燥氩气和氮气的混合气体，其中氩气占比为30％，氮气占比为70％，当罐内压力达到0.14MPa，保压60秒后泄压，使下罐内恢复常压；
步骤4，罐体密封：将升液管从中隔板中心的圆孔内插入下罐内的碳化硅坩埚中，升液管上端法兰与中隔板上表面接触，将下型板底面安装到升液管上端法兰的密封面，在中隔板、升液管法兰和下型板之间使用石棉橡胶板加螺钉进行绝缘隔热密封；电阻加热电源通过电阻加热器连接下型板，将快速封孔机构电源、电阻加热器电源和测温热电偶连接到主机线路中，将下型板冷却空气输入接口与上罐压缩空气输出接口进行连通；将焙烧合格的石膏铸型吊运至下型板上表面，使石膏铸型二次直浇道与下型板熔体通道对齐；低压电加热电源通过加热棒连接上型板，将上型板安装在石膏铸型上部，并使加热棒插入石膏铸型冒口中，加热棒插入距离为260mm；将低压电加热电源、电阻加热电源、液位检测控制器和测温热电偶连接到主机线路中；将下型板、石膏铸型砂箱和上型板紧固连接；将差压铸造机上罐安装在中隔板上部，并将上罐与中隔板进行密封；
步骤5，熔体充型：开启步骤4中的电阻加热电源，设定加热温度为720℃；同时开启步骤4中的低压电加热电源，设定加热温度为780℃；当上型板、下型板加热温度达到设定温度后，关闭快速封孔机构使其处于导通状态，关闭上罐、下罐主气路连通管道，然后在充有干燥氩气和干燥氮气的保护氛围中开始熔体充型，其中氩气占比为30％，氮气占比为70％；
步骤6，保温蓄热：当熔体充型完成时，即熔体充型到达上型板时，液位检测控制器导通，下罐停止加压，切断电阻加热电源，下型板停止加热，开始自然冷却；开启快速封孔机构工作，切断熔体供给，即切断下型板和升液管之间的熔体供给通道，并将下罐泄压至常压；同时将上型板的温度继续控制为780℃，持续90秒后开始自然冷却。
步骤7，加压凝固：当熔体充型完成时，立即使用由氩气和氮气组成的惰性气体对上罐内、下罐内分别同步加压，使得上罐内、下罐内压力均达到0.6MPa，并对上罐内、下罐内同步保压450秒；其中下罐通过独立管道直接加压，上罐加压气体经由上罐压缩空气输出接口、下型板冷却空气输入接口、下型板内部散热阵列孔到达上罐内；其中，惰性气体中氩气体积占比为30％，氮气体积占比为70％；当下型板的温度冷却至350℃时，将上罐内、下罐内同时泄压至常压状态，冷却凝固后即得铝合金铸件。需要注意时，步骤7和步骤6中上型板保温蓄热是同步进行的，在升压和保压过程中，当上型板处加热棒到达保温时限后，即停止加热。
步骤8，拆箱、取件：拆卸紧固工装、上型板和下型板，将砂箱吊运至清理车间，铸件降温至40℃以下进行开箱取件。
上述实施例中，所用惰性气体包括但不限于氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气。
力学性能
分别用实施例1、实施例2、实施例3中的铝合金铸件，分别切取铸型上部(上型板附近部位)和铸型下部(下型板附近部位)的铝合金试样，根据国家标准GB/T1173-1995和GB/228要求做拉伸试验，并计算抗拉强度偏差，抗拉强度偏差是指铸件上部抗拉强度值与铸件下部抗拉强度值的差值，根据国家标准GB/T 9348-2013要求做测定铝合金铸件的针孔度和疏松度，结果见表1。
表1拉伸试验结果
根据表1可知，采用本发明制备的材质为ZL114A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于330MPa，可达到352Mpa，相比于国家标准中ZL114A铝合金铸件的抗拉强度可提高62MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于22MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB9438-2013标准1级；制备的材质为ZL101A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于322MPa，可达到352Mpa，相比于国家标准中ZL101A铝合金铸件的抗拉强度可提高77MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于20MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB 9438-2013标准1级；制备的材质为ZL205A的大型薄壁铝合金铸件，其抗拉强度不小于488MPa，可达到512Mpa，相比于国家标准中ZL205A铝合金铸件的抗拉强度可提高42MPa，上、下部位抗拉强度偏差不大于24MPa，铸件整体针孔度、夹杂物含量达GB 9438-2013标准1级。可见，采用本发明制备的大型薄壁铝合金铸件抗拉强度在322MPa以上，铸件抗拉强度偏差控制在20-24MPa以内，质量优异，均匀性好。
Claims (1)
1.一种大型薄壁铝合金铸件石膏型铸造方法，其特征在于步骤如下：
步骤1，熔化、除渣：将铝合金材料置于差压铸造机下罐内的碳化硅坩埚中，设置炉膛温度为780-800℃，全速升温熔化；当铝合金材料全部熔化完成后，先用石墨捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣，再调整铝合金熔体温度至735-745℃；
步骤2，气粉复合精炼：当步骤1中铝合金熔体温度达到735-745℃时，先用氩气和铝合金精炼剂进行气粉复合精炼处理，精炼时间控制为15-20分钟，再用石墨捞渣勺清除铝合金熔体表面浮渣；
步骤3，抽真空：先将差压铸造机的中隔板吊装在差压铸造机下罐上部，将其与下罐进行密封；然后对下罐进行抽真空，真空度为-0.09～-0.092MPa，保持600-720秒；然后向下罐内填充干燥氩气和氮气的混合气体，其中氩气体积占比为20-30%，氮气体积占比为80-70%，当下罐内压力达到0.1-0.14MPa时，保持30-60秒后泄压，使下罐内恢复常压；
步骤4，罐体密封：将升液管从中隔板中心的圆孔插入下罐内的碳化硅坩埚中，升液管上端的法兰与中隔板上表面接触，将下型板底面与升液管上端的法兰密封面匹配安装，并在中隔板、法兰和下型板之间使用石棉橡胶板进行绝缘隔热密封；电阻加热电源通过电阻加热器连接下型板，将快速封孔机构电源连接到主机线路中，将下型板冷却空气输入接口与上罐压缩空气输出接口进行连通；将焙烧合格的石膏铸型吊运至下型板上表面，使石膏铸型二次直浇道与下型板熔体通道对齐；低压电加热电源通过加热棒连接上型板，将上型板安装在石膏铸型上部，并使加热棒插入石膏铸型冒口中，加热棒插入距离为200-260mm；将低压电加热电源、电阻加热电源、液位检测控制器和测温热电偶连接到主机线路中；将下型板、石膏铸型砂箱和上型板紧固连接；将差压铸造机上罐安装在中隔板上部，并将上罐与中隔板进行密封；
步骤5，熔体充型：开启步骤4中的电阻加热电源，设定加热温度为650-720℃；同时开启步骤4中的低压电加热电源，设定加热温度为750-780℃；当上型板、下型板加热温度达到设定温度后，关闭快速封孔机构使其处于导通状态，先关闭上罐、下罐主气路连通管道，然后在充有干燥氩气和干燥氮气的保护氛围中开始熔体充型，其中氩气占比为20-30%，氮气占比为70-80%；
步骤6，保温蓄热：当熔体充型完成时，下罐停止加压，切断电阻加热电源，下型板开始自然冷却；开启快速封孔机构切断熔体供给，并将下罐泄压至常压；同时将上型板的温度继续控制为750-780℃，持续60-90秒后开始自然冷却；
步骤7，加压凝固：当熔体充型完成后，立即使用由氩气和氮气组成的惰性气体对上罐体、下罐体分别同步加压，使得上罐体、下罐体压力均达到0.4-0.6MPa，并对上罐体、下罐体同步保压300-450秒；其中，惰性气体中氩气体积占比为20-30%，氮气体积占比为80-70%；当下型板的温度冷却至300-350℃时，将上罐体、下罐体同时泄压至常压状态，冷却凝固后即得铝合金铸件。
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