CN110523957B - 一种镁锂合金铸造用铸型及铸造方法 - Google Patents

一种镁锂合金铸造用铸型及铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁锂合金铸造用铸型及铸造方法，属于合金铸造装备及工艺领域。铸型所述铸型包括相互配合的上铸型和下铸型，上铸型内设有冒口；下铸型内设有砂芯，还包括共形共用电极、多个共形分布电极、热电偶和测温模块；共形分布电极数量至少6个，共形共用电极与共形分布电极嵌于下铸型内壁上，测温模块输入端与热电偶连接，热电偶的测温端伸入冒口的空腔内，测温模块与铸型外的计算机相连，将采集到的温度传输给计算机，计算机通过数据采集软件读取浇铸过程中的温度。利用上述铸型配套装备，通过熔体准备、铸型准备及电极预埋、合箱及通电、浇注与冷却、开箱取件等步骤可实现镁锂合金铸造成形，镁锂合金铸件成分分散性降低80％以上。

Description

一种镁锂合金铸造用铸型及铸造方法
技术领域
本发明属于合金铸造装备及工艺领域；具体涉及一种镁锂合金铸造用铸型以及铸造镁锂合金的方法。
背景技术
铸造镁锂合金因其极低的密度(通常在1.30-1.85g/cm3范围内)，在航空、航天、汽车、舰船、水下及军事工业领域有着广泛的应用潜力。但是镁锂合金在铸造成形铸件时由于合金中的镁元素和锂元素均为活泼元素极容易氧化，氧化后形成的氧化膜不致密，这会导致氧化过程不断进行，而且这两种元素氧化反应电位相差很大，氧化机制不同，导致很难预防两种元素的同时氧化。目前镁合金铸造熔炼工艺仅能实现在液态时的氧化预防，比如真空熔炼或保护环境下熔炼，但是在真空条件下熔化元素挥发严重，工艺过程复杂，可真空熔炼的镁锂合金的品种受到极大限制。而对于保护环境下熔炼工艺问题主要出在后续的浇注工序，由于浇注过程铸型型腔内没办法继续维持相同的保护环境，形成的铸件在凝固过程依然氧化非常严重，尤其镁锂合金铸造复杂结构铸件的情况，这个问题更加突出，复杂结构铸件的内部热节部位镁元素和锂元素会形成“偷燃现象”，这就导致了镁锂合金复杂铸件中镁元素和锂元素成分不准确、分散性大；严重时由于“偷燃现象”甚至导致铸件结构破坏，不能精确成形。产生这些问题最本质的原因就是镁元素和锂元素在凝固后仍然活泼容易氧化，氧化膜不致密不能阻止进一步氧化的过程。
发明内容
本发明要解决镁锂合金铸造时金属液凝固后铸件依然氧化，氧化膜不致密不能阻止进一步氧化，进而导致批产时镁锂合金铸件成分分散性大的问题，本发明提出一种镁锂合金铸造用铸型及铸造方法，不需对现有的设备改造，直接使用本发明铸型配套装备在浇注后凝固过程中可以在铸件表面氧化膜内部的微孔间显微放电，形成的无定形态氧化物封闭氧化膜的孔隙阻止进一步氧化，有效解决“偷燃现象”，实现镁锂合金铸造成形。本发明方法实现了降低批产时镁锂合金铸件成分分散性的目的。
为解决上述问题，本发明一种镁锂合金铸造用铸型包括相互配合的上铸型和下铸型，上铸型中设有冒口；下铸型内设有砂芯，下铸型顶部设置上铸型，上铸型、下铸型以及砂芯之间组成型腔，所述上铸型的下底面为平面且在型腔的对应位置设置有冒口；
所述铸型还包括共形共用电极、多个共形分布电极、恒压直流脉冲电源、热电偶和测温模块；共形分布电极数量至少6个；
上铸型内设置有测温模块和热电偶且位于冒口上方，测温模块输入端与热电偶连接，热电偶的测温端穿过冒口的顶端且伸入冒口的空腔内，测温模块输出端与计算机相连，将采集到的温度传输给计算机；
所述共形共用电极嵌于下铸型内壁上，共形共用电极与下铸型顶端之间的距离和与下铸型底的上面之间的距离相等，与铸型外的恒压直流脉冲电源的0电位端子通过铜线连接；
所述共形分布电极嵌于下铸型内壁上，共形分布电极均与恒压直流脉冲电源的正极端子通过铜线连接。
测温模块的输入端连接热电偶，测温模块与铸型外的计算机相连，将采集到的温度传输给计算机，计算机通过数据采集软件读取浇铸过程中的温度。
进一步限定，所述共形共用电极的材料为多孔石墨或者多孔铝，孔隙平均尺寸为1mm-2mm。
进一步限定，所述共形分布电极的材料为多孔铜，孔隙平均尺寸为1mm。
进一步限定，所述共形分布电极数量为6个-8个。
进一步限定，所述热电偶伸入冒口内5mm。
进一步限定，共形共用电极和共形分布电极的共形面与型腔的内表面相配合，共形共用电极和共形分布电极在加工造型模具的模样时配套加工完毕，保证共形面与型腔的内表面完全共形配合。
采用上述铸型铸造铸造镁锂合金方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、熔体准备：将镁锂合金放入坩埚中，氩气保护下熔化镁锂合金后，调整熔体温度达到715℃，调整保护气体流量增加至原来的2倍，除去表面氧化皮，在坩埚顶部固定坩埚用电极，电极深入液态金属液面以下10cm，然后通电，电压保持在3.8V；
步骤二、打开通电开关，恒压直流脉冲电源的电压保持3.8V，向铸型中吹入氩气，保持120L/min流量吹气60秒；
步骤三、浇注与冷却：浇注前首先关闭坩埚内的通电电源，取出坩埚用电极，然后向铸型内浇注金属液铸造成形铸件，充型完毕后等待铸型冷却，当铸型温度降到200℃时关闭电极恒压直流脉冲电源停止向型腔内电极供电，当铸型温度降到室温时打开铸型取出铸件。
进一步限定，所述坩埚用电极为致密石墨棒(致密度大于等于99％)，直径20mm。
本发明的镁锂合金铸造用铸型配套装备及铸造方法可以有效解决“偷燃现象”，在金属液浇注后凝固过程中，铸件表面氧化膜内部的微孔间显微放电，形成的无定形态氧化物封闭氧化膜的孔隙阻止进一步氧化，实现镁锂合金铸造成形，镁锂合金铸件成分分散性降低80％以上。
本发明的镁锂合金铸造用铸型配套装备不需要专有设备，可以直接配合现有设备使用，提升现有场地和设备利用率，所使用的电极体积小，数量可调，可以回收使用，并且互换好，提高了设备的利用率和使用成本。
附图说明
图1是本发明铸型的结构示意图，101—上铸型，102—下铸型，2—共形分布电极，3—型腔，4—恒压直流脉冲电源，5—共形共用电极，6—测温模块，7—计算机，8—热电偶，9—冒口，10—砂芯。
具体实施方式
实施例1：结合图1进行说明，本实施例中镁锂合金铸造用铸型包括相互配合的上铸型101和下铸型102和上铸型中的冒口9；下铸型102内设有砂芯10，下铸型102顶部设置上铸型101，上铸型101、下铸型102以及砂芯10之间组成型腔3，所述上铸型101的下底面为平面且在型腔3的对应位置设置有冒口9；
所述铸型还包括共形共用电极5、8个共形分布电极2、恒压直流脉冲电源4、热电偶8和测温模块6；
上铸型101内设置有测温模块6和热电偶8且位于冒口9上方，测温模块6输入端与热电偶8连接，热电偶8的测温端穿过冒口9的顶端且伸入冒口9的空腔内5mm，测温模块6输出端与计算机7相连，将采集到的温度传输给计算机7；
所述共形共用电极5嵌于下铸型102内壁上，共形共用电极5与下铸型102顶端之间的距离和与下铸型102底的上面之间的距离相等，与铸型外的恒压直流脉冲电源4的0电位端子通过铜线连接；
所述共形分布电极2嵌于下铸型102内壁上，共形分布电极2均与恒压直流脉冲电源4的正极端子通过铜线连接，
所述共形共用电极5的材料为多孔石墨，孔隙平均尺寸为2mm。
所述共形分布电极2的材料为多孔铜，孔隙平均尺寸为1mm。
将共形共用电极5和共形分布电极2埋到下铸型中，保证共形面在浇注金属液时能充分接触金属液，其中，共形共用电极5放置在下铸型中点位置上，距下铸型顶端面和底的上面之前的距离相同；每2个共形分布电极2一组，一组中的共形分布电极2分布在型腔3的底部和顶部的位置，以组为单位均布埋在下铸型上。铸型测温模块(4)的测温电偶放置在铸型顶部的冒口处，深入型腔内的5mm。
本实施例镁锂合金成分如下：Li含量为15％，Zn含量为5％、Al含量5％、Y含量为5％，Gd含量为4％，余量为零；
利用本实施例所述的铸型铸造镁锂合金方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、熔体准备：将镁锂合金放入坩埚中，氩气保护下熔化镁锂合金100Kg后，调整熔体温度达到715℃，调整保护气体流量增加至原来的2倍，除去表面氧化皮，在坩埚顶部固定坩埚用电极，电极深入液态金属液面以下10cm，然后通电，电压保持在3.8V；
步骤二、打开通电开关，恒压直流脉冲电源的电压保持3.8V，向铸型中吹入氩气，保持120L/min流量吹气60秒；
步骤三、浇注与冷却：浇注前首先关闭坩埚内的通电电源，取出坩埚用电极，然后向铸型内浇注金属液铸造成形铸件，充型完毕后等待铸型冷却，当铸型温度降到200℃时关闭电极恒压直流脉冲电源停止向型腔内电极供电，当铸型温度降到室温时打开铸型取出铸件。
本实施例中坩埚用电极数量为6个，电极深入液态金属液面以下10cm，坩埚用电极材料为致密(致密度等于99％)石墨棒，直径为20mm。
本实施例的镁锂合金铸造用铸型配套装备及铸造方法可以有效解决“偷燃现象”，在金属液浇注后凝固过程中，铸件表面氧化膜内部的微孔间显微放电，形成的无定形态氧化物封闭氧化膜的孔隙阻止进一步氧化，实现镁锂合金铸造成形，镁锂合金铸件成分分散性降低80％以上。
本发明的镁锂合金铸造用铸型配套装备不需要专有设备，可以直接配合现有设备使用，提升现有场地和设备利用率，所使用的电极体积小，数量可调，可以回收使用，并且互换好，提高了设备的利用率和使用成本。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是氩气保护下熔化镁锂合金20Kg，坩埚用电极数量为2个，共用电极材料为多孔铝，共形分布电极数量为6个。其它均与实施例1相同。
实施例3：本实施例与实施例1不同的是：共形分布电极2数量为6个。其它均与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种镁锂合金铸造用铸型，它包括相互配合的上铸型和下铸型，上铸型内设有冒口；下铸型内设有砂芯，下铸型顶部设置上铸型，上铸型、下铸型以及砂芯之间组成型腔，所述上铸型的下底面为平面且在型腔的对应位置设置有冒口；
所述铸型还包括共形共用电极、多个共形分布电极、恒压直流脉冲电源、热电偶和测温模块；
上铸型内设置有测温模块和热电偶且位于冒口上方，测温模块输入端与热电偶连接，热电偶的测温端穿过冒口的顶端且伸入冒口的空腔内，测温模块输出端与计算机相连，将采集到的温度传输给计算机；
所述共形共用电极嵌于下铸型内壁上，共形共用电极与下铸型顶端之间的距离和与下铸型底的上面之间的距离相等，与铸型外的恒压直流脉冲电源的0电位端子通过铜线连接；
所述共形分布电极嵌于下铸型内壁上，共形分布电极均与恒压直流脉冲电源的正极端子通过铜线连接。
2.根据权利要求1所述一种镁锂合金铸造用铸型，其特征在于所述共形共用电极的材料为多孔石墨或者多孔铝，孔隙平均尺寸为1mm-2mm。
3.根据权利要求1所述一种镁锂合金铸造用铸型，其特征在于所述共形分布电极的材料为多孔铜，孔隙平均尺寸为1mm。
4.根据权利要求1所述一种镁锂合金铸造用铸型，其特征在于所述共形分布电极数量为6个-8个。
5.根据权利要求1所述一种镁锂合金铸造用铸型，其特征在于所述热电偶伸入冒口内5mm。
6.根据权利要求1所述一种镁锂合金铸造用铸型，其特征在于共形共用电极和共形分布电极的共形面与型腔的内表面相配合。
7.如权利要求1-6任意一项权利要求所述铸型铸造镁锂合金方法，其特征在于镁锂合金铸造方法通过以下步骤实现：
步骤一、熔体准备：将镁锂合金放入坩埚中，氩气保护下熔化镁锂合金后，调整熔体温度达到715℃，调整保护气体流量增加至原来的2倍，除去表面氧化皮，在坩埚顶部固定坩埚用电极，电极深入液态金属液面以下10cm，然后通电，电压保持在3.8V；
步骤二、打开通电开关，恒压直流脉冲电源的电压保持3.8V，向铸型中吹入氩气，保持120L/min流量吹气60秒；
步骤三、浇注与冷却：浇注前首先关闭坩埚内的通电电源，取出坩埚用电极，然后向铸型内浇注金属液铸造成形铸件，充型完毕后等待铸型冷却，当铸型温度降到200℃时关闭电极恒压直流脉冲电源停止向型腔内电极供电，当铸型温度降到室温时打开铸型取出铸件。
8.根据权利要求7所述铸型铸造镁锂合金方法，其特征在于坩埚用电极为致密石墨棒，直径20mm。
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