CN111112551B - 一种镁合金大尺寸铸件的成形方法 - Google Patents

一种镁合金大尺寸铸件的成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及镁合金材料加工成形技术领域，尤其涉及一种镁合金大尺寸铸件的成形方法。本发明的成形方法，包括以下步骤：造型并设置浇注系统；将镁合金进行熔炼，得到熔体；通过浇注系统将所述熔体浇注到造型后得到的铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件；所述造型时，采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内；在铸件表面设置排气补缩冒口；所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置补缩冒口和除气除渣包。本发明可以制备壁厚不超过5mm、Rm>260MPa、缺陷少、刚度好的镁合金大尺寸铸件。

Description

一种镁合金大尺寸铸件的成形方法
技术领域
本发明涉及镁合金材料加工成形技术领域，尤其涉及一种镁合金大尺寸铸件的成形方法。
背景技术
镁合金由于密度小、比强度和比刚度高，尺寸稳定性、导热性、消震性、电磁屏蔽性好，综合力学性能、切削加工性能优良，而且其产品易于回收利用，因此在国防工业和民用工业中得到了日益广泛的应用，成为非常重要的轻量化结构材料。采用近净成形铸造工艺制造加工大尺寸复杂框架体的镁合金构件，具有显著的技术优势。目前，制造形状复杂、尺寸大于1m而且能够精密控制尺寸、大型薄壁的铸造镁合金产品，同时兼顾节约成本，还具有极高的技术难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，采用本发明的成形方法可以制备外形尺寸总体不小于1389mm×1000mm×900mm、壁厚不超过5mm、Rm>260MPa、缺陷少、刚度好的铸造镁合金大构件。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，包括以下步骤：
造型并设置浇注系统；
将镁合金进行熔炼，得到熔体；
通过浇注系统将所述熔体浇注到造型后得到的铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件；
所述造型时，采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内；在铸件表面设置排气补缩冒口；
所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置补缩冒口和除气除渣包。
优选的，所述造型包括制备砂芯和砂型；制备砂芯所用的芯盒为活框活块脱落式结构，所述芯盒的平面度和尺寸精度控制在±0.25mm以内；制备砂型时所用模样的平面度和外形尺寸精度控制在±0.5mm以内，外皮模样为空心框架整体结构模样。
优选的，还包括在铸件的热节设置冒口，每个冒口的直径为对应热节的1.5倍，高度为热节的2.5倍，四角斜度为5°。
优选的，还包括在铸件底面和热节设置冷铁。
优选的，所述横浇道的截面为梯形，所述横浇道的上端×下端×高为36mm×42mm×40mm；所述直浇道为片状，尺寸为长60mm×宽10mm，高度至最顶端的冒口。
优选的，以质量百分含量计，所述镁合金包括：Al 8～9％，Zn 0.5～1.0％，Mn 0.2～0.5％，Fe<0.02％，Si<0.5％，余量为Mg。
优选的，所述熔炼的步骤为：将坩埚加热到450～500℃，加入镁合金2号熔剂，之后加入镁合金，将镁合金熔化并升温到730～750℃，添加RJ-5熔剂进行搅拌精炼；然后将搅拌精炼后的合金液升温至770～800℃，静置8～10分钟，得到熔体。
优选的，所述搅拌精炼采用垂直方向上下搅动，所述搅拌精炼过程中在液流波峰上撒精炼剂，所述搅拌精炼的温度为735～775℃，时间为20～30分钟。
优选的，所述浇注的温度为785±5℃。
优选的，所述固溶处理的温度为415～420℃，保温时间为16～18h；所述时效处理的温度为175～195℃，保温时间为16～17h。
本发明提供了一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，包括以下步骤：造型并设置浇注系统；将镁合金进行熔炼，得到熔体；通过浇注系统将所述熔体浇注到造型后得到的铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件；所述造型时，采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内；在铸件表面设置有排气补缩冒口；所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置有补缩冒口和除气除渣包。
本发明通过合理设计浇注系统以及补缩冒口、优化分型面设计，可以制备外形尺寸不小于1389mm×1000mm×900mm、壁厚不超过5mm、Rm>260MPa、缺陷少、刚度好的镁合金大尺寸铸件。铸件的化学成分、力学性能、表面质量、内部质量符合QJ168-85Ⅱ类铸件的要求，铸件尺寸公差符合HB0-7-67《铸件尺寸公差和加工余量的规定》ZJ6级精度规定，完全满足制备大型镁合金零部件的需要。
附图说明
图1为实施例1铸件照片；
图2为实施例1铸态和实效态的组织金相图；
图3为实施例1铸件的拉伸力学性能曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，包括以下步骤：
造型并设置浇注系统；
将镁合金进行熔炼，得到熔体；
通过浇注系统将所述熔体浇注到造型后得到的铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件；
所述造型时，采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内；在铸件表面设置排气补缩冒口；
所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置补缩冒口和除气除渣包。
本发明先造型，得到铸型。
造型时，本发明采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内。本发明将铸件整体置于同一半型内，更优选置于下半型内，有利于浇注、造型、组芯及定位、尺寸控制，从而保证铸件尺寸精度。本发明使铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，有利于铸件表面排气补缩冒口的合理设置。
在本发明中，所述造型优选包括制备砂芯和砂型；所述砂芯的制备优选采用手工方式，制备砂芯所用的芯盒优选为活框活块脱落式结构，采用此种结构的芯盒制作的砂芯尺寸精确。在本发明中，所述芯盒的平面度和尺寸精度优选控制在±0.25mm以内。本发明优选根据铸件的结构选择合适的芯盒。在本发明中，制备砂芯的材料优选为本领域熟知的镁合金专用自硬砂材料，制备之前，本发明优选将镁合金专用自硬砂材料在80℃烘干0.5～1.0小时，以增加砂芯的强度并减少发气量。
在本发明中，制备砂型时所用模样的平面度和外形尺寸精度优选控制在±0.5mm以内，外皮模样优选为空心框架整体结构模样，这种结构能减少和防止模样变形。本发明优选采用充分烘烤、不变形的一级铸造红砂制备砂型。
本发明对所述砂芯和砂型的组合方式没有特殊要求，根据实际情况选择本领域熟知的组合方式即可。
本发明在铸件表面设置排气补缩冒口，所述排气补缩冒口之间的间隔优选为200～300mm，以保证无铸造缺陷。本发明对所述排气补缩冒口的尺寸没有特殊限定，采用本领域熟知的尺寸即可。本发明优选还包括在铸件的热节设置冒口，每个冒口的直径优选为对应热节的1.5倍，高度优选为热节的2.5倍，四角斜度优选为5°。本发明在铸件的热节设置冒口的作用是保证无铸造缺陷。在本发明中，造型后优选还包括在铸件底面和热节设置冷铁。在本发明中，所述铸件底面冷铁的厚度优选为12～15mm，热节处的冷铁整体尺寸优选为热节整体尺寸的1倍。本发明设置冷铁的作用是提高冷却速度，以达到与铸件其他部位同时凝固的效果。
本发明设置浇注系统。在本发明中，所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置补缩冒口和除气除渣包。在本发明中，所述除气除渣包的模数优选为热节模数的1.5～2.0倍。本发明通过优化浇注系统，可以减少铸件缺陷，提高铸件内部和表面质量。
在本发明中，所述横浇道的截面优选为梯形，所述横浇道的上端×下端×高优选为36mm×42mm×40mm；本发明优选在横浇道和直浇道的连通处设置铁皮过滤网和钢丝棉，过滤网放置在钢丝棉外侧，用以过滤熔体中的氧化膜和熔渣，进一步净化铸件。在本发明中，所述直浇道优选为片状，尺寸优选为长60mm×宽10mm，高度优选至最顶端的冒口。本发明对所述内浇道没有特殊的限定，根据本领域技术人员的经验进行常规设定即可。
得到铸型并设置好浇注系统后，本发明将镁合金进行熔炼，得到熔体。在本发明中，以质量百分含量计，所述镁合金优选包括：Al 8～9％，Zn0.5～1.0％，Mn 0.2～0.5％，Fe<0.02％，Si<0.5％，余量为Mg。在本发明中，所述熔炼的步骤优选为：将坩埚加热到450～500℃，加入镁合金2号熔剂,之后加入镁合金，将镁合金熔化并升温到730～750℃，添加RJ-5熔剂进行搅拌精炼；然后将搅拌精炼后的合金液升温至770～800℃，静置8～10分钟，得到熔体。本发明对所述镁合金2号熔剂的加入量没有特殊要求，本领域技术人员根据已有经验选择合适的加入量即可。本发明对所述RJ-5熔剂的加入量没有特殊限定，能够确保搅拌精炼过程中熔体表面始终覆盖一层RJ-5熔剂即可。在本发明中，所述搅拌精炼优选采用垂直方向上下搅动，所述搅拌精炼过程中在液流波峰上撒精炼剂，所述搅拌精炼的温度优选为735～775℃，更优选为750～760℃，时间优选为20～30分钟。在本发明中，所述精炼剂优选为粉状，所述精炼剂的粒度优选为120目。在本发明中，所述精炼剂的组成优选为94wt％钙熔剂+6wt％CaF2。本发明对所述精炼剂的用量没有特殊要求，根据本领域技术人员的经验选择合适的加入量即可。
得到熔体后，本发明将所述熔体浇注到铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件。在本发明中，所述浇注的温度优选为785±5℃。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为415～420℃，保温时间优选为16～18h；所述时效处理的温度优选为175～195℃，保温优选时间为16～17h。本发明固溶处理的主要作用是使合金元素Al溶于Mg形成过饱和固溶体，时效处理的作用是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒。
时效处理后，本发明优选随炉冷却至室温，取出铸件，得到镁合金大尺寸铸件。在本发明中，所述镁合金大尺寸铸件的外形尺寸总体不小于1389mm×1000mm×900mm、壁厚不超过5mm。
下面结合实施例对本发明提供的镁合金大尺寸铸件的成形方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
制备外形尺寸为1389mm×1066mm×963mm、壁厚4mm、缺陷少、刚度好的镁合金卫星动量轮支架件。
采用砂型铸造，重力浇注，分为上下两箱造型。造芯采用手工方式和亚麻油砂芯材料，砂芯材料烘干0.7小时，以增加强度和减少发气量；水平/垂直芯头不采用定位结构(因定位芯头将型腔尺寸固定，组合后无法调节尺寸，只能满足常规铸件精度要求)，采用组合方式控制精度，砂芯按照型腔组合后调整到满足要求卫星铸件精度要求的型腔尺寸。将型砂和黏土按1:0.02质量比例进行搅拌，制作芯盒，芯盒为活框活块脱落式结构，平面度和尺寸精度为±0.25mm，制备砂芯为自硬砂材料，专用自硬砂材料在80℃烘干0.5小时。制备砂型为一级铸造红砂。设置浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道与除气除渣包，保证镁合金熔体的充分流动。在铸件表面间隔300mm设置排气补缩冒口，在铸件所有的热节设置补缩冒口，以保证无铸造缺陷；在铸件的内浇道前设置除气除渣包。在底面和热节位置设置冷铁，以提高该处的冷却速度。采用分层注入式，依次由低到高对各直浇道进行浇注，实现逐层充型，利于顺序凝固和补缩。
以质量百分含量计，镁合金的成分为Al 8.9％，Zn 0.5％，Mn 0.35％，其余为Mg量，杂质Fe 0.02％，Si 0.3％。将坩埚加热到500℃，加入RJ-2熔剂，再向坩埚内加入炉料，将合金熔化并升温到750℃，不断添加熔剂覆盖熔体表面，用搅拌器进行精炼；然后将合金液升温至780℃，静置10分钟后浇注，浇注温度为750±5℃。然后进行固溶时效处理，工艺制度为420℃/16h，时效制度180℃/17h，随炉冷却后，取出铸件，得到尺寸为1389mm×1000mm×900mm的卫星动量轮支架件，具体的结构如图1所示。
图2为实施例1铸态和时效态的微观组织金相图。由图2可知，铸态组织晶粒均匀，无明显微观缺陷；固溶时效处理能够明显优化第二相尺寸和分布，起到显著的固溶强化和沉淀强化效果。由图3可知，《GB-T-2002金属材料、室温拉伸试验方法国家标准》对铸件取样进行拉伸力学性能测试，结果显示Rm＝292MPa，伸长率为7.6％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，采用本发明的方法可以制备外形尺寸不小于1389mm×1000mm×900mm、壁厚不超过5mm、Rm>260MPa、缺陷少、刚度好的镁合金大尺寸铸件。铸件的化学成分、力学性能、表面质量、内部质量符合QJ168-85Ⅱ类铸件的要求，铸件尺寸公差符合HB0-7-67《铸件尺寸公差和加工余量的规定》ZJ6级精度规定，完全满足制备大型镁合金零部件的需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种镁合金大尺寸铸件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
造型并设置浇注系统；
将镁合金进行熔炼，得到熔体；
通过浇注系统将所述熔体浇注到造型后得到的铸型中，依次经固溶处理和时效处理后，得到镁合金大尺寸铸件；所述镁合金大尺寸铸件为镁合金卫星动量轮支架件；所述镁合金大尺寸铸件的外形尺寸总体不小于1389mm×1000mm×900mm、壁厚不超过5mm；
所述造型时，采用上下两箱造型，铸件分型面与铸件型芯冒口分型面处于同一平面，铸件整体置于同一半型内；在铸件表面设置排气补缩冒口；在铸件的热节设置冒口，每个冒口的直径为对应热节的1.5倍，高度为热节的2.5倍，四角斜度为5°；
所述浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道；所述直浇道上设置有集渣包；所述内浇道前设置补缩冒口和除气除渣包；
所述造型包括制备砂芯和砂型；制备砂芯所用的芯盒为活框活块脱落式结构，所述芯盒的平面度和尺寸精度控制在±0.25mm以内；制备砂型时所用模样的平面度和外形尺寸精度控制在±0.5mm以内，外皮模样为空心框架整体结构模样。
2.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，还包括在铸件底面和热节设置冷铁。
3.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述横浇道的截面为梯形，所述横浇道的上端×下端×高为36mm×42mm×40mm；所述直浇道为片状，尺寸为长60mm×宽10mm，高度至最顶端的冒口。
4.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述镁合金包括：Al 8～9％，Zn 0.5～1.0％，Mn 0.2～0.5％，Fe<0.02％，Si<0.5％，余量为Mg。
5.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述熔炼的步骤为：将坩埚加热到450～500℃，加入镁合金2号熔剂，之后加入镁合金，将镁合金熔化并升温到730～750℃，添加RJ-5熔剂进行搅拌精炼；然后将搅拌精炼后的合金液升温至770～800℃，静置8～10分钟，得到熔体。
6.根据权利要求5所述的成形方法，其特征在于，所述搅拌精炼采用垂直方向上下搅动，所述搅拌精炼过程中在液流波峰上撒精炼剂，所述搅拌精炼的温度为735～775℃，时间为20～30分钟。
7.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述浇注的温度为785±5℃。
8.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为415～420℃，保温时间为16～18h；所述时效处理的温度为175～195℃，保温时间为16～17h。
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