CN116748475B - 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 - Google Patents
基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116748475B CN116748475B CN202311042654.6A CN202311042654A CN116748475B CN 116748475 B CN116748475 B CN 116748475B CN 202311042654 A CN202311042654 A CN 202311042654A CN 116748475 B CN116748475 B CN 116748475B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crucible
- casting
- solid
- sand mold
- mixed slurry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 74
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000007670 refining Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 44
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 28
- 229910001008 7075 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 17
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 10
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005429 filling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 18
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 11
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract description 7
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 5
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N hexachloroethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)C(Cl)(Cl)Cl VHHHONWQHHHLTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 208000026438 poor feeding Diseases 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/002—Castings of light metals
- B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
- C22C23/02—Alloys based on magnesium with aluminium as the next major constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置，方法包括以下步骤，将配比好的金属在熔炼保温炉中制成均匀的金属液，再将其转移至坩埚中使用电磁线圈对其进行电磁搅拌，制成固液混合浆料，将固液混合浆料从坩埚中流出至冷冻砂型中，获得铸件。本发明通过预先制备固液混合浆料，形成具有20%‑50%细小固相晶粒的低温熔体，然后直接进行冷冻砂型浇铸，可以极大地提高熔体的铸造形核速率，实现晶粒双重细化，在组织上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，避免了传统高温熔体表面形核较快，芯部形核较慢的问题，从而实现铸件的均匀、快速地形核、凝固。
Description
技术领域
本发明涉及基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置。
背景技术
冷冻砂型铸造技术是采用水做砂型铸造用粘结剂，不使用有机树脂和其他粘接剂，在低温环境下进行冻结型砂来成形砂型，高温金属熔体经冷冻砂型浇注后获得铸件，避免了熔体浇注中发气量大、废砂回收再利用困难等问题。金属熔体在冷冻砂型中具有较大的过冷度，金属熔体冷却速度快，组织致密，力学性能好。
但是在传统冷冻砂型铸造过程中，仍然会出现一些问题：1、高温金属熔体和冷冻砂型接触表层和芯部温度梯度差异大，往往表面出现细晶，芯部仍然存在粗大的树枝晶，难以实现均匀凝固；2、高温金属熔体充型时极易出现飞溅和卷气现象，对冷冻砂模的热冲击较大，导致铸件收缩量较大，容易产生缩孔、疏松、冷隔，裂纹等问题；3、传统的冷冻砂型需要较长的冷却时间，以确保金属凝固和固化，特别是对于固液两相区比较宽（＞100℃）的合金，熔体以体积凝固方式凝固，液态熔体难以迅速降温成固态，导致了能量在冷却过程中的大量损失。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置，以解决上述背景中提出的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法，包括以下步骤：
步骤1：根据需求对金属元素进行配比，将配比好的金属元素加入预热好的熔炼保温炉中进行熔炼并在合金液相线以上保温30min-60 min，制备出均匀的金属液；
步骤2：将均匀的金属液转移至底部带有浇注口的坩埚中，此时坩埚的浇注口为封闭状态；
步骤3：开启电磁线圈，对坩埚中的金属液进行电磁搅拌，制成所需均匀的含有固相成分在20%-50%之间的固液混合浆料；
步骤4：开启感应加热装置，将坩埚中制作完成的固液混合浆料在合金液相线以上保温1~10min，保证固液混合浆料的流动性；
步骤5：打开冷冻砂型外部的水汽收集装置，以收集在冷冻砂型充型过程中产生的水汽，并开通液体流出管道，使收集到的水汽从液体流出管道中流出，完成冷冻砂型充型前的准备工作；
步骤6：打开坩埚底部的浇注口，将坩埚中的固液混合浆料从浇注口释放，固液混合浆料在重力作用下流入预先打印好的冷冻砂型中进行充型并等待充型完成；
步骤7：充型完成后，将成型的铸件取出，根据需求对铸件进行后处理。
优选的，在步骤1中，所述配比为AZ91D镁合金的金属元素配比，具体为：8.9wt.%Al、0.7wt.% Zn、0.2wt.%Mn、0.04wt.%Si；
或7075铝合金的金属元素配比，具体为：0.12wt.%Si、0.2wt.%Fe、1.62wt.%Cu、2.41wt.%Mg、5.8wt.%Zn、0.23wt.%Cr、其余为Al；
或AZ80镁合金的金属元素配比，具体为：8.16wt.%Al、0.42wt.%Zn、0.03wt.%Mn、0.01wt.%Si，其余为Mg。
优选的，在步骤3中，所述固液混合浆料的温度会在电磁搅拌的过程中下降。
优选的，在步骤3中，通过调节所述电磁线圈内的电流大小来控制固液混合浆料中的固相成分百分比，使固相成分百分比保持在20%-50%之间。
基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化装置，包括保护罩，所述保护罩内部设置电磁线圈，所述电磁线圈的内部设置有坩埚，所述坩埚与电磁线圈之间设置有感应加热装置，所述坩埚下部设置有浇注口，所述坩埚的正下方设置有冷冻砂型。
优选的，还包括熔炼保温炉，铸造时，将所述熔炼保温炉内部的金属液倒入坩埚中。
优选的，所述浇注口内设置有用于将其封堵的塞杆。
优选的，所述塞杆分为封堵部和用于将封堵部从浇注口中取出的提拉部。
优选的，所述冷冻砂型的外侧设置有密闭板，所述密闭板的上部设置有接收口。
优选的，所述密闭板两侧设置有水汽收集装置，所述水汽收集装置与密闭板的下部之间设置有液体流出管道。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1、本发明通过预先制备固液混合浆料，形成具有20%-50%细小固相晶粒的低温熔体，然后直接进行冷冻砂型浇铸，显著缩短了熔体的凝固时间，由于冷冻铸造过程中，单位体积内的形核数量一定，可以极大地抑制铸件边部的熔体形成数量，提高心部熔体的铸造形核速率，实现晶粒双重细化，在组织上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，避免了传统高温熔体表面形核较快，芯部形核较慢的问题，从而实现铸件的均匀、快速地形核、凝固。对于AZ91D镁合金、7075铝合金和AZ80镁合金这类具有比较宽的固液两相区（>100℃）的合金，在浇注时以体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶，所以这类合金在使用本发明的铸造方法铸造时，能够更加明显地细化晶粒，显著改善铸件的性能。
2、本发明制备的固液混合浆料的温度低于液态金属，在金属熔体和冷冻砂型接触时，避免了金属熔体的表层和芯部温度梯度差异大的问题，提高各部位冷却速率的一致性，进而提高凝固组织的均匀性，还减少了冷冻成型的时间，提高了铸造效率，减少了能量损失。而且，固液混合浆料的粘度高于液态金属，在充型时极大地避免了金属熔体的飞溅、卷气和卷渣现象。
3、本发明在冷冻砂型铸造充型时，金属熔体的温度较低，可以减轻对冷冻砂模的热冲击，极大减少了由于热冲击导致的砂脱落问题。固液混合浆料中已经具有部分固相晶粒，使其在冷冻砂型铸造过程中的凝固收缩率小，从而避免缩孔、疏松、粘模等缺陷，解决高温金属液直接接触冷冻砂型急冷而产生的冷隔、裂纹等问题，能够获得组织更加致密、力学性能更高的各类零部件。
4、本发明在合金液相线以上对熔融金属进行保温，可以减少能量损失，确保金属液的均匀性；采用电磁搅拌和感应加热的方式对合金液进行搅拌和保温，具有更高的能源利用效率，能够更加精确地控制浆料的温度和成分均匀性；通过水汽收集装置收集充型过程中产生的水汽，并将其排出，可以有效减少水蒸气的散失，从而减少能量浪费，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的装置示意图；
图3为本发明的对比例2（前）与实施例2（后）中7075铝合金铸件的边部金相图；
图4为本发明的对比例2（前）与实施例2（后）中7075铝合金铸件的芯部金相图。
图中：1-保护罩，2-电磁线圈，3-感应加热装置，4-坩埚，5-塞杆，6-浇注口，7-接收口，8-水汽收集装置，9-密闭板，10-冷冻砂型，11-液体流出管道，12-熔炼保温炉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1至图2，基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法，包括以下步骤：
步骤1：根据需求对金属元素进行配比，将配比好的金属元素加入预热好的熔炼保温炉12中进行熔炼并在合金液相线以上保温30min-60 min，制备出均匀的金属液；
步骤2：将均匀的金属液转移至底部带有浇注口6的坩埚4中，此时坩埚4的浇注口6为封闭状态；
步骤3：开启电磁线圈2，对坩埚4中的金属液进行电磁搅拌，制成所需均匀的含有固相成分在20%-50%之间的固液混合浆料；
步骤4：开启感应加热装置3，将坩埚4中制作完成的固液混合浆料在合金液相线以上保温1~10min，保证固液混合浆料的流动性；
步骤5：打开冷冻砂型10外部的水汽收集装置8，以收集在冷冻砂型10充型过程中产生的水汽，并开通液体流出管道11，使收集到的水汽从液体流出管道11中流出，完成冷冻砂型10充型前的准备工作；
步骤6：打开坩埚4底部的浇注口6，将坩埚4中的固液混合浆料从浇注口6释放，固液混合浆料在重力作用下流入预先打印好的冷冻砂型10中进行充型并等待充型完成；
步骤7：充型完成后，将成型的铸件取出，根据需求对铸件进行后处理。
通过电磁搅拌，在高温金属或者合金液中引入强烈的对流和湍流，可以打破原有的晶粒结构，使之重新结晶成较小的晶粒，浆料中形成部分形核，在接触冷冻砂型10时，可以提供凝固的起始点，促进铸件快速凝固，实现晶粒第一重细化，同时降低了浆料的温度；
铸造时，在冷冻砂型10的作用下，由于固液混合浆料的温度有所下降，使其能够更加迅速地冷却凝固，形成实心铸件。冷却速率快可以促使晶粒在有限的时间内细化，得到细小、均匀的晶粒组织，实现晶粒的第二重细化。
通过双重细化，在组织上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，避免了传统高温熔体只从表面形核，芯部形核较慢的问题，从而实现铸件的均匀、快速形核、凝固。
进一步，在步骤1中，配比为AZ91D镁合金的金属元素配比，具体为：8.9wt.%Al、0.7wt.% Zn、0.2wt.%Mn、0.04wt.%Si，其余为Mg，经过测试合金的固相线温度为471℃，液相线温度为596℃；
或7075铝合金的金属元素配比，具体为：0.12wt.%Si、0.2wt.%Fe、1.62wt.%Cu、2.41wt.%Mg、5.8wt.%Zn、0.23wt.%Cr、其余为Al，经过测试合金的固相线温度为477℃，液相线温度为640℃；
或AZ80镁合金的金属元素配比，具体为：8.16wt.%Al、0.42wt.%Zn、0.03wt.%Mn、0.01wt.%Si，其余为Mg，经过测试合金的固相线温度为465℃，液相线温度为635℃。
上述合金均具有比较宽的固液两相区，一般大于100℃，该类合金往往浇注时以体积凝固的方式凝固，凝固区内的小晶体很容易发展成为发达的树枝晶。当固相达到一定数量形成晶体骨架时,尚未凝固的液态金属便被分割成一个个互不沟通的溶池，最后在冷冻铸造的铸件中形成分散性的缩松，较宽的糊状凝固特性合金导致冒口有效补缩距离短，补缩性较差，易产生热裂。大气或负压下充型时液态铝镁合金熔体析氢严重，导致内部针孔超标。熔体温度降低到液相线以下时，凝固时α-Al，α-Mg固溶体过度生长，表层凝固速率块，芯部凝固速率慢，导致表层出现细晶区，芯部形成粗大的等轴树枝晶区，晶粒差异较大，难以获得组织致密、均匀、细小的铸件。
进一步，在步骤3中，固液混合浆料的温度会在电磁搅拌的过程中下降，电磁搅拌过程中，没有对坩埚4内金属液进行保温，所以温度会下降，但在电磁搅拌的作用下，温度的下降不会对金属液的流动性造成影响。
进一步，在步骤3中，通过调节电磁线圈2内的电流大小来控制固液混合浆料中的固相成分百分比，使固相成分百分比保持在20%-50%之间，电流强度的增加可以增加金属液的搅拌强度和混合程度，使固液混合浆料中的固相成分相对更多，固相颗粒的分布更加均匀。
请参阅图2，基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化装置，包括保护罩1，保护罩1内部设置电磁线圈2，电磁线圈2的内部设置有坩埚4，坩埚4与电磁线圈2之间设置有感应加热装置3，坩埚4下部设置有浇注口6，坩埚4的正下方设置有冷冻砂型10，通过电磁线圈2对坩埚4内金属液进行电磁搅拌，使其成为含有固相成分在20%-50%之间的固液混合浆料，在铸造时，可以极大地提高熔体的铸造形核速率，实现晶粒双重细化，在组织上消除了柱状晶和粗大的树枝晶，避免了传统高温熔体表面形核较快，芯部形核较慢的问题，从而实现铸件的均匀、快速地形核、凝固。
进一步，还包括熔炼保温炉12，铸造时，将熔炼保温炉12内部的金属液倒入坩埚4中，在熔炼保温炉12制备好熔融的金属液，做好铸造前的材料准备工作。
进一步，浇注口6内设置有用于将其封堵的塞杆5，塞杆5分为封堵部和用于将封堵部从浇注口6中取出的提拉部，冷冻砂型10的外侧设置有密闭板9，密闭板9的上部设置有接收口7，利用塞杆5的提拉部将封堵部从浇注口6中取出，使坩埚4中的固液混合浆料可以从浇注口6中流出，经过接收口7最终流进冷冻砂型10。
进一步，密闭板9两侧设置有水汽收集装置8，水汽收集装置8与密闭板9的下部之间设置有液体流出管道11，防止水汽在铸件内部产生气孔等缺陷。
实施例1
将镁先加入熔炼保温炉12中，加热至760℃，待镁熔化后，添加8.9wt.%Al、0.7wt.%Zn、0.2wt.%Mn、0.04wt.%Si的合金元素进行熔炼，保温30min，制备出均匀的AZ91D镁合金金属液，经过测试合金的固相线温度为471℃，液相线温度为596℃；将AZ91D镁合金金属液转移至坩埚4中；随后开启电磁线圈2，通入大小为1000A、方向为顺时针的电流，并设定电磁频率为800 Hz，对坩埚4内合金金属液进行搅拌，制成所需均匀的含有20%固相率的固液混合浆料；开启感应加热装置3，温度设置为635℃，对坩埚4内固液混合浆料保温5min，保证其流动性；打开水汽收集装置8，并开通液体流出管道11，做好铸造前的准备工作；铸造时，上拉塞杆5将制备好的固液混合浆料从浇注口6释放，在重力作用下充型镁砂制备的的冷冻砂型10；此时水汽收集装置8会将释放的水汽凝结成水珠，并且顺壁滑落，通过液体流出管道11将收集的水珠送出；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径100 mm的AZ91D镁合金铸件，对镁合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为20μm，边部平均晶粒尺寸为10μm。铸锭边部抗拉强度达到300MPa、延伸率9.0%，芯部抗拉强度达到282MPa，延伸率达到7.8%。
对比例1
将镁先加入熔炼保温炉12中，加热至760℃，待镁熔化后，添加8.9wt.%Al、0.7wt.%Zn、0.2wt.%Mn、0.04wt.%Si的合金元素进行熔炼，保温30min，制备出均匀的AZ91D镁合金金属液，经过测试合金的固相线温度为471℃，液相线温度为596℃；将AZ91D镁合金金属液在重力作用下充型镁砂制备的冷冻砂型10；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径100 mm的AZ91D镁合金铸件，对镁合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为220μm，边部平均晶粒尺寸为75 μm。铸锭边部抗拉强度达到245MPa、延伸率4.5%，芯部抗拉强度达到210，延伸率2.3%。
表1.1 实施例1和对比例1中金属的牌号和平均晶粒大小
表1.2实施例1和对比例1中金属的牌号和力学性能
通过表1.1可知，通过本铸造方法铸造出的AZ91D镁合金铸件，其晶粒得到了明显的细化。
通过表1.2可知，通过本铸造方法铸造出的AZ91D镁合金铸件，其力学性能得到了明显的提升。
实施例2
加热熔炼保温炉12至600℃，将事先准备好的成分为0.12wt.%Si、0.2wt.%Fe、1.62wt.%Cu、2.41wt.%Mg、5.8wt.%Zn、0.23wt.%Cr、其余为Al 的7075铝合金锭块放入其中，继续加热熔炼保温炉12至750℃并保温30min，直至7075铝合金全部熔化，制备出均匀的7075铝合金金属液，经过测试合金的固相线温度为477℃，液相线温度为640℃；将7075铝合金金属液转移至坩埚4中；随后开启电磁线圈2，通入大小为1300A、方向为顺时针的电流，并设定电磁频率为1000 Hz，对坩埚4内7075铝合金金属液进行搅拌，制成所需均匀的具有40%固相率的固液混合浆料；开启感应加热装置3，温度设置为650℃，对坩埚4内固液混合浆料保温10min，保证其流动性；打开水汽收集装置8，并开通液体流出管道11，做好铸造前的准备工作；铸造时，上拉塞杆5将制备好的固液混合浆料从浇注口6释放，在重力作用下充型由铬铁矿砂制备的冷冻砂型10；此时水汽收集装置8会将释放的水汽凝结成水珠，并且顺壁滑落，通过液体流出管道11将收集的水珠送出；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径100 mm的7075铝合金铸件，对铝合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为10 μm，边部平均晶粒尺寸为5 μm。铸锭边部抗拉强度达到368 MPa、延伸率4.0 %，芯部抗拉强度达到348 MPa，延伸率达到3.8 %。
对比例2
加热熔炼保温炉12至600℃，将事先准备好的成分为0.12wt.%Si、0.2wt.%Fe、1.62wt.%Cu、2.41wt.%Mg、5.8wt.%Zn、0.23wt.%Cr、其余为Al 的7075铝合金锭块放入其中，继续加热熔炼保温炉12至750℃并保温30min，直至7075铝合金全部熔化，制备出均匀的7075铝合金金属液，经过测试合金的固相线温度为477℃，液相线温度为640℃；将7075铝合金熔体在重力作用下充型由铬铁矿砂制备的到冷冻砂型10中；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径100 mm的7075铝合金铸件，对铝合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为200μm，边部平均晶粒尺寸为80 μm。铸锭边部抗拉强度达到270 MPa、延伸率3.2%，芯部抗拉强度达到168，延伸率1.5%。
表2.1 实施例2和对比例2中金属的牌号和平均晶粒大小
表2.2实施例1和对比例1中金属的牌号和力学性能
通过表2.1可知，通过本铸造方法铸造出的7075铝合金铸件，其晶粒得到了明显的细化。
请参阅图3和图4，可以更加直观地看出实施例2铸件的晶粒相比对比例2铸件的晶粒更加细化。
通过表2.2可知，通过本铸造方法铸造出的7075铝合金铸件，其力学性能得到了明显的提升。
实施例3
将熔炼保温炉12预热至400℃后加入事先准备好的镁锭，熔化后在700℃保温30min，再将8.16wt.%Al、0.42wt.%Zn、0.03wt.%Mn、0.01wt.%Si，加入熔炼保温炉12内，继续保温20 min，最后用六氯乙烷除气、扒渣，制备出均匀的AZ80镁合金金属液，经过测试合金的固相线温度为465℃，液相线温度为635℃；将AZ80镁合金金属液转移至坩埚4中；随后开启电磁线圈2，通入大小为1000A、方向为顺时针的电流，并设定电磁频率为800 Hz，对坩埚4内AZ80镁合金金属液进行搅拌，制成所需均匀的具有30%固相分数的固液混合浆料；开启感应加热装置3，温度设置为640℃，对坩埚4内固液混合浆料保温5min，保证其流动性；打开水汽收集装置8，并开通液体流出管道11，做好铸造前的准备工作；铸造时，上拉塞杆5将制备好的固液混合浆料从浇注口6释放，在重力作用下充型由镁砂制备的冷冻砂型10；此时水汽收集装置8会将释放的水汽凝结成水珠，并且顺壁滑落，通过液体流出管道11将收集的水珠送出；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径120 mm的AZ80镁合金铸件，对镁合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为18μm，边部平均晶粒尺寸为12μm。铸锭边部抗拉强度达到210 MPa、延伸率8.0%，芯部抗拉强度达到202，延伸率达到6.2%。
对比例3
将熔炼保温炉12预热至400℃后加入事先准备好的镁锭，熔化后在700℃保温30min，再将预热好的8.16wt.%Al、0.42wt.%Zn、0.03wt.%Mn、0.01wt.%Si，加入熔炼保温炉12内，继续保温20 min，最后用六氯乙烷除气、扒渣，制备出均匀的AZ80镁合金金属液，经过测试合金的固相线温度为465℃，液相线温度为635℃；将AZ80镁合金金属液在重力作用下充型由镁砂制备的冷冻砂型10；待充型完成后，根据铸件要求，对其进行后处理，获得直径120 mm的AZ80镁合金铸件，对镁合金铸件中心和边部进行金相观察，铸件中心平均晶粒尺寸为250μm，边部平均晶粒尺寸为100μm。铸锭边部抗拉强度达到190MPa、延伸率4.5%，芯部抗拉强度达到152MPa，延伸率达到2.5%。
表3.1 实施例3和对比例3中金属的牌号和平均晶粒大小
表3.2实施例1和对比例1中金属的牌号和力学性能
通过表3.1可知，通过本铸造方法铸造出的AZ80镁合金铸件，其晶粒得到了明显的细化。
通过表3.2可知，通过本铸造方法铸造出的AZ80镁合金铸件，其力学性能得到了明显的提升。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (5)
1.基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据需求对金属元素进行配比，所述配比为AZ91D镁合金的金属元素配比，具体为：8.9wt.%Al、0.7wt.% Zn、0.2wt.%Mn、0.04wt.%Si，其余为Mg；
或7075铝合金的金属元素配比，具体为：0.12wt.%Si、0.2wt.%Fe、1.62wt.%Cu、2.41wt.%Mg、5.8wt.%Zn、0.23wt.%Cr、其余为Al；
或AZ80镁合金的金属元素配比，具体为：8.16wt.%Al、0.42wt.%Zn、0.03wt.%Mn、0.01wt.%Si，其余为Mg；
将配比好的金属元素加入预热好的熔炼保温炉（12）中进行熔炼并在合金液相线以上保温30min-60 min，制备出均匀的金属液；
步骤2：将均匀的金属液转移至底部带有浇注口（6）的坩埚（4）中，此时坩埚（4）的浇注口（6）为封闭状态；
步骤3：开启电磁线圈（2），对坩埚（4）中的金属液进行电磁搅拌，通过调节所述电磁线圈（2）内的电流大小来控制固液混合浆料中的固相成分百分比，制成所需均匀的含有固相成分在20%-50%之间的固液混合浆料；
步骤4：开启感应加热装置（3），将坩埚（4）中制作完成的固液混合浆料在合金液相线以上保温1~10min，保证固液混合浆料的流动性；
步骤5：打开冷冻砂型（10）外部的水汽收集装置（8），以收集在冷冻砂型（10）充型过程中产生的水汽，并开通液体流出管道（11），使收集到的水汽从液体流出管道（11）中流出，完成冷冻砂型（10）充型前的准备工作；
步骤6：打开坩埚（4）底部的浇注口（6），将坩埚（4）中的固液混合浆料从浇注口（6）释放，固液混合浆料在重力作用下流入预先打印好的冷冻砂型（10）中进行充型并等待充型完成；
步骤7：充型完成后，将成型的铸件取出，根据需求对铸件进行后处理。
2.根据权利要求1所述的基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法，其特征在于：在步骤3中，所述固液混合浆料的温度会在电磁搅拌的过程中下降。
3.基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化装置，该装置应用于权利要求1-2任一项所述的基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法，其特征在于：包括保护罩（1），所述保护罩（1）内部设置电磁线圈（2），所述电磁线圈（2）的内部设置有坩埚（4），所述坩埚（4）与电磁线圈（2）之间设置有感应加热装置（3），所述坩埚（4）下部设置有浇注口（6），所述浇注口（6）内设置有用于将其封堵的塞杆（5），所述坩埚（4）的正下方设置有冷冻砂型（10），所述冷冻砂型（10）的外侧设置有密闭板（9），所述密闭板（9）的上部设置有接收口（7）；
还包括熔炼保温炉（12），铸造时，将所述熔炼保温炉（12）内部的金属液倒入坩埚（4）中。
4.根据权利要求3所述的基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化装置，其特征在于：所述塞杆（5）分为封堵部和用于将封堵部从浇注口（6）中取出的提拉部。
5.根据权利要求3所述的基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化装置，其特征在于：所述密闭板（9）两侧设置有水汽收集装置（8），所述水汽收集装置（8）与密闭板（9）的下部之间设置有液体流出管道（11）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311042654.6A CN116748475B (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311042654.6A CN116748475B (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116748475A CN116748475A (zh) | 2023-09-15 |
| CN116748475B true CN116748475B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=87959500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311042654.6A Active CN116748475B (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116748475B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1746322A (zh) * | 2005-09-09 | 2006-03-15 | 清华大学 | 一种近球晶组织半固态铝合金快速制备方法 |
| CN103736946A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-23 | 上海交通大学 | 具有完全等轴晶粒组织的高纯金属及合金铸锭制造方法 |
| CN110831713A (zh) * | 2019-07-05 | 2020-02-21 | 苏州明志科技股份有限公司 | 一种采用电磁搅拌技术的低压充型方法及装置 |
| CN115889694A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-04-04 | 南京航空航天大学 | 一种消失模冷冻砂型负压铸造轻合金铸件的成形方法 |
| CN116000265A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-25 | 中国机械总院集团江苏分院有限公司 | 一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法 |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311042654.6A patent/CN116748475B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1746322A (zh) * | 2005-09-09 | 2006-03-15 | 清华大学 | 一种近球晶组织半固态铝合金快速制备方法 |
| CN103736946A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-23 | 上海交通大学 | 具有完全等轴晶粒组织的高纯金属及合金铸锭制造方法 |
| CN110831713A (zh) * | 2019-07-05 | 2020-02-21 | 苏州明志科技股份有限公司 | 一种采用电磁搅拌技术的低压充型方法及装置 |
| CN116000265A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-04-25 | 中国机械总院集团江苏分院有限公司 | 一种基于半固态成形技术的冷冻砂型铸造成形方法 |
| CN115889694A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-04-04 | 南京航空航天大学 | 一种消失模冷冻砂型负压铸造轻合金铸件的成形方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116748475A (zh) | 2023-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101844218B (zh) | 一种铝合金筒体零件的低压铸造制备工艺 | |
| CN104232953B (zh) | 一种轻金属合金半固态浆料制备方法 | |
| EP2606994A2 (en) | Induction stirred, ultrasonically modified investment castings and apparatus for producing | |
| CN101781720B (zh) | Mg2Si强化镁合金的制备方法 | |
| CN103170603B (zh) | 一种铝合金或镁合金半固态浆料的制备方法 | |
| CN114250389A (zh) | 一种高强韧铸造铝合金及其热处理工艺与制备方法 | |
| CN114318080A (zh) | 一种高导热高强度铸造铝合金及其制备方法 | |
| CN101748299A (zh) | 铸造镁合金的制造方法 | |
| JP7158587B2 (ja) | フィルタキャビティのダイカスト方法 | |
| CN101817064A (zh) | 用于制备金属半固态浆料的装置及浆料的制备方法 | |
| CN113957302A (zh) | 一种新能源汽车电池箱非热处理强化高强韧压铸铝合金材料 | |
| CN113637859B (zh) | 一种铝合金及其挤压铸造方法及设备 | |
| CN107790669B (zh) | 一种半固态浆料制备和压铸一体化的流变压铸方法 | |
| Abbasi-Khazaei et al. | A novel process in semi-solid metal casting | |
| CN111636017A (zh) | 一种半固态成形铝合金以及制备方法 | |
| KR200319469Y1 (ko) | 반응고 성형용 다이캐스팅 장치 | |
| CN116748475B (zh) | 基于冷冻砂型节能铸造的金属组织均匀细化方法及装置 | |
| CN109112418B (zh) | 一种高锰钢的连铸方法 | |
| CN102319890B (zh) | 一种制备变形铝合金半固态浆料的方法 | |
| CN111647782A (zh) | 一种再生铝合金及其制备方法 | |
| CN115679159B (zh) | 一种高温钎焊用Al-Ni-Mn合金材料及其流变压铸成型方法 | |
| CN202779647U (zh) | 一种半固态的有色金属连铸装置 | |
| CN113005315B (zh) | 一种高效Al-10Sr中间合金的制备方法 | |
| CN107604228A (zh) | 高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法 | |
| CN111057891B (zh) | 一种大型镁合金贮箱支架构件的精密铸造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |