CN101569924A

CN101569924A - 一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法

Info

Publication number: CN101569924A
Application number: CNA2009100722331A
Authority: CN
Inventors: 李豹; 王宏伟; 邹鹑鸣; 朱兆军; 魏尊杰
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: CN101569924B

Abstract

一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，它涉及一种高强韧高致密度铝硅合金的差压铸造方法。它解决了传统的差压铸造技术对铸件致密度及内部质量的提高有限，难以满足生产高力学性能和高致密度铸件的要求的问题。本发明的主要步骤为：调整差压铸造机使差压铸造机的工作承受压力达到3.0MPa；铝硅合金的制备；将细化和变质处理后的熔体温度控制在720℃～740℃，高压差压铸造机进行高压差压铸造的升液、充型、增压、保压和卸压。本发明显著消除了铸件的内部针孔、显微缩松和微裂纹，提高铸件的力学性能和致密度；熔体与型壁之间热阻小，铸件的凝固速度加快，凝固组织得到明显细化，进一步提高了铸件的力学性能，尤其适于大型复杂薄壁件的铸造成型。

Description

一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法

技术领域

本发明涉及一种高强韧高致密度铝硅合金的差压铸造方法，属于铸造技术和合金制备技术领域。

背景技术

铸造铝硅合金，不仅具有优良的铸造性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，而且具有较高的综合力学性能，因而广泛应用于航空、航天和汽车工业中。差压铸造作为生产大型薄壁件的先进铸造成型工艺，日益受到更多的关注，差压铸造过程中，金属液具有较高的充型能力，同时金属液在一定的压力下凝固，提高了铸件的致密度和力学性能，可以满足一般性能要求的铸件制造。

近年来，随着航空航天事业的发展，对大型、复杂、薄壁、精密、优质高强度铝合金铸件的需求日益提高，采用传统的差压铸造技术，由于铸造机的工作压力一般低于0.8MPa，对铸件致密度及内部质量的提高有限，难以满足生产高力学性能和高致密度铸件的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的差压铸造技术对铸件致密度及内部质量的提高有限，难以满足生产高力学性能和高致密度铸件的要求的问题，进而提供一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法

本发明的一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法的步骤为：

步骤一：调整差压铸造机：增加差压铸造机上工作罐和下工作罐壁的厚度分别至14mm，将气路控制***的低压气阀调整为高压气阀，调整锁紧环的锁紧力使差压铸造机的工作承受压力达到3.0MPa，形成高压差压铸造机；

步骤二：铝硅合金的制备：

a、称取高强韧高致密度铝硅合金原料：按质量百分比称取32.3％～43.2％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.4％～0.6％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、54.2％～62.5％的Al-12Si中间合金、0.2％～0.6％的Al-10Sr中间合金和2％～4％的Al-5Ti-1B中间合金；

b、清洗并干燥高强韧高致密度铝硅合金原料：用质量浓度为2％的NaOH水溶液对Al-12Si中间合金和高纯铝进行表面清洗，然后干燥；

c、将高纯铝和Al-12Si中间合金混合装入高压差压铸造机的坩埚中，加热至原料完全熔化，熔体温度控制在720℃～730℃，再加入高纯镁，静置10min～20min，采用旋转喷吹高纯氩气进行精炼处理，高纯氩气质量纯度为99.99％，精炼时间为20min～40min，然后加入Al-5Ti-1B中间合金和Al-10Sr中间合金进行熔体细化和变质处理；

步骤三：高压差压铸造工艺：将细化和变质处理后的熔体温度控制在720℃～740℃，铸型安放完成后锁紧工作罐，高压差压铸造机进行高压差压铸造的升液、充型、增压、保压和卸压；

a、设定高压差压铸造的工艺参数：升液充型速度为60mm/s，增压速度为100mm/s；

b、打开高压差压铸造机上工作罐和下工作罐之间的互通阀，同时高压气源向上工作罐和下工作罐通入高压气体达到高压差压铸造机所需的工作压力，工作压力为0.8MPa～2.2MPa，此时上工作罐和下工作罐压力平衡，然后关闭互通阀使上工作罐和下工作罐隔绝；

c、采用减压法按照设定的高压差压铸造工艺参数进行升液、充型和增压，即排出上工作罐内的气体，升液压力达到0.1MPa～0.12MPa，充型压力达到0.1MPa～0.12MPa，下工作罐坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向充填石英砂铸型，充型完成后按照设定的增压速度100mm/s继续增压，当上工作罐和下工作罐的压力差达到0.07MPa时进行保压，保压时间为3～5min，铸件始终在0.8MPa～2.2MPa高压环境下补缩凝固，补缩凝固结束后打开互通阀同时排气卸压，取出铸件。

本发明具有以下有益效果：本发明将高压凝固技术与差压铸造技术相结合，将差压铸造机的工作承受压力提高到3.0MPa，熔体在较高的压力下充填铸型，具有更好的充型能力，尤其适于大型复杂薄壁件的铸造成型；熔体的补缩凝固过程始终是在高压下进行，熔体液相在枝晶间的补缩流动驱动力更大，可以提高熔体的显微缩松补缩能力，显著消除铸件的内部针孔、显微缩松和微裂纹，提高铸件的力学性能和致密度；熔体在高压下充型凝固，压力使得熔体紧贴型壁，减少熔体与型壁之间热阻，铸件的凝固速度加快，凝固组织得到明显细化，进一步提高了铸件的力学性能。

附图说明

图1是高压差压铸造过程压力控制曲线图(其中1表示升液曲线，2表示充型曲线，3表示增压曲线，4表示保压曲线)，图2是传统差压铸造凝固压力低于0.8MPa时铝硅合金的晶粒度效果图，图3是高压差压铸造凝固压力为1.5MPa时铝硅合金的晶粒度效果图，图4是高压差压铸造凝固压力为2.2MPa时铝硅合金的晶粒度效果图，图5是工作压力对铝硅合金密度的影响曲线图，图6是工作压力对铸态铝硅合金力学性能的影响曲线图(其中5表示铸态铝硅合金抗拉强度，6表示铸态铝硅合金延伸率)，图7是工作压力对T6热处理态铝硅合金力学性能的影响曲线图(其中7表示T6热处理态铝硅合金抗拉强度，8表示T6热处理态铝硅合金延伸率)。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法的步骤为：

步骤二：铝硅合金的制备：

本实施方式的高压差压铸造主要包括上工作罐、下工作罐、中隔板、锁紧环、气路控制***、工控机控制***、熔化炉、坩埚、升液管和高压气源，其中铸型和坩埚分别置于铸造机的上工作罐和下工作罐中，上工作罐和下工作罐由中隔板密封隔绝。本实施方式将高压凝固技术应用到差压铸造过程中，铝硅合金在高压条件下凝固，提高了铸件的内部质量和力学性能，进一步减小合金的晶粒尺寸，细化组织，如图2、图3和图4所示；凝固压力增加，铸件的补缩速度和补缩能力越强，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，如图5所示。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一的a中按质量比称取35.3％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.6％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、60.6％的Al-12Si中间合金、0.5％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一的a中按质量比称取38.5％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.5％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、57.6％的Al-12Si中间合金、0.4％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一的a中按质量比称取40.6％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.5％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、55.6％的Al-12Si中间合金、0.3％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一的a中按质量比称取43.2％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.4％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、54.2％的Al-12Si中间合金、0.2％的Al-10Sr中间合金和2％的Al-5Ti-1B中间合金。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二、三、四或五不同的是步骤一的c中将熔体温度控制在725℃。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤一的c中的静置时间为15min。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一的c中的精炼时间为30min。本实施方式中在高压差压下得到的铝硅合金，与普通差压铸造相比，合金的晶粒尺寸进一步减小，铝硅合金的密度进一步增加，致密度提高，铸件的力学性能提高。其它步骤及参数与具体实施方式七相同

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三的b中的工作压力为1.5MPa，步骤三的c中的铸件始终在1.5MPa高压环境下补缩凝固。高压差压铸造铝硅合金的性能得到显著提高，如图6和图7所示，采用传统的差压铸造工艺，铸态铝硅合金的抗拉强度和延伸率分别是151MPa和2.3％，经T6热处理后，铝硅合金的抗拉强度和延伸率分别是293MPa和3.2％；利用高压差压铸造工艺，在工作压力为1.5MPa时，铸态铝硅合金的抗拉强度和延伸率达到155MPa和2.7％，经T6热处理后，铝硅合金的抗拉强度和延伸率达到315MPa和4％。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三的b中的工作压力为2.2MPa，步骤三的c中的铸件始终在2.2MPa高压环境下补缩凝固。高压差压铸造铝硅合金的性能得到显著提高，如图6和图7所示，采用传统的差压铸造工艺，铸态铝硅合金的抗拉强度和延伸率分别是151MPa和2.3％，经T6热处理后，铝硅合金的抗拉强度和延伸率分别是293MPa和3.2％；利用高压差压铸造工艺，在工作压力为2.2MPa时，铸态铝硅合金的抗拉强度和延伸率达到166MPa和3.5％，经T6热处理后，铝硅合金的抗拉强度和延伸率达到340MPa和5.2％。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

Claims

1、一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：高压差压铸造方法的步骤为：

步骤二：铝硅合金的制备：

2、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的a中按质量比称取35.3％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.6％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、60.6％的Al-12Si中间合金、0.5％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。

3、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的a中按质量比称取38.5％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.5％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、57.6％的Al-12Si中间合金、0.4％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。

4、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的a中按质量比称取40.6％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.5％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、55.6％的Al-12Si中间合金、0.3％的Al-10Sr中间合金和3％的Al-5Ti-1B中间合金。

5、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的a中按质量比称取43.2％的质量纯度为99.99wt％高纯铝、0.4％的质量纯度为99.99wt％高纯镁、54.2％的Al-12Si中间合金、0.2％的Al-10Sr中间合金和2％的Al-5Ti-1B中间合金。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的c中将熔体温度控制在725℃。

7、根据权利要求6所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的c中的静置时间为15min。

8、根据权利要求7所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤一的c中的精炼时间为30min。

9、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤三的b中的工作压力为1.5MPa，步骤三的c中的铸件始终在1.5MPa高压环境下补缩凝固。

10、根据权利要求1所述一种高强韧高致密度铝硅合金的高压差压铸造方法，其特征在于：步骤三的b中的工作压力为2.2MPa，步骤三的c中的铸件始终在2.2MPa高压环境下补缩凝固。