真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法的應(yīng)用探討(特種鑄造及有色合金)

1、真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法的應(yīng)用探討朱麗娟王宏偉董秀琦摘要將現(xiàn)有的差壓鑄造機(jī)改造成可真空充型傾轉(zhuǎn)加壓倒置的差壓鑄造機(jī)，它實(shí)質(zhì)是集真空低壓鑄造、差壓鑄造、重力鑄造的各種優(yōu)點(diǎn)于一身的新鑄造方法，它可使鑄件的組織更加致密、減少打壓滲漏、基本上消除鑄件內(nèi)的氣孔及縮孔、大幅度提高材料的強(qiáng)度和韌性。關(guān)鍵詞：真空充型傾轉(zhuǎn)加壓倒置鑄造方法An Approach to the Application of Counter-PressureCasting with Inclinable Vaccum FillingZhu Lijuan(Shenyang Liming Engine Manufacturing Corpor

2、ation)Wang HongweiDong Xiuqi(Shengyang Institute of Technology)ABSTRACT:The existing counter pressure casting machine has been modified to a new counter pressure casting machine with inclinable vaccum filling used for complicate light non-ferrous castings. In fact, the new method intergrates all adv

3、antages of vaccum low pressure casting, conventional counter pressure casting and gravity casting. It is able to make the casting more compact, to reduce casting leakage under pressure test and to basically eliminate gas porosity and shrinkage cavity. As a result, material strength and toughness sig

4、nificantly improve.Key Words:Vacuum Filling, Inclinable Filling, Pressuring, Inverting, Casting Method輕合金鑄件的形狀、種類很多，其質(zhì)量問題也是很復(fù)雜的，可它們都存在著共性問題，即最難解決的是縮孔、氣孔、打壓滲漏、鑄件的本體解剖強(qiáng)度和韌性偏低及大型超薄壁件難以成型等問題，需要找到一種能解決上述共性問題的成型方法，而這種成型方法又能兼容各種成型手段(金屬型、砂型、石膏型、精鑄型殼、實(shí)型、陶瓷型)，那么各種鑄件的質(zhì)量問題便可以通過這種成型方法得到解決。將盛裝液態(tài)金屬的容器與鑄型分別放進(jìn)兩個僅以一個

5、管道相通的耐高壓容器中，其型在上、坩堝在下，類似差壓鑄造的結(jié)構(gòu)。充型前將上、下兩罐同步抽到一定的真空度，保溫靜置一段時間，以便使液態(tài)金屬中的氣體進(jìn)一步去除；然后按一定的工藝要求使液態(tài)金屬充滿型腔，與此同時傾轉(zhuǎn)整個裝置使其上下倒置，并且上、下兩罐同時加壓使鑄型內(nèi)的液態(tài)金屬在高壓下凝固。這實(shí)質(zhì)上是一種在真空低壓鑄造、差壓鑄造及重力鑄造基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的鑄造方法，即真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法，它把這三種鑄造方法的優(yōu)點(diǎn)濃縮在一起，使鑄件的組織更加致密，可以基本上消除鑄件內(nèi)的氣孔及縮孔，大幅度地提高材料的比強(qiáng)度和韌性，并使導(dǎo)熱性也有所提高。本工藝中的傾轉(zhuǎn)對中、厚壁輕合金鑄件的內(nèi)在質(zhì)量的影響較大，隨著鑄件壁的變

6、薄，傾轉(zhuǎn)對鑄件內(nèi)在質(zhì)量的影響也逐漸變?nèi)?，因而對薄壁件可省略傾轉(zhuǎn)過程。1差壓鑄造的優(yōu)點(diǎn)1，2(1) 減少鑄件氣孔、針孔缺陷由于差壓鑄造的壓力是低壓鑄造壓力的45倍，因而在澆注過程中由鑄型、型芯排放出來的氣體體積將減少45倍，這就減少了侵入性氣孔形成的機(jī)會，更主要的是高溫液態(tài)金屬與鑄型的接觸界面上出現(xiàn)的氣體壓力增量P與外界壓力成反比，而該界面上的液態(tài)金屬抵抗氣體入侵的能力與外界壓力成正比3。低壓鑄造鑄型排氣困難的根本原因在于低壓鑄造只能控制坩堝內(nèi)氣體的壓力，而對鑄型所在的大氣卻不能控制；差壓鑄造則不同，它能把上下壓力筒的壓力同時控制起來。如果采用減壓法，則在同步進(jìn)氣結(jié)束后使上筒的壓力降低，使鑄型內(nèi)

7、外產(chǎn)生壓差(型內(nèi)壓力大于型外壓力)。壓差越大，鑄型的排氣能力就越強(qiáng)，就越不易形成侵入性氣孔。當(dāng)然，選擇鑄型內(nèi)外壓差的大小不能只考慮排氣問題?？傊?，差壓鑄造不僅能控制充型工藝曲線，也可以控制鑄型的排氣能力。高溫金屬液總要溶解一定數(shù)量氣體，主要是H，隨著溫度降低，氣體在金屬液中的溶解度急劇下降，原子態(tài)氫析出變成分子氫，在鑄件中形成氣孔，通常稱為針孔。原子氫在鋁液中溶解度與系統(tǒng)壓力P有關(guān)，由于差壓鑄造的壓力較高，氫在鋁液中溶解度增大，再加上在高壓下金屬凝固速度提高，合金凝固時H來不及析出而以原子態(tài)存在于鑄件內(nèi)，從而使析出性氣孔(針孔)大為減少。(2) 改善鑄件的表面質(zhì)量在液態(tài)金屬填充鑄型時，型壁的溝

8、紋或粗糙部分會存在一層氣體薄膜4，這部分氣體的氣壓作用于金屬液，阻止了型壁形狀在鑄件上的完全再現(xiàn)。在差壓鑄造時氣膜的密度大，因而受熱膨脹時氣體的反壓力越大，阻止液態(tài)金屬浸入凹坑的能力越強(qiáng)，鑄件的表面粗糙度就越小。(3) 可明顯減少大型復(fù)雜鑄件凝固時的熱裂傾向其原因在于差壓鑄造有極強(qiáng)的補(bǔ)縮能力，可及時充填出現(xiàn)的縮孔和微裂紋，在一定程度上起到了“焊合”作用，消除了一些熱裂隱患。熱裂是在克服外界壓力(由于這時鑄件的溫度已達(dá)準(zhǔn)固相溫度，其固相骨架基本形成，因而此時主要是氣體壓力)的情況下發(fā)生的。差壓鑄造外界壓力是低壓鑄造的45倍，因而差壓鑄造對減少大型復(fù)雜鑄件的熱裂傾向是異常明顯的。(4) 差壓鑄造的

9、補(bǔ)縮壓力是低壓鑄造的45倍型腔中的液態(tài)金屬在凝固的過程中只有形成的固相骨架能承受住大氣的壓力時才有形成縮松、縮孔的機(jī)會，否則在外界的壓力(大氣壓、差壓鑄造時的上筒壓力)作用下會將這些都是真空的大大小小的孔隙壓縮使之消失。因此鑄件在各種成型方式下其外界壓力都參與補(bǔ)縮，而冒口上的那點(diǎn)壓頭及低壓鑄造或差壓鑄造保壓時躍升的那點(diǎn)壓力只不過是在原來外界壓力的基礎(chǔ)上增加一點(diǎn)微不足道的新動力罷了。差壓鑄造時外界的絕對壓力為0.7 MPa左右，而低壓鑄造時坩堝內(nèi)的壓力僅0.15 MPa左右，兩者相差甚遠(yuǎn)，故差壓鑄造的補(bǔ)縮能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低壓鑄造的補(bǔ)縮能力。鑄造鋁合金密度為2.5 g/cm3，如果上罐壓力P=1 MP

10、a，則相當(dāng)于40 m高的冒口，可見差壓鑄造的補(bǔ)縮能力極強(qiáng)。冒口補(bǔ)縮范圍的增加實(shí)質(zhì)是將液態(tài)金屬壓滲進(jìn)更遠(yuǎn)更細(xì)小的晶間空隙中去，根據(jù)流體力學(xué)原理可知其阻力的增大速度遠(yuǎn)比補(bǔ)縮距離的增加快，故出現(xiàn)了鑄件的補(bǔ)縮范圍才僅僅增大30%60%的現(xiàn)象。(5) 差壓鑄造可減少凝固時間20%25%，相應(yīng)地減少了凝固期內(nèi)的變質(zhì)衰退現(xiàn)象，其晶粒也有所細(xì)化。差壓鑄造與低壓鑄造相比，抗拉強(qiáng)度增大10%20%，伸長率增加73%左右；差壓鑄造與重力砂型鑄造相比，抗拉強(qiáng)度增大20%30%，韌度增大1倍左右。2真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法與其他鑄造方法對比(見表1)表1幾種鑄造方法的效果對比Table 1Comparative effect

11、s of several casting methods鑄造方法重力鑄造真空低壓鑄造差壓鑄造真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法重力與補(bǔ)縮的關(guān)系參與阻礙阻礙參與充型平穩(wěn)性不平穩(wěn)平穩(wěn)平穩(wěn)平穩(wěn)氣孔有無很少無氣體的有害影響有極少少極少熱裂可能有不多很少很少補(bǔ)縮能力可以強(qiáng)最強(qiáng)最強(qiáng)充填能力一般最強(qiáng)強(qiáng)最強(qiáng)工藝出品率低高高高廢品率高低低低致密度小高高高晶粒大大小小凝固速度較慢慢快快b(重力鑄造為1)11.11.21.31.21.3(重力鑄造為1)11.7223真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法適應(yīng)柔性鑄造生產(chǎn)的需要 真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法中的真空、傾轉(zhuǎn)、加壓有良好的相容性，可任取其中的一、二個進(jìn)行組合；加壓還可加惰性氣體；不傾轉(zhuǎn)還可做到一機(jī)多用，大大增加了該工藝的適用范圍。4結(jié)語真空傾轉(zhuǎn)差壓鑄造法可使：(1) 復(fù)雜高難輕合金鑄件的工藝出品率達(dá)90%左右；(2) 廢品率降