zcuzn16si4合金低壓鑄造工藝中的補縮壓力

zcuzn16si4合金低壓鑄造工藝中的補縮壓力

zcuzn16si4材料具有良好的耐腐蝕性、耐腐蝕性和耐壓性。它通常用于制造開口、泵、缸等抗疲勞耗件。低壓鑄造鑄件在壓力作用下結(jié)晶凝固,可以提高高溫金屬液對凝固過程中鑄件的補縮效果,鑄件組織致密,所以鑄件的水密性、耐壓性都得到提高,與重力鑄造相比,力學性能可提高10%左右,這對于那些工作時要求耐壓和防滲漏的鑄件,如泵體、缸蓋等更具有明顯的效果。對于低壓鑄造ZCuZn16Si4合金補縮特性研究有助于更科學合理的鑄造工藝方案的制定。1中小企業(yè)鑄鋼件結(jié)構(gòu)ZCuZn16Si4合金的固相線溫度為821℃,液相線溫度為917℃,結(jié)晶溫度范圍為96℃,呈糊狀凝固方式。合金的密度為8.32g/cm3,鑄件線收縮率1.6%~1.7%,鑄件內(nèi)部易形成枝晶間分散型縮松,同時冒口的補縮距離較小。上述鑄造性能對提高零件的耐水壓性能是不利的,鑄造時必須采取適當工藝措施減少或消除關(guān)鍵部位的縮松缺陷。2測試方法2.1低壓鑄造工藝補縮距離的確定冒口補縮距離試驗的目的:其一是為了研究不同壓力對ZCuZn16Si4合金凝固過程中液態(tài)金屬補縮能力的影響,得到具體的補縮距離參數(shù),以便為低壓鑄造條件下ZCuZn16Si4合金鑄造工藝中補縮距離的設(shè)計和低壓鑄造設(shè)備工藝參數(shù)選擇尋找實驗依據(jù);其二是為了數(shù)值模擬計算中能夠更準確地預測在凝固過程中受壓力作用時ZCuZn16Si4合金的縮松缺陷新判據(jù)的建立,提供有價值的數(shù)據(jù)。2.2內(nèi)部質(zhì)量致密情況冒口對黃銅板類鑄件補縮距離按下式計算:式中:L為保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量致密情況下,兩冒口之間的距離或冒口邊緣至鑄件冷端的距離;T為鑄件的有效壁厚。根據(jù)鑄造工藝手冊和數(shù)值模擬計算結(jié)果設(shè)計了冒口和補縮試板的尺寸,重力和低壓鑄造工藝圖如圖1。2.3設(shè)計試驗方案為了對比研究低壓鑄造和重力鑄造工藝對ZCuZn16Si4鑄件內(nèi)部質(zhì)量的影響,并得到關(guān)鍵的低壓鑄造工藝參數(shù),設(shè)計了不同鑄造工藝冒口補縮距離對比試驗方案。共設(shè)計了三組六個試板的對比試驗。見表1。表1中試板的補縮壓力參數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗和實際生產(chǎn)條件設(shè)計選擇的。3試驗結(jié)果與分析3.1試驗結(jié)果表2為在重力和低壓鑄造條件下補縮試板的試驗結(jié)果,是通過檢測試板的射線探傷底片得到的。圖3為試驗澆注的補縮試板。3.2zcuz16si4硅黃油補縮試板的鑄造低壓鑄造和重力鑄造ZCuZn16Si4硅黃銅補縮試板試驗和射線探傷結(jié)果(圖3和表2)表明,對于所設(shè)計的重力鑄造ZCuZn16Si4硅黃銅補縮試板,冒口補縮距離為93mm左右;對于低壓鑄造ZCuZn16Si4硅黃銅補縮試板,在試板凝固過程中施加補縮壓力,補縮壓力從0.16MPa增加到0.21MPa左右,冒口補縮距離從183mm增加到280mm左右,與重力鑄造相比,分別增加至2倍和3倍。3.3u2004壓力對縮松的作用數(shù)值模擬軟件中的新山(Niyama)判據(jù)對縮松的預測沒有考慮壓力的影響。G/R1/2(G:溫度梯度,℃/cm;R:冷卻速度,℃/s)對于不同形狀的鑄件會得到不同的結(jié)果,即G/R1/2對于鑄件的幾何形狀具有一定的敏感性。例如,雖然在鑄件的不同部位有著相同的G/R1/2,但是,是否產(chǎn)生縮松,情況卻不相同。在凝固時壓力高的部位不產(chǎn)生縮松,而壓力低的部位卻產(chǎn)生了縮松,表明鑄件內(nèi)是否產(chǎn)生縮松也與凝固過程中熔融金屬所受的壓力有關(guān)。而根據(jù)G/R1/2方法的由來,顯然,G/R1/2只考慮了壓力損失的影響,忽略了壓力的影響。在低壓鑄造中,壓力對縮松的作用很大,因此應(yīng)該將金屬液在凝固過程中所受的壓力引入縮松判據(jù)中,以便得到一種在數(shù)值模擬計算中預測縮松缺陷更準確的新判據(jù)。下面的判據(jù)考慮了壓力對縮松的影響。在低壓鑄造條件下式中:GSC為臨界狀態(tài)下的溫度梯度,℃/cm;RSC為臨界狀態(tài)下的冷卻速度,℃/s;PSC為實際壓力,N/cm2;ρ為金屬液密度,kg/cm3;g為重力加速度,m/s2;h為從升液管入口到鑄件內(nèi)由具有臨界固相分數(shù)金屬形成的界面的垂直距離(該距離內(nèi)金屬狀態(tài)為液態(tài)),cm;P0為大氣壓力,N/cm2;PLPDC為所加的補縮壓力,N/cm2。此判據(jù)為低壓鑄造凝固過程中縮松判據(jù),其中縮松產(chǎn)生的臨界值KC,通過數(shù)值模擬和試驗結(jié)果相結(jié)合可以得到。由于本文中ZCuZn16Si4合金的臨界固相率沒有確定,因此不能計算出具體的數(shù)值。要想得到適合銅合金各種鑄造條件的在數(shù)值模擬計算中準確預測縮松缺陷的各種判據(jù),還需要大量試驗要做。4冒口補縮距離(1)增壓補縮對消除ZCuZn16Si4