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消失模铸造的耐腐蚀性及浇注系统设计

2018-06-27 15:44:16
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   铝合金具有优良的铸造性能、良好的耐腐蚀性、高的比强度和比刚度以及能近终成型等优点。因此,目前航空航天、汽车、机械、电子等工业广泛采用铸造铝合金。消失模铸造是一种生产复杂精密铸件的新方法。它具有铸件的尺寸精度高,表面粗糙度低,铸件结构设计的自由度大,散砂紧实、无粘结剂等一系列优势。目前,消失模铸造己广泛应用在铸铁、铸钢等黑色金属,而铝、镁合金的消失模铸造还存在一定问题,尤其是铝合金消失模铸件的孔洞缺陷严重,其大大增加了铸件的废品率。因此,开展铝合金消失模铸件孔洞缺陷的研究和防治对于扩大消失模铸造技术的应用范围至关重要。
    这里开展消失模铸造ZL101A铝合金的孔洞缺陷特征及其形成机理的研究,以期为铝合金消失模铸件孔洞缺陷的防治提供理论依据。
   此外,铝合金消失模铸造中的孔洞缺陷也包括缩松缩孔缺陷。金属液在凝固过程中的补缩是通过金属液在枝晶间的流动来实现的。若在凝固过程中,金属液的补缩压力不足或者补缩不充分,则铸件易于产生缩松缩孔缺陷。由于消失模铸造是在重力下凝固,金属液的补缩压力相对较小,因此铝合金消失模铸件中也易产生缩松缩孔缺陷。
   a.消失模铸造ZL101A铝合金微观组织主要有初生a-AI枝晶、Al-Si共晶体和MgrSi组成,微观组织中存在较多孔洞缺陷,其孔洞缺陷主要包括针孔和缩孔缩松,孔洞缺陷的形状和大小不均,分布在整个断面上。
   b.铝合金消失模铸造拉伸试样的断口在高倍扫描电镜下观察,可以看到孔洞的侧壁光滑、形貌圆整.针孔缺陷主要是由于大气、金属材料、熔剂和涂料的水分受热分解产生的氢大量溶于铝液,其在铝液凝固中析出而形成的氢气孔。
   c.消失模铸造铝合金的缩松缩孔缺陷形貌在扫描电镜下观察,与针孔形貌存在一定区别,可以看到明显的枝晶形貌,它主要是由金属液凝固过程的补缩不充分造成的。此外,在消失模铸造中,泡沫模样的分解产物如果不能很好地通过涂料层逸出,也易产生孔洞和夹杂缺陷。
   在进行消失模铸造工艺设计时,干砂充填紧实工艺非常重要。为此除了前面介绍选择干砂外,还需要选择合适的振动台。在干砂充填紧实时应注意以下几个问题。
   (1)加砂要求按合金种类、铸件大小不同,砂箱底部一般应预填干砂厚度在100mm以上,以便于模型簇的安放和防止砂箱底部筛网损坏;根据工艺要求安放模型簇。
   (2)加砂方法可采用柔性加砂法,即软管加砂,人为控制落砂高度,不损坏模型,方便灵活,但速度慢效率低;螺旋给料器加砂可移动到砂箱的各个部位,但不能调整落砂高度;雨淋式加砂法加砂均匀,对模型的冲击力较小,并可实现密封、定量加砂,效果较好。
   (3)加砂与振动的配合现在一般多采用边加砂边振动,这样加砂紧实过程效果优于加满砂再振动,干砂充填均匀,减少模型变形。
   加砂前应检查抽气室隔离筛网有无破损;填砂埋箱过程不损伤模型和涂料层;加砂速度和落高要均匀适当,防止铸件变形,特别是大平面铸件和长杆类铸件;对于特别难以填充的部位,可采用人工辅助充填,也可使用自硬砂解决局部填砂困难的位置,   时还可开设填砂工艺孔然后在用EPS填补;干砂温度   低于50,顶部吃砂量在使用负压时不低于50mm。
   浇注系统设计
   1)浇注位置确定尽量立浇、斜浇,避免大平面向上,保证合金的上升速度;浇注位置应使金属与模型热解速度保持同步,防止浇注速度过慢或出现断流;模型在砂箱中的方位应有利于干砂填充;重要加工面位于下面或侧面,顶面   好是非加工面;浇注位置有利于多层铸件排列。
   2)浇注方式确定顶注充型时间   短,速浇有利于防止塌箱,温降少,有利于防止浇不足和冷隔缺陷,工艺出品率高,顺序凝固补缩好,有利于消除碳缺陷,但是难以控制金属液流,易使EPS热解残留物卷入,多适用于薄壁铸件。
   侧注是使金属液从模型中间引入,可缩短内浇道尺寸,适用于铸铁件,但易产生铸件内部碳缺陷。
   底注时金属液上升平稳速度慢,铸件顶部易出现碳缺陷,有利于金属充型,多适用于厚大铸件。
   阶梯式注入是指分两层或多层引入金属液,这种J隋况多采用中空浇道,易引起冷隔缺陷,一般多用在高大铸件。
   3)浇道比例及引入位置设置引入位置时应使充型过程连续不断流,由液态金属支撑干砂型壁,多采用封闭式浇注系统;浇注系统形式简单实用,尽量减少浇注系统的组成成熟常常不设横浇道。浇道断面形状简单,多采用长方形;直浇道与铸件之间的距离应保证充型过程中不致使模型变形;金属压头应超过EPS界面气体压力防止呛火,中空直浇道和横浇道有利于避免反喷,高的直浇道有利于生产   铸件。
   4)浇注工艺确定合适的浇注温度,模型消失是吸热反应,所以浇注温度应稍高一些。在浇注过程中需要排除EPS的固相和液相产物,对于球铁件为减少残碳缺陷和皱皮缺陷,提高温度有利于提高铸件质量。一般推荐比砂型铸造工艺提高30~50不同合金的浇注温度。
   负压的作用是紧实干砂,加快排气速度,提高铸件复印性。密封浇注改善环境。根据合金种类不同选定负压范围。负压保持在铸件凝固形成外壳足以保持铸件形状结构即可卸除,时间一般取5一10min左右。


消失模铸造的耐腐蚀性及浇注系统设计由光明机械编辑整理。

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