干砂消失模铸造铝硅合金凝固方式的研究

干砂消失模铸造铝硅合金凝固方式的研究 ? 488? May2007 VoI.56N0.5 干砂消失模铸造铝硅合金凝固方式的研究 吴献明,吴维冈 (1.北海粮油工业(天津)有限公司,天津300454;2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:在对干砂消失模铸造共晶铝硅合金凝固动态曲线测试的基础上,结合共晶糊状凝固程度MDE(Mushy SolidificationDegreeofEutecticAlloy)的概念, 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出干砂消失模铸造铝硅合金凝固方式及其铸件断面模数,浇注温度 变化对凝固方式的影响和相关铸造工艺设计原则,?并通过试验予以验证. 关键词:干砂消失模铸造;凝固方式;共晶糊状凝固程度 中图分类号:TG249.6文献标识码:A文章编号:1001—4977(2007)05—0488—03 StudyontheModeofSolidificationforAI—SiAIIoy inLostFoamProcess WUXian—ming’,WUWei—gang (1.NorthseaGrainsaridOilsIndustries(Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin300454,China;2.Schoolof MaterialsScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,Heilongjiang, China) Abstract:CombinationwiththeconceptMDE,throughtestingofthedynamiccurvesofcasting solidificationaboutAI.SieutecticalloyinIostfoamprocess.obtainthesolidificationmodeandeffect ofthecastingsectionmoduleandthepouringtemperatureonMDE.Andpointouttheprincipleof technologydesigntoAI—Sialloycastingforlostfoamprocess.Everyresulthasbeenvalidated throughexperiment.’ Keywords:lostf0rmcastinlgprocessing;solidificationmode;mushysolidificationdegreeofeutectic alloy 消失模铸造过程由于使用无粘接剂干砂铸型,铸 件凝固方式如何改变,各种工艺因素对铸造过程如何 影响,这是笔者研究的主要内容.金属的结晶与凝固 是铸件形成过程中的重要环节,很大程度上决定铸件 的组织,性能及缺陷的形成.铸件的凝固方式主要分 为逐层凝固,糊状凝固和中间凝固方式,对凝固方式 的判断一般依据AtJSt(其中?为结晶温度范围,8温 度梯度)数值的大小叫,由于金属合金特别是共晶型合 金的凝固区间Ate很难准确测量,而且对于薄壁铸件凝 固结晶时断面温度梯度8测量容易产生较大误差,日 本学者石原守央采用如图1所示的方法判断共晶合金凝 固方式[2],曲线1为铸件中心部分凝固曲线,曲线2为铸 件边缘部分凝固曲线,与铸件动态凝固曲线相对应见 图2,其糊状凝固程度(MushyDegreeofEutectic Soli~fication)定义为MDE=tfft1.若MDE趋近?,此时 趋近0,铸件中心部分与边缘同时凝固,为完全糊状 凝固方式;若MDE趋近0,此时t趋近0,铸件整个断 面无同时凝固的部分,为完全逐层凝固方式.因此, MDE值越大,糊状凝固程度越强,否则铸件趋于逐层 液 1.0 O.8 O.6 O.4 0.2 0.0 图iMDE计算图 Fig.1ThecurveforMDEcalculation ||1 . 7 /,,董/tt , 时,min’’‘?, 一 t1At2 凝固动态曲线 图2铸件凝固动态曲线 Fig.2ThedynamicCurvesofcastingsolidification 收稿日期:2007--01-23., 作者简介:吴献明(1965一),男,河北昌黎人,高级工程师,工学硕士,主 要从事铸造工艺和设备管理工作. 中心 液态区域 固态一液态 共存区域 凝固区域 铸型 铸造吴献明等:干砂消失模铸造铝硅合金凝固方式的研究?489? 凝固方式.笔者主要是将这一概念应用于消失模铸造 共晶铝硅合金凝固方式的试验研究. 1试验条件及方法 试验采用55/l00的洁净石英干砂.经测定,铸型 热物理参数为嘲,导热系数A2=0.66W?m??一,比热 c1.18J?g-1.?一,紧实率p1.6x10g?m,蓄热系数 61131.02J?m???S.模样材料为可发性聚苯乙 烯(EPS),模样经矾土水基涂料浸涂干燥后浇注.试 验过程全部使用ZL102合金电阻坩埚炉熔炼,压入法 加入三元钠变质剂,经0.3%六氯乙烷除气处理浇注. 图3为铸件动态凝固曲线测试装置,测温点选择保证 b>20,/[41. 浇口杯 图3试验装置图 Fig.3Setofexperiment 一 热 / J a/2l’ I-嗷大 导线 偶 2试验结果 2.1干砂消失模铸造与普通砂型铸造凝固方式的区别 试验过程中分别采用消失模铸造和普通砂型铸造 760?浇注断面为30mmx30mm铝硅合金试样,获得铸 件动态凝固曲线如图4所示(其中x,Ii=0时为铸件边缘, )(/Rl=1时为铸件中心).因此有MDEA=t2/t1=(7.25,0.98)/ (0.98—0.84)=44.8,MDEs=tJt1=(5.04—0.85)/(0.85—0.15)= 6.0.可判定为干砂消失模铸造铝硅合金为糊状凝固方 式,普通砂型铸造铝硅合金趋于逐层凝固方式.图5为 该工艺条件下试验获得的消失模铸件和普通砂型铸件宏 观组织.明显可见,干砂消失模铸造为断面均布等轴 晶,而普通砂型铸造断面为由边缘向中心生长的枝状 晶,显然干砂消失模铸造过程为糊状凝固方式,普通砂 型铸造趋于逐层凝固方式,与前述MDE值有较好的对 应关系. 2.2模数,浇注温度对干砂消失模铸造MD瞄的影响 在760?温度下浇注不同断面模数试样,测得 MDE值见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1,采用不同的浇注温度浇注试样测得的 MDE值见表2.试验结果表明,干砂消失模铸造铝硅 合金糊状凝固程度随铸件模数的增大,浇注温度的提 高而加强,且前者对MDE值的影响尤为显着. 2.3干砂消失模铸造铝硅合金停止流动的机理 该工艺过程中,浇入的金属液前沿使得EPS模样 l2345678 时间/rain (a)消失模铸造 0-33 (b)普通砂型铸造 图4铸件凝固动态曲线 Fig.4Thedynamiccurvesofcastingsolidification (a)消失模铸件 (b)普通砂型铸件. 图5铸件宏观组织l× Fig.5Themacrostructureofcasting 表1铸件模数对MDE值的影响 Table1EffectofcastingmoduleonMDE 表2浇注温度对MDE值的影响 Table2EffectofpouringtemperatureonMDE 气化,消耗了本身的热量使前沿整个断面很快进入凝 固区域析出等轴晶,金属液的粘度提高,同时产生的 ?490?FOUNDRY May2007 VOJ.56NO.5 气体对金属的流动产生反向压力.当金属液的压力头 无法克服沿程阻力,粘度升高造成的阻力和EPS模样 气化造成的反向压力时,金属液停止流动,完成充型. 图6为取自消失模铸造试样末端的纵向剖面宏观组织, 由于其糊状凝固方式的特性,断面均布等轴晶,证明 其停止流动的机理是符合宽结晶范围合金停止流动的 机理的 图6试样纵向剖面宏观组织2x Fig.6Thelongitudinalsectionmayostructureofsample 3试验结果分析 消失模铸造铝合金过程中,由于铸件完全凝固时 热量对铸型的穿透能力很小翻,铸型激冷效果较差,合 金液使得EPS模样气化后有足够的热量加热铸型,因此 铸件/铸型温差较小,造成铸件凝固过程中断面温度场 分布十分”平坦”,几乎同时进入凝固区域,整个断面 实现过冷形核,长大.另外,充型过程中,EPS模样气 化,增强液体的紊流,且铝合金导热能力较好,容易 在液体断面形成”平坦”的温度分布,使之呈现糊状 凝固方式.由图4a中可以看出,铸件边缘与中心开始 结晶的时间差较短0.14min(0.98—0.84),结束时间差 也只有0.25min(7.25—7.00),仅此段时间内铸件断面 存在温度差异,在整个凝固过程中,因温度梯度很小, 绝大部分时间里该断面上各点几乎同时达到临界过冷 的要求,处于同时凝固状态,形成糊状凝固方式. 主要工艺因素对于MDE值的影响可作分析如下: 随铸件模数增大,比表面积减少,亦即铸件凝固时有更 (上接第485页)铸铁锤头的耐磨性约为高锰钢Mnl3的 3.65,3.8倍. (5)多元合金化复合变质处理高铬铸铁锤头的生产 成本低于常规Cr20Mo2CuNi高铬铸铁锤头的生产成本. 参考文献: [1]1付英,熊其兴,李志华.改性锰钢锤头的研制[J].铸造设备研究, 2003(2):29—30. 【2】周永欣,吕振森.低合金铸钢锤头的研制[J】.热加工工艺,1997 (7):45—46. 【3】许龙江.JN801新型高寿命立磨锤头的研制[J].煤矿机械,2000 (11):16—17. [4】吴振卿,卢广玺,汤文伯.高铬铸铁一铸钢双金属复合锤头的研制 [J].铸造设备研究,2000(5):18—20. [5]5许龙江.JN801新型高寿命立磨锤头的研制[J].煤矿机械,2000 多的热量要通过较少的面积散发出去,浇注温度提高, 凝固过程中液相线以上金属液有更多的热量加热铸型, 使得铸件/铸型温差降低,热传导作用减弱,这都势必 造成铸件内部温度场分布更加”平坦”,温度梯度减小, 凝固区域变宽,糊状凝固程度加强使Mt)E值增大. 4铸造工艺设计中的一些问题 干砂消失模铸造浇注过程中金属液使得EPS模样 气化,容易造成紊流.因此,浇注系统设计应充分考 虑平稳充型;使用该工艺铸造铝硅合金,结晶过程为 糊状凝固,使铸件中容易产生粗大的等轴晶粒和分散 的缩松.实际生产中,应加强合金的变质处理,避免 过高的浇注温度,热节处加强冷却措施,提高冒口的 补缩压力和有效距离,减少因金属液补充不足造成的 铸件缺陷. 5结论 (1)干砂消失模铸造铝硅合金符合糊状凝固方式 结晶,这与普通砂型铸造凝固过程相比发生了根本的 变化,且糊状凝固程度随铸件模数的增大,浇注温度 的提高而加强,前者对糊状凝固程度的影响尤为显着. (2)干砂消失模铸造铝硅合金停止流动的机理与 宽结晶温度范围合金停止流动的机理相同,工艺设计 应采用宽结晶温度范围合金规范进行. 参考文献: 【1】李庆春.铸件形成理论基础【M】.北京:机械工业出版社,1982: 77—81. 【2】石原守央(王兰英译).大型球墨铸铁件的生产[J].昆重科技, 1981(3):17—37. 【3】吴献明.消失模铸造铝合金凝固特性及机械性能的研究【D】.哈尔 滨:哈尔滨工业大学,1991:44—58. [4】李魁盛.铸造工艺设计基础[M】.北京;机械工业出版社,1981: 】】9一】25 (编辑:田世江,tsj@foundryworld.com) (11):16-17. [6]6程巨强,康春龙,高兴明,等.微合金化多元合金化高铬铸铁破 碎机板锤的研制与应用[J].铸造技术,2004,10(25):729—740. 【7】KNOWLITONHB.JournalofIronandSteelInstitute,1954:176- 179. [8]8陈东,顾泉佩,林国荣,等.高铬铸铁变质的试验研究【c]//中国 金属学会耐磨材料学术委员会.第五届全国耐磨材料学术会议论 文选集.大连,1989:3.5—38. 【9】杨建华.钾钠变质Fe—Cr-C系耐磨堆焊焊条的研究【c]//中国金属学 会耐磨材料学术委员会.第五届全国耐磨材料学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 选集. 大连,1989:20—25. 【10】温质清,张永维,壬庆顺.锌变质处理对高铬铸铁组织和性能的 影响『c]//中国金属学会耐磨材料学术委员会.第五届全国耐磨材 料学术会议论文选集.大连,1989:45.46. (编辑:曲学良,qxl@foundryworld.com)