[发明专利]一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造方法，具体而言，是一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法。

背景技术

镁合金大型铸件多采用砂型铸造，但铸件精度低，大尺寸薄壁复杂铸件生产难度很大。因此，近年来，不少研发工作者对石膏型在镁合金铸造的应用开展了一系列的研究。石膏型铸造高含镁铝合金、镁合金时，氧化夹杂多、液面张力大、充型效果差，产生气孔、夹杂、缩松等缺陷的倾向大。主要原因在于镁化学活性大，其液态温度下会与石膏发生激烈的放热反应，因此，石膏型铸造镁合金铸件会发生严重的氧化，防氧化是石膏型铸造镁合金的重点和难点，镁合金液和石膏的氧化反应和燃烧、反应产物卷入铸件成为夹杂。镁合金凝固潜热少，薄壁出可能浇不足，尤其是壁薄的大平面部分充型困难；石膏型透气性很差，浇注过程的憋气困难滞留在铸型；石膏型铸造镁合金凝固慢，容易出现晶粒粗大，导致力学性能降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法，尤其是防止氧化、提高充型能力、降低铸件内部出现缩孔缩松，获得致密度较高的镁合金铸件的技术。

本发明所述的一种大型复杂薄壁镁合金件石膏型铸造方法，包括步骤：

（1）在组装的模样表面涂饰原位涂料，以质量百分比计，涂料由以下成分组成，140-250目的铬铁矿粉10-20%，滑石粉25%、硼酸5%、FeS₂粉2%，氯化亚铁2-3%、TiB₂粉1.5%、OP乳化剂0.15%、凹凸棒粘土0.32%、、硅溶胶1.5%，其余为水。

铸件模样既可采用发泡聚苯乙烯模样、也可是蜡模或者聚苯乙烯与蜡模的复合体，在模样表面涂刷涂料。涂料有多种功能，包括：涂料含疏水组元，灌浆时石膏浆中气体能通过涂料层中的微孔被排除；涂料层隔离浇注过程镁合金与石膏型的直接接触，以克服石膏型和镁合金液，避免两者之间发生反应，防止镁被氧化或燃烧，从而消除氧化膜或燃烧产物夹杂物；涂层中的微孔有助于真空浇注的排气，防止憋气，避免气泡滞留在铸件中成为缺陷；改善铸件表面平整度，避免铸件表面流纹；增加金属液流的润湿性，提高充型能力；增加金属液凝固的形核核心，细化铸件晶粒等。涂料直接喷涂到模样表面且属于不占位涂料，不会影响石膏型的尺寸精度。

 (2) 在热节部位设置不定形冷铁，制成不定形冷铁的混合料组份以质量百分比计为苯酚树脂1.25%、甲苯磺酸0.4%、硼酸1-1.5%、膨润土2%、余量为70-140目的铬铁矿砂. 

大型铸件多存在较大的壁厚差，在厚大处容易出现缩松、厚薄连接处产生热裂以及其它类型的因潜热和热传输形成的缺陷。铸造数值模拟软件进行冷铁激冷模拟和优化设计，获得冷铁最佳位置和形状。步骤（2）中采用的不定形冷铁是将高导热、高热熔的铬铁粉和添加材料混合、捏合成泥状，将一定量的泥团捏成铸件随形的模样，贴在模样的底部或侧面并压紧随形密合，固化后灌注石膏浆，成为铸型的一部分。铸件浇注时，冷铁组元中高导热、大比热材料对该位置的金属液激冷，促进凝固，避免铸造缺陷出现，是一种消除缺陷的有效方法。

(3)在调压铸造装置中浇注铸件，将模样灌注制成的石膏型安置在调压铸造机的浇注位置，在罐内充含有0.1%-1.0%SF₆的干燥空气或CO₂气氛，实施真空浇注和增压凝固，浇注温度为710℃-750℃、初始充型的真空度为-0.6～-0.8Mpa、凝固压力0.020-0.025Mpa。

调压铸造工艺流程包括充气、升液、充型、保压和卸压等环节。充型过程作为铸造过程的一个重要环节，许多铸造缺陷，如浇不足、卷气、氧化、夹渣、冷隔等都与其密切相关。调压铸造的浇注系统与位于铸型下方的升液管直接相连，充型时液态金属从内浇道引入，由下而上的充填铸型。例如某铸型按照设定的压力下充型，充型速度为0.3 m / s (浇口处)，充型时间约为37s。金属液由升液管上升至充满整个型腔，充型过程平稳有序，没有卷气、飞溅、冷隔及浇不足等现象。凝固过程为自上而下的顺序凝固。充型凝固时，铸件纵向温度分布是中下部温度高，顶部温度低，温差逐步增大，横向温度分布是沿内浇道向两侧由高到低。铸件顶部横向温差小，铸件底部横向温差大，充型时间分布大，这种温度分布正好有利于金属液的充填和补缩。基本上实现了自上而下的顺序。

作为优选的方案，步骤（1）中的涂料的制备方法是将涂料中的全部粉料用混砂机干混10分钟，再加OP乳化剂、水和硅溶胶混20分钟，此后在搅拌过程加入剩余的水和其它剩余物料继续混制。