[发明专利]一种近液相线浇注的铝合金熔模铸造方法及熔模铸造装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属凝固制造领域，尤其是涉及一种近液相线浇注的铝合金熔模铸造方法及熔模铸造装置。

背景技术

熔模铸造可以生产形状复杂，同时具有高尺寸精度和表面光洁度的铸件，在铸造领域中得到了广泛的应用。其中，铝合金熔模铸造在航空、航天以及民用领域应用最为普遍。在熔模铸造中，模壳的预热有助于提高流动性，但由于模壳的传热系数比较低，就限制了铸件的冷却速度。因此，与常用的铸造方法，比如金属型铸造、砂型铸造等相比，熔模铸造较低的冷却速度，不利于获得细小的晶粒。所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高，但铸件晶粒组织粗大，并且其一致性难以控制，进而影响了铸件的力学性能。因此，熔模铸造铸件在设计过程中，尤其在航空航天领域，通常要增加铸造系数来保证铸件的机械性能，从而限制了熔模铸造在航空航天领域的应用。

众所周知，材料的组织决定着材料的性能，细小的晶粒组织，可以显著提高铸件的机械性能。所以，铝合金铸造组织的晶粒细化一直是研究的热点问题。凡是能促进形核、抑制晶粒长大的因素，都能细化晶粒。目前，铝合金铸造的晶粒细化有三个方向，分别为控制过冷度、动态晶粒细化和变质处理。

控制过冷度：通过降低浇注温度，提高液态金属的冷却速度，达到晶粒细化的目的。降低浇注温度，尤其是选择在接近液相线温度进行浇注，可以有效增加液态金属的原子团簇，促进形核；冷却速度可以改变过冷度的大小，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度就越大，在具有较大的过冷度的情况下，形核率的增加比晶核长大的速度更快从而可以获得更细晶粒。

动态晶粒细化：即对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。当前已采取的方法有机械场凝固细晶、磁场凝固细晶、电场凝固细晶及超声凝固细晶等。

变质细晶：即通过添加形核剂或微合金化达到细化目的，包括磷及磷化物变质细化、钠盐变质细化、铝锶中间合金细化、铝锑中间合金细化、铝钛硼合金细化及铝钛碳合金细化等。由于实际的凝固均为非均匀形核，因此，在熔体凝固前加入能作为非均质形核基底的变质剂，能够提高形核率。

针对铝合金熔模铸造中晶粒组织粗大的问题，希望开发出一种能够在液相线附近温度进行浇注，从而获得细晶组织的铸造工艺。然而，随着浇注温度的降低，熔体的流动性能变差，需要提高模壳预热温度来增加该工艺的充型性能。过高的预热温度，减缓了熔体的散热，降低了铸件的凝固速度，需要采取措施加速冷却的方法获得细晶组织。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种通过提高模壳温度、在近液相线温度进行浇注、并在浇注后将模壳按照一定速度浸入冷却液中、从而获得晶粒细小、组织均匀致密铝合金铸件的近液相线浇注的铝合金熔模铸造方法。

本发明的第二个目的在于提供一种近液相线浇注的铝合金熔模铸造装置。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种近液相线浇注的铝合金熔模铸造方法，特征是：

A、按照传统熔模铸造工艺制取蜡模、模壳；

B、在罐体中通过冷却液入口注入冷却液，升降平台设在罐体中的冷却液的上方的石墨套内，模壳置于升降平台上；

C、通过电磁感应加热装置将模壳预热至铝合金的液相线温度，或液相线以下10～100℃℃；铝合金熔炼后转移至浇包静置，待铝合金熔体温度降至液相线以上10～90℃，将浇包内的铝合金熔体浇入模壳中，完成浇注；

D、浇注后，升降平台以0.5～10mm/s的速度下降，将模壳浸入温度为20～80℃的冷却液中，实现熔体的凝固，得到晶粒细化的铝合金铸件；

E、关闭电磁感应加热装置的电源，升起升降平台，取出铸件，去除模壳，得到成品铸件。

冷却液为淬火油、水溶性聚合物PAG(聚烷撑乙二醇水溶液）或水中的一种。

冷却液的温度为20～90℃。

本发明的第二个目的是这样实现的：