專利名稱:鋁基復(fù)合材料的真空吸澆制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是一種鑄造技術(shù)領(lǐng)域的制備方法,特別是一種鋁基復(fù)合材料的真空吸澆的制備方法。
背景技術(shù):
真空吸澆是指金屬液在重力和真空吸力雙重作用力下,填充型腔的鑄造工藝。鑄造成形的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高、成本低、可一次形成復(fù)雜的形狀,因而成為金屬零件毛坯制造中最重要的方法之一。鑄造中使用最廣泛的方法是普通砂型鑄造和金屬型鑄造,因?yàn)榻饘僖菏侵苯映淙肟涨恢欣鋮s凝固的,又稱為空型鑄造;由于金屬液是在大氣環(huán)境下澆注的,因而高溫金屬液極易氧化吸氣以及冷卻凝固不均勻?qū)е庐a(chǎn)生氣孔、夾渣、縮孔、縮松、冷隔、裂紋等缺陷。近年來發(fā)展的消失模鑄造采用發(fā)泡材料代替木模,造型后不取出模樣,又稱為實(shí)型鑄造,該方法為了讓負(fù)壓盡快跑出而采用負(fù)壓干砂型。該鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)是金屬液在負(fù)壓下澆注冷卻凝固,消除了氣孔和氧化夾雜,提高了金屬液的充型能力。但是消失模鑄造對(duì)發(fā)泡材料、表面耐火涂料、干砂粒度及分布、鑄造合金熔點(diǎn)、冶煉溫度、澆注溫度、澆注速度、鑄造箱真空度和抽氣速度等工藝參數(shù)都有很高的要求,否則就會(huì)出現(xiàn)塌砂、夾砂、漏液、積炭、表面拉毛和粘砂等缺陷。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410023505.6,發(fā)明名稱“一種砂型負(fù)壓重力鑄造方法”,該專利針對(duì)上述缺陷,在一個(gè)金屬底座上,按照普通的砂型造型方法制作砂型,并將砂型制作在帶有排氣孔的金屬護(hù)套內(nèi),蓋上帶有澆道口的壓板形成鑄件型腔,然后在砂型底部安裝真空通道,邊抽真空邊澆注金屬液,澆注后停止抽氣。該工藝用金屬護(hù)套替代普通砂型鑄造中的砂箱,砂型型腔為空腔,消除了消失模泡沫塑料氣化速度和分解的影響;但是該工藝主要適合成形鑄鐵零件,對(duì)于有色合金,實(shí)踐表明,用該工藝制備鋁合金鑄件時(shí),由于采用普通砂型透氣性差的影響,砂型外又有金屬護(hù)套,其型腔中的真空度提高不上去,不能成形薄壁復(fù)雜零件;采用邊抽真空邊澆注的工藝,難以成形鋁合金,主要是因?yàn)殇X合金密度較鑄鐵低很多,澆注時(shí)的夾雜和卷氣缺陷難以控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷,提供一種鋁基復(fù)合材料真空吸澆制備方法,使其將真空吸澆的方法應(yīng)用到鋁基復(fù)合材料零件的制備中,用來解決復(fù)合材料難成形的問題,可以制備薄壁、復(fù)雜的鋁基復(fù)合材料鑄件。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的,本發(fā)明采用透氣性好的石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,模殼固定安裝于模殼固定套中,烘干后冷卻;將模殼固定套固定于壓板上,將壓板固定在下筒體上,澆注前模殼預(yù)熱,模殼口通惰性氣體保護(hù),對(duì)密封型腔抽真空,達(dá)到真空動(dòng)平衡后保持,將精煉好的金屬液澆注到模殼型腔中,在真空下凝固,真空保持。
為了便于金屬液充型,使用時(shí)將模殼預(yù)熱到溫度為100~600℃。
將模殼與模殼固定套置于壓板上,模殼固定套與壓板之間有密封墊,這樣模殼外腔與下筒體就組成了一個(gè)密封型腔。
采用的惰性氣體為N2和Ar2,達(dá)到真空動(dòng)平衡后的真空度為-0.1~-0.08Mpa,保持動(dòng)平衡時(shí)間為1~15min,將精煉好的金屬液用澆包澆注到模殼型腔中,在真空下凝固,真空保持1~15min。
本發(fā)明采用惰性氣體,可以保護(hù)復(fù)合材料不被氧化和阻止吸氫;抽真空時(shí),由于模殼具有透氣性,不能達(dá)到高真空,因此采用達(dá)到真空動(dòng)平衡;液態(tài)金屬在澆入模殼型腔后,在重力和真空吸力的作用下,充填能力強(qiáng),便于成形。
鋁基復(fù)合材料因?yàn)槠涑尚卫щy而難以推廣應(yīng)用,對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大型薄壁和質(zhì)量要求高的鑄件,采用普通重力鑄造的方法往往難以成形復(fù)合材料,常常需要采用真空吸鑄、差壓鑄造、調(diào)壓鑄造等特種鑄造工藝,其中鋁合金采用調(diào)壓鑄造成形可以取得很好的效果,但是由于方法控制相對(duì)復(fù)雜,不適合大量工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明提出的真空吸澆工藝具有顯著提高金屬利用率、生產(chǎn)率高,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和規(guī)模化,鑄件質(zhì)量好及顯著改善金屬充填能力等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明方法使用熔模模殼,其本身具有一定的強(qiáng)度可以承受內(nèi)外型腔的壓差;采用較大的密封型腔可以保證模殼外的真空度足夠高,因而模殼內(nèi)的真空度也相應(yīng)提高;由石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,不易破損和剝落,可以保證鑄件質(zhì)量,本發(fā)明可用于小尺寸的復(fù)雜薄壁鋁基復(fù)合材料零件的成型。
圖1為本發(fā)明采用的裝置結(jié)構(gòu)示意1中1.保護(hù)氣體,2.澆包,3.模殼固定套,4.壓板,5.密封墊,6.模殼,7.下筒體,8.真空通道。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖和本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例,實(shí)施例1采用透氣性好的石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,將模殼6固定于模殼固定套3中,烘干后冷卻;將模殼固定套3固定于壓板4上,模殼固定套3與壓板4中間有密封墊5,將壓板4固定在下筒體上,澆注前模殼6預(yù)熱到溫度600℃。在模殼口通入氮?dú)獗Wo(hù),抽真空到-0.1Mpa,真空動(dòng)平衡保持時(shí)間2min,將10wt.%TiB2p/ZL109復(fù)合材料用澆包2澆入模殼,保持真空1min,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料薄壁復(fù)雜零件的真空吸澆。
實(shí)施例2采用透氣性好的石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,將模殼6固定于模殼固定套3中,烘干后冷卻;將模殼固定套3固定于壓板4上,模殼固定套3與壓板4中間有密封墊5,將壓板4固定在下簡(jiǎn)體上,澆注前模殼6預(yù)熱到溫度300℃。在模殼口通入氮?dú)獗Wo(hù),抽真空到-0.08Mpa,真空動(dòng)平衡保持時(shí)間15min,將10wt.%TiB2p/ZL109復(fù)合材料用澆包2澆入模殼,保持真空8min,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料薄壁復(fù)雜零件的真空吸澆。
實(shí)施例3采用透氣性好的石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,將模殼6固定于模殼固定套3中,烘干后冷卻;將模殼固定套3固定于壓板4上,模殼固定套3與壓板4中間有密封墊5,將壓板4固定在下簡(jiǎn)體上,澆注前模殼6預(yù)熱到溫度100℃。在模殼口通入氮?dú)獗Wo(hù),抽真空到-0.09Mpa,真空動(dòng)平衡保持時(shí)間5min,將ZL305復(fù)合材料用澆包2澆入模殼,保持真空15min,實(shí)現(xiàn)了ZL305合金薄壁復(fù)雜零件的真空吸澆。
權(quán)利要求
1.一種鋁基復(fù)合材料的真空吸澆制備方法,其特征在于采用石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,模殼固定安裝于模殼固定套中,烘干后冷卻;將模殼固定套固定于壓板上,將壓板固定在下筒體上,澆注前模殼預(yù)熱,模殼口通惰性氣體保護(hù),對(duì)密封型腔抽真空,達(dá)到真空動(dòng)平衡后保持,將精煉好的金屬液澆注到模殼型腔中,在真空下凝固,真空保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基復(fù)合材料的真空吸鑄制備方法,其特征是,所述的模殼,其預(yù)熱溫度為100~600℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述鋁基復(fù)合材料的真空吸鑄制備方法,其特征是,所述的模殼,其固定套與壓板之間安裝有密封墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基復(fù)合材料的真空吸鑄制備方法,其特征是,惰性氣體為N2和Ar2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基復(fù)合材料的真空吸鑄制備方法,其特征是,達(dá)到真空動(dòng)平衡后的真空度為-0.1~-0.08Mpa,保持動(dòng)平衡時(shí)間為1~15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁基復(fù)合材料的真空吸鑄制備方法,其特征是,將精煉好的金屬液用澆包澆注到模殼型腔中,在真空下凝固,真空保持1~15min。
全文摘要
一種鑄造技術(shù)領(lǐng)域的鋁基復(fù)合材料的真空吸澆制備方法,采用透氣性好的石英、硅鋁系耐火材料制備的熔模模殼,模殼固定安裝于模殼固定套中,烘干后冷卻;將模殼固定套固定于壓板上,模殼固定套與壓板中間有密封墊,將壓板固定在下筒體上,澆注前模殼預(yù)熱,模殼口通惰性氣體保護(hù),對(duì)密封型腔抽真空,達(dá)到真空動(dòng)平衡后保持,將精煉好的金屬液澆注到模殼型腔中,在真空下凝固,真空保持。本發(fā)明提出了鋁基復(fù)合材料真空吸澆的鑄造成形新方法,并將真空吸澆的方法應(yīng)用到薄壁復(fù)雜鋁基復(fù)合材料以及鋁合金零件的制備中,解決了目前鋁基復(fù)合材料所存在的成型問題,成型了薄壁、復(fù)雜的鋁基復(fù)合材料鑄件。
文檔編號(hào)B22D18/06GK1739891SQ200510029888
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者易宏展, 王浩偉, 馬乃恒, 李險(xiǎn)峰, 于敞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)