專利名稱：一種減少離心鑄造比重偏析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少離心鑄造比重偏析的方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
所謂鑄造偏析就是合金液在鑄型中凝固以后，鑄件斷面各個(gè)部分以及晶粒與晶界之間存在化學(xué)成分的不均勻現(xiàn)象。由于鑄件各部分化學(xué)成分不一致，勢(shì)必使其機(jī)械及物理性能也不一樣，這樣就會(huì)影響鑄件的工作效果和使用壽命。因此，在鑄造生產(chǎn)中，應(yīng)盡量防止合金在凝固過程中產(chǎn)生偏折。偏析是ー種鑄造缺陷，一般分為三種類型，即晶內(nèi)偏折、區(qū)域偏析和比重偏折。所謂晶內(nèi)偏折，又稱樹枝狀晶偏折，其特征是同一個(gè)晶粒內(nèi)，各部分化學(xué)成分不一致，并且往往在初晶軸線上含有熔點(diǎn)較高的成分多。所謂區(qū)域偏折，即在整個(gè)鑄件斷面上，各部分化學(xué)成分不一致的現(xiàn)象，它主要由于合金進(jìn)行選擇凝固所引起的。所謂比重偏折，即由于合金中兩組元比重不同，而在同一鑄件中出現(xiàn)上下部分成分不一致的現(xiàn)象。對(duì)于某ー種合金鑄件而言，產(chǎn)生的偏折往往有ー種主要型式，但由于各種鑄造條件的影響，幾種偏析也可能同時(shí)出現(xiàn)。在合金鑄件中由于各組分比重不同，常常造成比重偏折。出現(xiàn)這種偏析時(shí)，對(duì)于重 カ鑄造的鑄件，上部合金中比重較小的合金組元較多，而下部比重較大的合金組元較多。特別是在離心鑄造套類鑄件或者管件吋，無論是合金鋼鑄件，還是有色金屬如銅合金、鋁合金鑄件，其鑄件均為在離心力的作用下成型并凝固，由于各種合金元素密度不同，在離心鑄造過程中容易產(chǎn)生比重力鑄造鑄件更加嚴(yán)重的比重偏折，嚴(yán)重的還會(huì)產(chǎn)生分層(如鉛青銅、 磷青銅)，從而影響鑄件質(zhì)量。這是ー個(gè)較難解決的問題，生產(chǎn)廠家大多從改變鑄型預(yù)熱溫度、澆注溫度、澆注速度、鑄型轉(zhuǎn)速等離心鑄造エ藝參數(shù)、優(yōu)化工藝條件的角度考慮；還有的添加微量元素以改變凝固特性。上述措施對(duì)解決離心鑄造的比重偏折問題，具有一定的作用，但均存在作用上的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種減少離心鑄造比重偏析的方法，改良傳統(tǒng)離心鑄造的澆注エ藝，減少離心鑄造中的比重偏折問題，提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種減少離心鑄造比重偏折的方法，包括下列內(nèi)容1、將準(zhǔn)備好的金屬加熱熔化；2、將熔煉好的金屬液，注入選定的專用底注式澆包，達(dá)到預(yù)定高度H時(shí)進(jìn)行預(yù)攪拌，使金屬液形成漩渦；然后拔出專用底注式澆包的柱塞，使專用底注式澆包內(nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，通過虹吸和重力的作用，使專用底注式澆包內(nèi)的金屬液在中心軸線方向形成向下的渦流，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬，使各合金元素重新均勻分布一同流下，進(jìn)入鑄型，在離心鑄型中快速冷卻并凝固成鑄件；若鑄件質(zhì)量大，金屬液用量多，即可ー邊澆注一面將預(yù)備的金屬液注入專用底注式澆包，并維持其合金液柱的高度接近預(yù)定高度H，直至所有金屬液進(jìn)入鑄型，完成澆注。上述的專用底注式澆包，包括底注式澆包和澆ロ杯，澆ロ杯一端連接底注式澆包底部，一端連通鑄型；所述底注式澆包，其內(nèi)腔為倒錐臺(tái)形狀，錐度為1 4-1 7. 5;其底部中心開有注孔，底注式澆包內(nèi)沿中心軸線方向設(shè)置柱塞，柱塞與注孔過盈配合。上述的專用底注式澆包，根據(jù)合金液體的質(zhì)量，其底部?jī)?nèi)徑D1、預(yù)定高度H處內(nèi)徑 D2、預(yù)定高度H和注孔直徑d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2—1. 5) XDl ；其中η為徑差系數(shù)，取值1. 2-1. 3 ；合金中各組元間密度差大于5時(shí)取大值，密度差在3 以下時(shí)取小值；密度差在3-5之間時(shí)用插值法計(jì)算該系數(shù)值，密度單位為103kg/m3 ；m為注孔系數(shù)，取值0. 07-0. 08 ；鑄件質(zhì)量大于5t時(shí)取小值，小于5t時(shí)取大值；澆包注孔直徑不小于30mm。本發(fā)明在保留現(xiàn)有的部分離心鑄造エ藝的前提下，改變澆注的方法，利用金屬液具有一定的壓カ頭，澆包的設(shè)計(jì)使?jié)舶鼉?nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下產(chǎn)生虹吸作用，將比重較輕的澆包上層金屬液與比重較大的下層金屬液和一同流下，使各合金元素在虹吸和重力作用下，重新分布，起到均勻攪拌的作用。另外在拔柱塞前進(jìn)行預(yù)攪拌，形成漩渦，更有利于軸線處空腔的形成。通過在離心鑄造鑄型中由于極冷作用而凝固較快，能大大減少比重偏析的形成，獲得成分和組織均勻的鑄件。本發(fā)明所使用的澆包與普通的澆包不同，注孔直徑比通常澆注用底注式澆包要大，便于形成中心負(fù)壓區(qū)，加快金屬流速，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬一同進(jìn)入澆ロ杯。另外，不同的金屬液，因比重差不同，選用不同尺寸的澆包，以獲得更佳效果。傳統(tǒng)的離心鑄造澆注，一般在金屬熔煉完成后，直接倒入澆ロ杯，用澆ロ杯直流定量澆注，澆注平穩(wěn)，定量準(zhǔn)確，可以控制澆注速度。但由于金屬密度不同，一旦完全熔為液相，以銅鋁合金為例，富銅相沉底，富鋁相上??；即使?jié)沧⑶按罅嚢?，但稍ー靜置，結(jié)果依然。所以澆注時(shí)極易造成富鋁部分(輕金屬)先進(jìn)入離心鑄型，離心冷模使其很快凝固，形成外売，而富銅部分(重金屬)后入，雖然重力大，但由于外部已形成売，且熔點(diǎn)高，常常集中于內(nèi)層，形成比重偏折。為解決現(xiàn)有離心鑄造エ藝存在的嚴(yán)重比重偏析問題，經(jīng)多年研究，本發(fā)明提供了一種離心鑄造澆注技木，該技術(shù)保留了部分離心鑄造的エ藝特點(diǎn)，又克服了其中存在的顯著缺點(diǎn)，在制作合金鋼、有色金屬合金管件、管坯、套類鑄件時(shí)，解決了比重偏析的缺陷，鑄件的性能有顯著提高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一是鑄件的機(jī)械性能提高， 由于比重偏析問題解決，提高了鑄件內(nèi)在質(zhì)量，使鑄件的組織更加致密。ニ是方法簡(jiǎn)單，成本低，只需改變澆注的模式。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的專用底注式澆包的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1離心鑄造9噸重的ZCuA19Fe4銅合金套，包括下列內(nèi)容1、按照鑄造9噸重的CuA19Fe4銅合金套準(zhǔn)備好各種金屬并加熱熔化。2、選定專用底注式澆包該專用底注式澆包其底部?jī)?nèi)徑D1、預(yù)定高度H處內(nèi)徑D2、 預(yù)定高度H和注孔直徑d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2-1. 5) XDl ；其中η為徑差系數(shù)，取值1. 2-1. 3 ；合金中各組元間密度差大于5時(shí)取大值，密度差在3以下時(shí)取小值；密度差在3-5之間時(shí)用插值法計(jì)算該系數(shù)值，密度單位為103kg/m3 ；m為注孔系數(shù)，取值0. 07-0. 08 ；鑄件質(zhì)量大于5t時(shí)取小值，小于5t時(shí)取大值；澆包注孔直徑不小于30mm。由于銅和鋁的密度差大于5，鑄件質(zhì)量大于5t，故n、m兩系數(shù)分別取1. 3和0. 07。此時(shí)澆包內(nèi)腔尺寸為，取Dl為Φ 900mm，則D2 = 1. 3X900 = 1170mm,
d = 0. 07X900 = 63mm ；此時(shí)計(jì)算合金的平均密度，參照使用固態(tài)金屬密度的平均值P均ρ 均=0. 87X P 銅 +0. 09X P 鋁 +0. 04X P 鐵=8. 3 ；按照?qǐng)A錐體積公式，算出H = 1280mm,也就是1. 42D1，符合高度要求。然后將熔煉好的金屬液，注入選定的專用底注式澆包，達(dá)到預(yù)定高度H時(shí)進(jìn)行預(yù)攪拌，使金屬液形成漩渦；然后拔出專用底注式澆包的柱塞，使專用底注式澆包內(nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，通過虹吸和重力的作用，使專用底注式澆包內(nèi)的金屬液在中心軸線方向形成向下的渦流，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬，使各合金元素重新均勻分布一同流下， 進(jìn)入鑄型，在離心鑄型中快速冷卻并凝固成鑄件，完成澆注，得到9噸重的ZCuA19Fe4銅合
ir ο實(shí)施例2離心鑄造6噸重的ZCuH^O銅合金套。包括下列內(nèi)容1、按照鑄造6噸重的ZCi^b30銅合金套準(zhǔn)備好各種金屬并加熱熔化。2、選定專用底注式澆包該專用底注式澆包其底部?jī)?nèi)徑D1、預(yù)定高度H處內(nèi)徑D2、 預(yù)定高度H和注孔直徑d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2-1. 5) XDl ；其中η為徑差系數(shù)，取值1. 2-1. 3 ；合金中各組元間密度差大于5時(shí)取大值，密度差在3以下時(shí)取小值；密度差在3-5之間時(shí)用插值法計(jì)算該系數(shù)值，密度單位為103kg/m3 ；m為注孔系數(shù)，取值0. 07-0. 08 ；鑄件質(zhì)量大于5t時(shí)取小值，小于5t時(shí)取大值；澆包注孔直徑不小于30mm。由于銅和鉛的密度差小于3，故η取小值1. 2，鑄件質(zhì)量大于5t，m取0. 07。此時(shí)澆包內(nèi)腔尺寸應(yīng)為，取Dl為Φ800πιπι，則D2 = 1. 2X800 = 960mm,d = 0. 07X800 = 56mm。
此時(shí)計(jì)算合金的平均密度，參考使用固態(tài)金屬密度的平均值P均ρ 均=0. 7X P 銅 +0. 3X P 鉛=9. 62 ；按照?qǐng)A錐體積公式，算出H = 1070mm，其為1. 34D1，符合高度要求。然后將熔煉好的金屬液，注入選定的專用底注式澆包，達(dá)到預(yù)定高度H時(shí)進(jìn)行預(yù)攪拌，使金屬液形成漩渦；然后拔出專用底注式澆包的柱塞，使專用底注式澆包內(nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，通過虹吸和重力的作用，使專用底注式澆包內(nèi)的金屬液在中心軸線方向形成向下的渦流，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬，使各合金元素重新均勻分布一同流下， 進(jìn)入鑄型，在離心鑄型中快速冷卻并凝固成鑄件，完成澆注，得到6噸重的ZCi^b30銅合金套。上述各實(shí)施例的鑄件，均避免了比重偏折，鑄件組織致密，提高了鑄件內(nèi)在質(zhì)量。
權(quán)利要求
1. 一種減少離心鑄造比重偏析的方法，包括下列內(nèi)容1、將準(zhǔn)備好的金屬加熱熔化；2、將熔煉好的金屬液，注入選定的專用底注式澆包，達(dá)到預(yù)定高度H時(shí)進(jìn)行預(yù)攪拌，使金屬液形成漩渦；然后拔出專用底注式澆包的柱塞，使專用底注式澆包內(nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，通過虹吸和重力的作用，使專用底注式澆包內(nèi)的金屬液在中心軸線方向形成向下的渦流，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬，使各合金元素重新均勻分布一同流下，進(jìn)入鑄型，在離心鑄型中快速冷卻并凝固成鑄件；若鑄件質(zhì)量大，金屬液用量多，即可ー邊澆注一面將預(yù)備的金屬液注入專用底注式澆包，并維持其合金液柱的高度接近預(yù)定高度H，直至所有金屬液進(jìn)入鑄型，完成澆注。
2.—種權(quán)利要求1所述方法的專用底注式澆包，包括底注式澆包和澆ロ杯，澆ロ杯一端連接底注式澆包底部，一端連通鑄型；其特征在于所述底注式澆包，其內(nèi)腔為倒錐臺(tái)形狀，錐度為1 4-1 7. 5;其底部中心開有注孔，底注式澆包內(nèi)沿中心軸線方向設(shè)置柱塞， 柱塞與注孔過盈配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的專用底注式澆包，其特征在于根據(jù)合金液的質(zhì)量，其底部?jī)?nèi)徑D1、預(yù)定高度H處內(nèi)徑D2、預(yù)定高度H和注孔直徑d符合下列要求D2 = nXDl ； d = mXDl ； H = (1. 2—1. 5) XDl ； 其中η為徑差系數(shù)，取值1. 2-1. 3 ；合金中各組元間密度差大于5時(shí)取大值，密度差在3以下時(shí)取小值；密度差在3-5之間時(shí)用插值法計(jì)算該系數(shù)值，密度單位為103kg/m3 ；m為注孔系數(shù)，取值0. 07-0. 08 ；鑄件質(zhì)量大于5t時(shí)取小值，小于5t時(shí)取大值；澆包注孔直徑d不小于30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少離心鑄造比重偏析的方法，包括下列內(nèi)容將準(zhǔn)備好的金屬加熱熔化；將熔煉好的金屬液，注入選定的專用底注式澆包，達(dá)到預(yù)定高度H時(shí)進(jìn)行預(yù)攪拌，使金屬液形成漩渦；然后拔出專用底注式澆包的柱塞，使專用底注式澆包內(nèi)金屬液流下時(shí)形成負(fù)壓，通過虹吸和重力的作用，使專用底注式澆包內(nèi)的金屬液在中心軸線方向形成向下的渦流，同時(shí)抽吸上層輕金屬與下層重金屬，使各合金元素重新均勻分布一同流下，進(jìn)入鑄型，完成澆注。還提供了其專用底注式澆包。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，成本低，可提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量及機(jī)械性能，使鑄件的組織更加致密。
文檔編號(hào)B22D13/12GK102554174SQ20111044020
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者宋忠剛, 宋敬清 申請(qǐng)人:青島正大鑄造有限公司