真空倾转差压铸造法的应用探讨(特种铸造及有色合金)

1、真空倾转差压铸造法的应用探讨朱丽娟王宏伟董秀琦摘要将现有的差压铸造机改造成可真空充型倾转加压倒置的差压铸造机，它实质是集真空低压铸造、差压铸造、重力铸造的各种优点于一身的新铸造方法，它可使铸件的组织更加致密、减少打压渗漏、基本上消除铸件内的气孔及缩孔、大幅度提高材料的强度和韧性。关键词：真空充型倾转加压倒置铸造方法An Approach to the Application of Counter-PressureCasting with Inclinable Vaccum FillingZhu Lijuan(Shenyang Liming Engine Manufacturing Corpor

2、ation)Wang HongweiDong Xiuqi(Shengyang Institute of Technology)ABSTRACT:The existing counter pressure casting machine has been modified to a new counter pressure casting machine with inclinable vaccum filling used for complicate light non-ferrous castings. In fact, the new method intergrates all adv

3、antages of vaccum low pressure casting, conventional counter pressure casting and gravity casting. It is able to make the casting more compact, to reduce casting leakage under pressure test and to basically eliminate gas porosity and shrinkage cavity. As a result, material strength and toughness sig

4、nificantly improve.Key Words:Vacuum Filling, Inclinable Filling, Pressuring, Inverting, Casting Method轻合金铸件的形状、种类很多，其质量问题也是很复杂的，可它们都存在着共性问题，即最难解决的是缩孔、气孔、打压渗漏、铸件的本体解剖强度和韧性偏低及大型超薄壁件难以成型等问题，需要找到一种能解决上述共性问题的成型方法，而这种成型方法又能兼容各种成型手段(金属型、砂型、石膏型、精铸型壳、实型、陶瓷型)，那么各种铸件的质量问题便可以通过这种成型方法得到解决。将盛装液态金属的容器与铸型分别放进两个仅以一个

5、管道相通的耐高压容器中，其型在上、坩埚在下，类似差压铸造的结构。充型前将上、下两罐同步抽到一定的真空度，保温静置一段时间，以便使液态金属中的气体进一步去除；然后按一定的工艺要求使液态金属充满型腔，与此同时倾转整个装置使其上下倒置，并且上、下两罐同时加压使铸型内的液态金属在高压下凝固。这实质上是一种在真空低压铸造、差压铸造及重力铸造基础上发展起来的新的铸造方法，即真空倾转差压铸造法，它把这三种铸造方法的优点浓缩在一起，使铸件的组织更加致密，可以基本上消除铸件内的气孔及缩孔，大幅度地提高材料的比强度和韧性，并使导热性也有所提高。本工艺中的倾转对中、厚壁轻合金铸件的内在质量的影响较大，随着铸件壁的变

6、薄，倾转对铸件内在质量的影响也逐渐变弱，因而对薄壁件可省略倾转过程。1差压铸造的优点1，2(1) 减少铸件气孔、针孔缺陷由于差压铸造的压力是低压铸造压力的45倍，因而在浇注过程中由铸型、型芯排放出来的气体体积将减少45倍，这就减少了侵入性气孔形成的机会，更主要的是高温液态金属与铸型的接触界面上出现的气体压力增量P与外界压力成反比，而该界面上的液态金属抵抗气体入侵的能力与外界压力成正比3。低压铸造铸型排气困难的根本原因在于低压铸造只能控制坩埚内气体的压力，而对铸型所在的大气却不能控制；差压铸造则不同，它能把上下压力筒的压力同时控制起来。如果采用减压法，则在同步进气结束后使上筒的压力降低，使铸型内

7、外产生压差(型内压力大于型外压力)。压差越大，铸型的排气能力就越强，就越不易形成侵入性气孔。当然，选择铸型内外压差的大小不能只考虑排气问题。总之，差压铸造不仅能控制充型工艺曲线，也可以控制铸型的排气能力。高温金属液总要溶解一定数量气体，主要是H，随着温度降低，气体在金属液中的溶解度急剧下降，原子态氢析出变成分子氢，在铸件中形成气孔，通常称为针孔。原子氢在铝液中溶解度与系统压力P有关，由于差压铸造的压力较高，氢在铝液中溶解度增大，再加上在高压下金属凝固速度提高，合金凝固时H来不及析出而以原子态存在于铸件内，从而使析出性气孔(针孔)大为减少。(2) 改善铸件的表面质量在液态金属填充铸型时，型壁的沟

8、纹或粗糙部分会存在一层气体薄膜4，这部分气体的气压作用于金属液，阻止了型壁形状在铸件上的完全再现。在差压铸造时气膜的密度大，因而受热膨胀时气体的反压力越大，阻止液态金属浸入凹坑的能力越强，铸件的表面粗糙度就越小。(3) 可明显减少大型复杂铸件凝固时的热裂倾向其原因在于差压铸造有极强的补缩能力，可及时充填出现的缩孔和微裂纹，在一定程度上起到了“焊合”作用，消除了一些热裂隐患。热裂是在克服外界压力(由于这时铸件的温度已达准固相温度，其固相骨架基本形成，因而此时主要是气体压力)的情况下发生的。差压铸造外界压力是低压铸造的45倍，因而差压铸造对减少大型复杂铸件的热裂倾向是异常明显的。(4) 差压铸造的

9、补缩压力是低压铸造的45倍型腔中的液态金属在凝固的过程中只有形成的固相骨架能承受住大气的压力时才有形成缩松、缩孔的机会，否则在外界的压力(大气压、差压铸造时的上筒压力)作用下会将这些都是真空的大大小小的孔隙压缩使之消失。因此铸件在各种成型方式下其外界压力都参与补缩，而冒口上的那点压头及低压铸造或差压铸造保压时跃升的那点压力只不过是在原来外界压力的基础上增加一点微不足道的新动力罢了。差压铸造时外界的绝对压力为0.7 MPa左右，而低压铸造时坩埚内的压力仅0.15 MPa左右，两者相差甚远，故差压铸造的补缩能力远远大于低压铸造的补缩能力。铸造铝合金密度为2.5 g/cm3，如果上罐压力P=1 MP

10、a，则相当于40 m高的冒口，可见差压铸造的补缩能力极强。冒口补缩范围的增加实质是将液态金属压渗进更远更细小的晶间空隙中去，根据流体力学原理可知其阻力的增大速度远比补缩距离的增加快，故出现了铸件的补缩范围才仅仅增大30%60%的现象。(5) 差压铸造可减少凝固时间20%25%，相应地减少了凝固期内的变质衰退现象，其晶粒也有所细化。差压铸造与低压铸造相比，抗拉强度增大10%20%，伸长率增加73%左右；差压铸造与重力砂型铸造相比，抗拉强度增大20%30%，韧度增大1倍左右。2真空倾转差压铸造法与其他铸造方法对比(见表1)表1几种铸造方法的效果对比Table 1Comparative effect

11、s of several casting methods铸造方法重力铸造真空低压铸造差压铸造真空倾转差压铸造法重力与补缩的关系参与阻碍阻碍参与充型平稳性不平稳平稳平稳平稳气孔有无很少无气体的有害影响有极少少极少热裂可能有不多很少很少补缩能力可以强最强最强充填能力一般最强强最强工艺出品率低高高高废品率高低低低致密度小高高高晶粒大大小小凝固速度较慢慢快快b(重力铸造为1)11.11.21.31.21.3(重力铸造为1)11.7223真空倾转差压铸造法适应柔性铸造生产的需要 真空倾转差压铸造法中的真空、倾转、加压有良好的相容性，可任取其中的一、二个进行组合；加压还可加惰性气体；不倾转还可做到一机多用，大大增加了该工艺的适用范围。4结语真空倾转差压铸造法可使：(1) 复杂高难轻合金铸件的工艺出品率达90%左右；(2) 废品率降