锂合金铸件差压铸造工艺和差压铸造设备制造技术

本发明专利技术公开了一种铝锂合金铸件差压铸造工艺，属于合金铸造技术领域，该工艺包括以下步骤：造型：采用砂型材料进行模具造型，形成铸型后，在所得铸型的内、外表面涂覆醇基石墨涂料，以形成涂层；熔炼：采用复合坩埚进行合金原料熔炼，得金属液；浇注：将所得铸型和完成熔炼步骤的复合坩埚安装入差压铸造设备中，设定工艺参数，采用差压铸造法将金属液充填入所述铸型中，所述工艺参数包括：浇注温度为720～740℃，升液速度为60～80mm/s,充型速度为50～70mm/s；待铸件凝固结束后，取出铸件，浇注结束；其中，所述熔炼步骤和所述浇注步骤均采用惰性气体进行保护。该铸造工艺能够利用砂型铸造实现大尺寸铝锂合金的铸造成型。造实现大尺寸铝锂合金的铸造成型。造实现大尺寸铝锂合金的铸造成型。

【技术实现步骤摘要】
锂合金铸件差压铸造工艺和差压铸造设备


[0001]本专利技术属于合金铸造
，尤其涉及锂合金铸件差压铸造工艺和差压铸造设备。

技术介绍

[0002]铝锂合金作为一种低密度的轻质铝合金，具有高模量、高比刚度、低密度的优点，其研究应用已经有90多年的历史，目前使用的第3代铝锂合金几乎全部为变形铝锂合金，变形铝锂合金锂含量1wt.％左右，铸造铝锂合金中锂含量2wt.％左右，其材料的刚度较高，在航空航天领域有着广阔的应用前景。
[0003]为了满足应用需求，对铸造铝锂合金的研究一直从未间断，但是，铝锂合金铸造技术的发展仍然较为缓慢，采用成型工艺多为重力金属型浇注、真空熔铸等。这类铸造工艺适用的铸件尺寸较小，不适用于生产大型铸件，特别是大直径的薄壁壳体铸件，而适用于铸造此类铸件的砂型铸造工艺在铝锂合金铸造工艺中一直缺乏相关研究，根据公司的实验表明，采用重力浇注工艺铸造铝锂合金铸件，极易产生铸件质量缺陷。因此，为了实现大尺寸铝锂合金铸件的生产需求，急需开发针对铝锂合金的砂型铸造工艺。
[0004]同时，铸造铝锂合金的铸造性能主要受锂含量影响较大，锂加入量增加，导致熔炼、铸造成型难度增大，且由于铝锂合金材料中含有锂、铜等元素，熔炼过程容易燃烧、易氧化、偏析、吸氢，在浇注过程中也容易发生燃烧现象，这些因素也影响了铝锂合金铸造技术的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
[0006]本专利技术提出了铝锂合金铸件差压铸造工艺和差压铸造设备。解决了大尺寸铝锂合金铸件难以铸造生产的技术问题，通过改进砂型铸造工艺，能够利用砂型铸造实现大尺寸铝锂合金的铸造成型。
[0007]本申请一方面公开了一种铝锂合金铸件差压铸造工艺，包括以下步骤：
[0008]造型：采用砂型材料进行模具造型，形成铸型后，在所得铸型的内、外表面涂覆醇基石墨涂料，以形成涂层；
[0009]熔炼：采用复合坩埚进行合金原料熔炼，得金属液；
[0010]浇注：将所得铸型和完成熔炼步骤的复合坩埚安装入差压铸造设备中，设定工艺参数，采用差压铸造法将金属液充填入所述铸型中，所述工艺参数包括：浇注温度为720～740℃，升液速度为60～80mm/s,充型速度为50～70mm/s；待铸件凝固结束后，取出铸件，浇注结束；
[0011]所述熔炼步骤和所述浇注步骤均采用惰性气体进行保护。
[0012]在其中一些实施例中，铸型和复合坩锅分别置于所述差压铸造设备的上罐体、下
罐体中，密封后，同时向所述上罐体和下罐体冲入惰性气体，充气的气源压力为0.8～1.0Mpa，待所述上罐体和下罐体气压达到设定值平衡状态后，断开二者间的气流连通管道连接，然后进行金属液充填。
[0013]在其中一些实施例中，所述设定值平衡状态优选为0.65Mpa。
[0014]在其中一些实施例中，所述浇注步骤中，金属液填充铸型完成后，打开上罐体，吊出铸型，浇注结束2小时后开箱。
[0015]在其中一些实施例中，所述造型步骤采用的砂型材料为酚醛自硬树脂砂，所述酚醛自硬树脂砂中包含组分Ⅰ与组分Ⅱ，所述组分Ⅰ和组分Ⅱ混合的质量比例为1:1，且组分Ⅰ和组分Ⅱ与砂质量比例均为0.8～1.2：100。酚醛自硬树脂砂中树脂组分与砂的质量比例根据环境温度进行调整，室内温度在20℃以上时，加入量为0.8即可：温度在10℃一下时，加入量按照1.2加入，10℃～20℃按照中值加入，可缩短制型时间。
[0016]在其中一些实施例中，所述组分Ⅰ为NEL
‑Ⅰ
，所述组分Ⅱ为NEL
‑Ⅱ
。
[0017]在其中一些实施例中，所述造型步骤包括：采用砂型材料进行模具造型制得铸型，所述铸型中按设计位置放入冷铁，铸件毛坯厚度与冷铁厚度尺寸比值范围为1：1.3～2.0。
[0018]在其中一些实施例中，所述造型步骤包括：在所得铸型的内、外表面涂刷醇基石墨涂料，然后进行烘烤，烘烤温度为200～250℃，时间为2～3小时，以在铸型表面形成涂层。
[0019]在其中一些实施例中，所述复合坩埚的内表面覆盖有非金属材料烧结层，以隔绝金属坩埚接触熔炼的金属液接触。所述非金属材料烧结层厚度为15mm，构成所述非金属材料烧结层的材料包括石英颗粒、刚玉颗粒、镁砂颗粒。非金属材料烧结层可以有效的减少增铁问题。
[0020]所述熔炼步骤包括：采用复合坩埚进行合金原料熔炼，800℃左右加入Al
‑
4Zr中间合金，及Al
‑
50Cu中间合金，待中间合金完全熔化后搅拌2min，炉温降至740℃左右时加入纯镁锭，待镁锭熔化后撇去表面浮渣，待温度降至710～720℃时加入纯锂，先在熔体表面撒上覆盖剂，所述覆盖剂成分质量比例为LiF：LiCl＝1:5，覆盖剂与合金质量的比例为1:50，每次使用剩余部分可下次烘烤后继续使用，并且采用氩气对熔体液面进行保护，然后将铝箔包覆的块状锂用压勺压入熔体，待锂熔化后进行轻微搅拌，之后在温度为700～710℃时进行氩气精炼，待无气体逸出时停止，扒去表面渣，并撒上覆盖剂，温度调整720～740℃，出炉准备浇注。
[0021]本专利技术另一方面公开了一种差压铸造设备，用于上述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，该设备包括：
[0022]一上罐体,用于放置所述铸型，所述上罐体设有排气阀；
[0023]一下罐体，用于安装装有金属液的复合坩埚，所述下罐体安装于所述上罐体下方，所述下罐体内设有坩埚加热装置；
[0024]至少一气源，通过气流管道分别连接所述上罐体和下罐体；
[0025]一连通管道，连通所述上罐体和下罐体，所述连通管道上安装有互通阀；及
[0026]一升液管，用于将复合坩埚中金属液导入到所述铸型内。
[0027]在其中一些实施例中，所述差压铸造设备还包括气体保护装置，所述气体保护装置进一步包括：
[0028]一罩体，覆盖于所述复合坩埚上端口，所述罩体开设有可穿设所述升液管的通孔，
[0029]一惰性气体供气源，
[0030]一进气管道，及
[0031]一环形循环管，安装于所述罩体内，且所述环形循环管沿所述罩体周向设置；所述环形循环管开设有进气口，所述进气口通过所述进气管道连接所述惰性气体供气源，所述环形循环管设有多个出气口，多个所述出气口沿所述环形循环管周向均匀分布。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：铝锂合金铸件差压铸造工艺和差压铸造设备。解决了大尺寸铝锂合金铸件难以铸造生产的技术问题，通过改进砂型铸造工艺，该铸造工艺使用差压铸造，通过对造型、熔炼浇注过程的改进和控制，能够利用砂型铸造工艺实现实现大型、复杂壳体铸件铸造铝锂合金材料的铸造。所得铸件内部组织致密，在薄壁铝锂壳体的铸造优质明显的优势，可提高铸件质量及成品率。
附图说明
[0033]此处所说明的附图用来提供对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：造型：采用砂型材料进行模具造型，形成铸型后，在所得铸型的内、外表面涂覆醇基石墨涂料，以形成涂层；熔炼：采用复合坩埚进行合金原料熔炼，得金属液；浇注：将所得铸型和完成熔炼步骤的复合坩埚安装入差压铸造设备中，设定工艺参数，采用差压铸造法将金属液充填入所述铸型中，所述工艺参数包括：浇注温度为720～740℃，升液速度为60～80mm/s,充型速度为50～70mm/s；待铸件凝固结束后，取出铸件，浇注结束；其中，所述熔炼步骤和所述浇注步骤均采用惰性气体进行保护。2.根据权利要求1所述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，所述浇注步骤包括：铸型和复合坩锅分别置于所述差压铸造设备的上罐体、下罐体中，密封后，同时向所述上罐体和下罐体冲入惰性气体，充气的气源压力为0.8～1.0Mpa，待所述上罐体和下罐体气压达到设定值平衡状态后，断开二者间的气流连通管道连接，然后进行金属液充填；所述设定值平衡状态优选为0.65Mpa。3.根据权利要求1所述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，所述浇注步骤中，金属液填充铸型完成后，打开上罐体，吊出铸型，浇注结束2小时后开箱。4.根据权利要求1所述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，所述造型步骤采用的砂型材料为酚醛自硬树脂砂，所述酚醛自硬树脂砂中包含组分Ⅰ与组分Ⅱ，所述组分Ⅰ和组分Ⅱ混合的质量比例为1:1，且组分Ⅰ和组分Ⅱ与砂质量比例均为0.8～1.2：100。5.根据权利要求4所述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，所述造型步骤包括：采用砂型材料进行模具造型制得铸型，所述铸型中按设计位置放入冷铁，铸件毛坯厚度与冷铁厚度尺寸比值范围为1：1.3～2.0。6.根据权利要求1所述的铝锂合金铸件差压铸造工艺，其特征在于，所述造型步骤包括：在所得铸型的内、外表面涂刷醇基石墨涂料，然后进行烘烤，烘烤温度为200～250℃，时间为2～3小时，以在铸型表面形成涂层。7.根据权利要求1所述的铝锂合金铸件差压铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沛森，耿莹晶，庞峰，陈岩，刘永哲，任广笑，闫杰，王宁超，曹喜娟，赵盼，马二波，宋文清，付志军，成波，马英超，
申请(专利权)人：山西江淮重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：