[发明专利]一种熔融铝合金凝固时缺陷调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基合金领域，具体涉及一种熔融铝合金凝固时缺陷调控方法。

背景技术

铸造法是制造铝合金的最为重要的方法之一。铸造铝合金时包括炉料的熔炼和铝液的铸造成型两大步骤。其中炉料熔炼时尤为重要的工艺技术控制手段可以概括为：氢气及杂质气体溶解量排除与控制、铝液精炼控制及氧化物夹杂有效控制。熔化铝液铸造成型时尤为重要的工艺过程则包含有：浇铸控制技术、凝固缺陷控制技术以及热应力控制技术等。

由于铝元素同氢和氧的化学反应活性高，因此在熔化铝液中往往容易溶解部分氢气，并且氧化形成氧化铝夹渣。使用这样未精炼的铝液进行铸造往往容易导致铝合金铸件中形成气孔和夹渣缺陷，严重影响铝合金的使用性能。

熔化铝液在采用金属型模铸造成型时，也必须通过凝固控制技术进行铸造控制，才有利于制造出结构性能优良的铸件。熔化铝液在进行金属型模浇铸时，由于模具设计不合理，容易出现浇不足现象，使铸件形状残缺；浇铸后在铸件凝固过程中，由于补缩不充分不及时，以及凝固次序的影响，在形成的铸件中容易出现明显的中部缩松和广泛分布的缩孔，造成产品残次；而从高温的熔化铝液凝固形成常温铝合金铸件的过程中，由于巨大的温度差导致铸件中残存可观的结构热应力，容易形成热裂，降低铝合金的承载能力。

对于以上提到的气孔、夹渣、浇不足、缩松缩孔以及热裂等铸造缺陷，对铝合金铸件产品质量产生极为不利的影响，它们严重降低了铸造铝合金的使用性能和使用寿命，因此必须通过适当的调控方法避免产生重大缺陷。

中国专利CN201310409391.8公开了一种铝合金铸造成型工艺，通过模具喷涂涂料和低压铸造的方法降低了铸件的凝固缺陷率，但该方法对铸件的要求高，且使用效率偏低，控制水平差。

因此，针对上述问题，需要一种针对熔融铝合金凝固时缺陷的调控方法。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种熔融铝合金凝固时缺陷调控方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种熔融铝合金凝固时缺陷调控方法，由熔融工艺控制方法和凝固保温控制方法组成；其中熔融工艺控制方法包括铝液中含气量控制方法和夹渣控制方法；凝固保温控制方法包括冒口补缩方法、顺序凝固方法和裂纹控制方法。

进一步地，缺陷调控方法处理后的铝合金铸件中：细小气孔的平均粒径≤0.5μm，裂纹缝隙≤5μm，无明显的低密度中心缩松区。

进一步地，含气量控制方法具体为：使用反射炉将铝合金加热至660℃～700℃熔化成液相合金铝液I；按照4.5～5.5：2.8～3.4：2.2～2.6：1.5～2:1：0.8～1.2的体积比，以10L/min～20L/min的流速通入Ar、Ne、N₂、CO、Cl₂组成的混合气体25min～40min，去除液相合金铝液I中的杂质气体，得到液相合金铝液II。

进一步地，夹渣控制方法具体为：在680℃～700℃时向液相合金铝液II中加入其质量1％～3％的精炼剂，待气泡不再上浮后静置8min～15min，扒去夹渣，随后将液相合金铝液II的温度迅速升高至720℃～730℃，得到液相合金铝液III，准备铸造。

更进一步地，精炼剂由下述质量百分数的原料混合压块而成：ZnCl₂ 30％～50％，TiCl₄ 15％～30％，C₂Cl₆ 10％～20％，NaBF₄ 10％～20％，Na₃AlF₆ 5％～10％。

进一步地，冒口补缩方法具体为：以灰口铸铁制作腔室内部光滑无毛刺尖角的金属型模，将金属型模保温升温至250℃～300℃，在熔化铝液铸造入口处添加明冒口，以2m/s～5m/s的流速将液相合金铝液III浇铸到金属型模中，对冒口及型模连接处进行保温处理，得到铸型后的金属型模。

进一步地，顺序凝固方法具体为：将铸型后的金属型模转移至150℃～200℃的热砂中，保温3h～4h，再在保温热砂外围进行循环水冷却1h～2h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循环冷却水，使铝合金铸件顺序凝固，得到铝合金铸件I。

更进一步地，三段逐步撤出循环冷却水的水温和保温时间依次为：第一段：80℃～95℃/1h～3h；第二段：40℃～70℃/2h～4h；第三段：30℃～40℃/3h～4h。