[发明专利]一种带螺旋磁场的铸造装置和铸造方法

说明书

本发明公开了一种带螺旋磁场的铸造装置和铸造方法，属于金属铸造领域。该装置包括保温炉、铸型、中间管、升液管和磁场发生器，保温炉上部具有升液口和保温炉压缩气体进口，铸型内具有型腔，型腔下端具有浇口，升液管的下端伸入保温炉内，上端伸出升液口，中间管的下端连接升液管，上端连通浇口。磁场发生器设置在中间管的外侧，用于向中间管内的熔体施加螺旋磁场，能够有效地解决氧化膜等夹杂物容易在浇口及中间管管壁上附着的问题，减少或阻止氧化膜等夹杂物进入最终产品，避免影响产品内部质量。该方法采用上述铸造装置，能够更好的细化和补缩铸件，并减少进入铸件内的夹杂物，提高最终产品质量。

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，更具体地说，涉及一种带螺旋磁场的铸造装置和铸造方法。

背景技术

低(差)压铸造是将合金熔体在压缩气体的作用下通过升液通道从模具底部浇口充型，并在压力作用下凝固获得合格铸件的铸造方法，具有充型平稳、压力下结晶凝固、铸件组织致密、生产效率高等优点。该工艺主要适用于有色合金的铸造，其中，铝合金的低(差)压铸造应用最为广泛。

在低(差)压铸造工艺过程中，为了控制铸件的内部质量，通常在铸型内的管路中通水或通入其他介质保证模具远端区的温度低于浇口区的温度，使铸件由远端至浇口顺序凝固，以实现低(差)压铸造铸件内部质量的控制，即保证X光探伤合格率。但是，通水或其他介质使铸件实现顺序凝固的过程会导致铸件远端和浇口区域冷却速率的不同，而冷却速率的不同则会导致铸件各个区域微观组织的不同，即铸件浇口区的二次枝晶间距明显大于铸件远端区的二次枝晶间距。在铸件远端区和浇口区取样测试时，浇口区比远端区的力学性能差，更有甚者，当铸造工艺过程边界条件变化较大时，可能导致浇口区拉伸试棒力学性能无法满足产品要求，因此，需对铸件浇口区组织进一步细化。

再者，合金熔体在每一个铸造循环中通过升液管及中间管充型、泄压，熔体反复上下，并且在通过路径上中间管处的温度最低，氧化膜等夹杂物很容易在中间管及升液管管壁上附着。而在铸造充型过程中，这些夹杂物极易进入最终产品，且难以检测，随着氧化膜厚度的不断增加，情况恶劣时，甚至会堵塞升液管及中间管，造成铸造生产的显著中断，铸件的质量也随着升液管及中间管使用时间的增长而恶化。

另外，由于低(差)压铸造工艺过程存在一些不可避免的过程变量，如模具、升液管、中间管、熔体保温炉的更换等，这些过程变量不可避免的引起铸件合格率的波动，因此传统低(差)压铸造工艺压力充型、保压、凝固、补缩、冷却过程很难实现铸件稳定、高合格率(≥98％)的生产控制。因此，为了克服以上所述传统低(差)压铸造工艺过程存在的问题，新的低(差)压铸造装置及方法亟待开发。

如中国专利申请号为：CN201711302710.X，公开日为：2018年3月30日的专利文献，公开了一种熔体电磁搅拌式低压铸造装置及铸造方法，包括强磁体、变频电源、熔化炉、坩埚、盖板和真空气源等。首先使用熔化炉将金属材料熔化，密封坩埚后抽取真空，同时对熔体施加交变磁场进行电磁搅拌，使熔体内气体在真空及搅拌下析出；然后在低压浇注准备工序及浇注过程中，持续施加交变电磁场，强化熔体内部对流运动，实现熔体成分均匀化控制，从而获得成分均匀、组织细化、性能优异的优质铸件。

又如中国专利申请号为：CN201811609035.X，公开日为：2019年3月8日的专利文献，公开了一种基于电磁场的真空铸造成形装置及气路系统，该真空铸造成形装置包括：电磁场发生装置、上压力罐、下压力罐、铸型、保温熔化炉、隔板和升液管，铸型被圈套在电磁场发生装置中，铸型和电磁场发生装置固定在隔板上并设置在上压力罐内，上压力罐和隔板的上表面紧密接触并固定，下压力罐和隔板的下表面紧密接触并固定，下压力罐内设置有保温熔化炉，保温熔化炉用于盛放金属液，升液管下端位于保温熔化炉内的金属液中，升液管的上端穿过隔板连接铸型，使铸造合金组织晶粒更加细化，内部化学成分均匀，枝晶偏析减小，抗疲劳性能增强，提高铸件成形质量。