[发明专利]一种超声辅助的消失模铸造镁铝双金属铸件的装置及应用

说明书

本发明属于金属铸件制造技术领域，具体涉及一种超声辅助的消失模铸造镁铝双金属铸件的装置及应用。本发明超声辅助的消失模铸造镁铝双金属铸件的装置，包括消失模铸造复合模型、超声振动组件和砂箱，所述消失模铸造复合模型包括浇注系统、与浇注系统连接的铸件模型、嵌入铸件模型内的固态嵌体；所述超声振动组件包括连接器、与连接器可拆卸连接的换能器固定座、与连换能器固定座可拆卸连接的超声波换能器和与超声波换能器电连接的超声波发生器。本发明通过超声的空化作用可以破碎和清除铝嵌体表面的氧化膜，消除界面处的夹杂缺陷，还可起到枝晶破碎，细化晶粒的作用，从而改善镁铝双金属材料的组织性能。

技术领域

本发明属于金属铸件制造技术领域，具体涉及一种超声辅助的消失模铸造镁铝双金属铸件的装置及应用。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，汽车、武器装备和航空航天等领域对于材料的轻量化、结构整体化以及综合性能提出了越来越高的要求，单一材料的使用已经越来越难以满足对于零件综合性能越来越高的要求。通过将镁合金和铝合金进行复合制备镁铝双金属材料和零件，能够兼备镁合金和铝合金的优点，实现铝和镁在性能上的互补，更好地满足工程应用的需求。

镁铝双金属材料的制备方法主要有轧制复合、焊接复合和铸造复合等。扎制复合能够快速大批量的制备层状或棒状双金属坯料。焊接方法制备的双金属具有优良的刚度和连接性能。但是这两种方法都很难连接具有复杂轮廓和大面积接触截面的双金属零件。而铸造复合结合了铸造工艺适合制备复杂形状零件的特点，在低成本制备复杂形状双金属铸件上具有显著的优势。

消失模铸造是一种近净成形方法，在制备镁铝双金属材料的制备上具有一些独特的优势：首先，可以结合消失模铸造技术的特点，如尺寸精度高，无需分型面、砂芯，模样无起模斜度，设计自由度高，可将原先由多个零件加工组装的构件整体铸出，一体化成型，实现功能的集成化，减轻结构重量，降低生产成本；二是能够将固态嵌体部分直接组装到泡沫模样中，依靠消失模泡沫模样进行固定，无需额外固定及定位措施；三是消失模铸造铸型为无黏结剂散砂，铸件冷却速度较慢，有利于实现冶金结合；同时，采用散砂造型无需粘结剂，在浇注时产生的污染小，且产生有机排放物的时间短、地点集中、易于收集处理。因此，消失模铸造固-液复合铸造技术在制备复杂镁铝双金属铸件方面具有广阔的应用前景。

CN1190285C公开了一种镁、铝合金反重力真空消失模铸造方法及其设备，具体公开了(1)将消失模铸造模样放入底注式砂箱，加入型砂振动紧实，(2)镁、铝合金液送入浇注炉，并通入保护性气体，(3)浇注炉内通入可控压力的惰性气体，在其作用下合金液进入砂箱，将消失模铸造模样气化，实现浇注。所述设备由浇注炉、炉盖上的浇注台，其上放置的砂箱，连通浇注炉和砂箱的浇注管构成，浇注炉内包括带不锈钢炉衬的坩锅，浇注管外包覆保温加热线圈，浇注炉盖上具有保护气体和可控压力惰性气体通道。该技术方案综合了真空消失模铸造和反重力铸造的技术优势，适用于高精度复杂的镁、铝合金铸件大规模生产，但还是存在一些缺陷。

由于固态嵌体表面存在氧化膜，这将阻碍镁铝双金属界面的冶金结合，且在复合过程中易残留于复合和界面中形成夹杂缺陷。同时，由于复合铸造过程中热量输入较大，固态嵌体表面熔化较多，复合过程中会在界面处产生大量连续分布的脆硬性Al₁₂Mg₁₇、Al₃Mg₂金属间化合物。同时由于嵌体的冷却作用，凝固过程中界面区域会形成垂直固态嵌体表面的温度梯度，导致这些金属间化合物形成粗大定向凝固组织。这些将对镁铝双金属材料的性能产生极为不利的影响。同时，由于消失模铸造过程中的影响因素较多，存在固-液-气三相的交互作用，充型凝固过程的界面行为尤为复杂，气体排出困难，分解产物易残留于固态嵌体表面分解产生气泡不易排出，导出复合界面区域易形成气孔缺陷，极大的提高了消失模铸造固-液复合技术的工艺设计的难度，降低了消失模铸造固-液复合技术工艺的稳定性差，极大的制约了其进一步的发展与应用。

因此，现有技术仍缺乏一种工艺的稳定性高的消失模铸造镁铝双金属铸件的方法。

发明内容