[发明专利]一种含铝合金的固-液双金属铸造界面调控的方法

说明书

本发明公开了一种含铝合金的固‑液双金属铸造界面调控方法，属于铸造合金的工艺领域。本发明要解决现有含铝合金的固‑液双金属铸造产生沿界面方向裂纹的问题。本发明方法的步骤如下：步骤一，固态金属预制体界面粗糙度控制；步骤二，一体化造型；步骤三，配置交变电磁场与永磁旋转磁场，步骤四，一体化铸造。通过浇注过程配合施加交变电磁场与永磁旋转磁场在两种材料界面处形成渐开线涡团结构来调节充型过程铝合金金属液局部分布状态，可有效避免沿界面方向的裂纹产生，使降低沿界面方向裂纹发生率降低80％以上，并且不增加垂直界面方向裂纹的生成概率。

技术领域

本发明属于合金铸造工艺领域；具体涉及一种含铝合金的固-液双金属铸造界面调控方法；以及含铝合金双金属复合铸件。

背景技术

含铝合金的固-液双金属铸造是指铝合金熔化后浇注在另一种金属材料固态预制体上形成复合铸件的过程，成形连接前铝合金处于液态另一材料处于固态。这种方法用于连接具有复杂结构的半成品部件。液态金属温度较高，对金属基体表层产生溶解作用，在界面处形成扩散连接层。其对铸造条件要求不高，工艺较为简单，在复合轧辊、复合锤头等方面已有较好应用。

目前，较成熟的工艺为镶铸法、连续浇注法、消失模铸造法和离心铸造法等。这些方法的工艺参数调节手段主要是调控铝合金浇注温度，温度越高冶金结合效果越好，温度越高越容易在两种材料界面区域形成过渡结构，可以有效地缓解两种不同材质差异在垂直于界面方向上引起的应力集中，是目前改善界面应力状态的有效方法。但是随着固态预制体形状越来越复杂，铝合金熔体充型过程的流程越来越长，铝合金熔体对预制体的加热差异也显现出来，金属液流经量大的位置升温较高，而与金属液流程末端接触的预制体温度较低，这样的温度差异导致沿着两种不同材质界面方向产生极大的凝固切应力，当铝合金温度冷却到固液两相区时，凝固切应力就会破坏已经连接好但还没有达到最大强度的界面，产生微裂纹，严重的会使已经结合好的复合铸件沿着界面方向开裂。而目前广泛采用的界面处理方法都是针对垂直于界面方向应力集中的，对沿界面方向的裂纹几乎无效。

目前针对含铝合金的固-液双金属铸造产生沿界面方向裂纹的问题主要从改进预制体与铝合金的包裹关系入手解决，使尽量多的位置形成铝合金金属液全封闭包裹固体金属材料预制体的状态，利用铝合金的凝固收缩将沿界面方向的裂纹压缩焊合。但是这种方法的局限性很大，对于没有形成正确包裹关系的位置，沿界面方向的裂纹仍然没有办法避免，形成包裹关系的位置凝固收缩也会加重垂直界面方向裂纹产生的倾向，而且过多的设计包裹位置会增加在双金属界面制备梯度结构的难度，使工艺本身的难度增加，从而抵消了固-液双金属铸造简便快捷的优势。

发明内容

本发明要解决含铝合金的固-液双金属铸造产生沿界面方向裂纹的问题。本发明提出一种铝合金固-液双金属铸造界面调控的方法，通过浇注过程配合施加交变电磁场与永磁旋转磁场在两种材料界面处形成渐开线涡团结构来调节充型过程铝合金金属液局部分布状态，缓解由于铝合金金属液对固态预制体加热差异产生的凝固切应力，同时通过两种磁场的交互左右使铝合金金属液在凝固到固-液两相区时通过金属液按照渐开线规律流动，最后收敛形成渐开线基圆。这可以使沿界面方向的凝固切应力在基圆周围以基圆为对称中心相互抵消，可有效避免沿界面方向的裂纹产生。本发明方法实现了降低沿界面方向裂纹发生率的目的。

为解决上述含铝合金的固-液双金属铸造产生沿界面方向裂纹的问题，本发明提出了一种含铝合金的固-液双金属铸造界面调控的方法，该方法通过以下步骤实现：

步骤一、对固态金属预制体表面进行处理，使表面粗糙度Ra值达到6.3～12.5微米，并露出新鲜的金属表面；

步骤二、将步骤一处理后固态金属预制体封装，然后进行一体化造型，并形成容纳铝合金熔体的型腔；