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液态成型4
名称
第四章材料的液态成形工艺
学时
共8学时
教学目的和要求
1.铸造工艺基础部分。
应掌握合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响,以便能够分析不同合金获得优质铸件的难易程度,并分析应采取的工艺措施。
。
2.注意有些防止铸件缺陷的工艺措施是相互矛盾的,如高温浇注有利于金属液充型,但易产生粘砂缺陷;铸件顺序凝固有利于补缩,但易产生热应力等。
因此,应综合考虑铸件合金、结构等因素,先解决主要矛盾,再采取措施解决其他问题。
重点
1、合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响
2、液态成形的结构工艺性
难点
液态成形的结构工艺性
教学环节
课堂讲授,多媒体
习题
章后习题
第四章材料的液态成形工艺
内容
备注
材料可以在液态、固态以及粉体状态下通过各种工艺手段成形,材料的成形是制造零件的前提。
液态成形是指将液态(或熔融态、浆状)材料注入一定形状和尺寸的铸型(mold)(或模具)型腔(moldcavity)中,凝固后获得固态毛坯或零件的方法,如金属的铸造工艺、陶瓷的注浆成形、塑料的注射成形等。
本章主要介绍金属的铸造成形,其他材料的液态成形将在第七章和第八章中分别加以介绍。
第一节金属铸造工艺简介
金属铸造(foundry,casting)是指将固态金属熔炼成液态,浇入与零件形状相适应的铸型型腔中,冷凝后获得铸件的工艺过程。
作为一种历史悠久的材料成形方法,铸造在现代机械制造工业中仍占有重要的地位。
这是因为这种方法适应性强,能适用于各种金属材料,制成各种尺寸和形状的铸件,并使其形状和尺寸尽量与零件接近,从而节省金属,减少加工余量,降低成本。
特别是对于具有复杂形状内腔的大型箱体件,铸造工艺有着其他成形方法无法比拟的优势。
但液态金属在冷却凝固过程中形成的晶粒较粗大,也容易产生气孑L(blowhole)、缩孔(shrinkagecavity)和裂纹(crack)等缺陷(defect),所以铸件的力学性能不如相同材料的锻件(forging)好。
而且铸造生产过程存在生产工序多,铸件质量不稳定,废品率高,劳动强度较高等问题。
随着生产技术的不断发展,铸件性能和质量正在进一步提高,劳动条件正逐步改善。
根据造型材料不同,可将铸造方法分为砂型铸造(sandcastingprocess)和特种铸造(specialcastingprocess)两类。
砂型铸造是以型砂作为主要造型材料的铸造方法;而特种铸造是指砂型铸造以外的所有铸造方法的总称。
常用的特种铸造方法有熔模铸造(investmentcasting)、金属型铸造(permanentmouldcasting)、压力铸造(diecasting)、低压铸造(10w-pressurediecasting)和离心铸造(centrifugalcasting)等。
图4—l所示为砂型铸造工艺过程示意图。
首先根据零件的形状和尺寸设计并制造出模样(pattern)和芯盒,配制好型砂(mouldingsand)和芯砂。
然后用型砂和模样在砂箱(flask)中制造砂型,用芯砂在芯盒中制造型芯(core),并把砂芯装入砂型中,合箱即得完整的铸型。
将金属液浇入铸型型腔,冷却凝固后落砂清理即得所需的铸件。
随着科学技术的发展以及现代化建设的需要,现代铸造技术发展的趋势是,在加强铸造基础理论研究的同时,发展和革新铸造新工艺及新设备,在提高铸件性能、精度和表面质量的前提下发展专业化生产,实现铸造生产过程的自动化和计算机辅助设计和制造,减少公害,节约能源,降低成本,使铸造技术进一步成为可与其他成形工艺相竞争的少余量、无余量成形工艺。
概括起来讲,铸造生产应该在优质、精化的前提下,实现高产、低耗、无害、价廉。
第二节铸造工艺基础知识
合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能称为合金的铸造性能,如流动性、收缩性、吸气性、偏析性(即铸件各部位的成分不均匀性)等。
合金的铸造性能好,是指熔化时合金不易氧化,熔液不易吸气,浇注时合金液易充满型腔,凝固时铸件收缩小,且化学成分均匀,冷却时铸件变形和开裂倾向小等。
合金的铸造性能好则容易保证铸件的质量,铸造性能差的合金容易使铸件产生缺陷,须采取相应的工艺措施才能保证铸件的质量,但却增加了工艺难度,提高了生产成本。
一、液态金属的充型能力
液态金属的充型能力(moldfillingcapacity)是指液态金属充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
液态金属的充型能力强,则能浇注出壁薄而形状复杂的铸件;反之则易产生冷隔、浇不足等缺陷。
充型能力主要受金属液本身的流动性、性质、浇注条件及铸型特性等因素的影响。
1.金属液的流动性
液态金属的流动性是指金属液的流动能力。
流动性越好的金属液,充型能力越强。
流动性的好坏,通常用在特定情况下金属液浇注的螺旋形试样的长度来衡量,如图4—2所示,试样长度大,说明金属液的流动性好。
液态金属的流动性是金属的固有性质,主要取决于金属的结晶特性和物理性质。
不同成分的合金具有不同的结晶特点,纯金属和二元共晶成分的合金是在恒温下结晶,液态合金首先结晶的部分是紧贴铸型型腔的一层(铸件的表层),然后从铸件表层逐层向中心凝固。
由于这类金属凝固时不存在固—液两相区,所以已结晶的固体和液体之间的界面比较光滑,对未结晶的液态金属的流动阻力小,有利于金属液充填型腔,故流动性好。
共晶成分的合金往往熔点低,在相同的浇注温度下保持液态的时间长,其流动性最好。
而其他成分合金的结晶是在一定的温度范围《结晶温度范围,即液相线温度与固相线温度的差值)内进行,存在固—液两相共存区,在此区域内,已结晶的固相多以树枝晶的形式在液体中伸展,阻碍了液体的流动,故其流动性差。
合金的结晶温度范围越大,枝晶越发达,其流动性越差。
图4—3为铁—碳合金的流动性与成分的关系。
2.浇注(pouring)条件
提高浇注温度(pouringtemperature),可使液态金属粘度下降,流速加快,还能使铸型温度升高,金属散热速度变慢,并能增加金属保持液态的时间,从而大大提高金属液的充型能力。
但浇注温度过高,容易产生粘砂(sandadherence)、缩孔(shrinkagecavity)、气孔、粗晶(graincoarsening)等缺陷。
因此在保证金属液具有足够充型能力的前提下,浇注温度应尽量降低。
增加金属液的充型压力,如压铸、提高直浇道(sprue)高度等,会使其流速加快,有利于充型能力的提高。
3.铸型特性
铸型结构和铸型材料均影响金属液的充型。
铸型中凡能增加金属液流动阻力,降低流动速度和加快冷却速度的因素,如:
型腔复杂,直浇道过低,浇口(gatingsystem,runningsystem)截面积小或不合理,型砂水分过多,铸型排气不畅和铸型材料导热性过高等,均能降低金属液的充型能力。
为改善铸型的充填条件,在设计铸件时必须保证其壁厚(wallthickness)不小于规定的“最小壁厚”(如表4—1所示)。
对于薄壁铸件,要在铸造工艺上采取措施,如加外浇口、适当增加浇注系统的截面积、采用特种铸造方法等。
表4—1一般砂型铸造条件下,铸件的最小壁厚/mm
铸件尺寸/mm
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铝合金
铜合金
<200×200
8
4~6
6
5
3
3~5
200×200~500×500
10~12
6~lO
12
8
4
6~8
>500×500
15~20
15~20
6
二、合金的凝固特性
合金从液态到固态的状态转变称为凝固(solidification)或一次结晶(crystal1ization)。
许多常见的铸造缺陷,如缩孔、缩松(porosity)、热裂(hottear)、气孔、夹杂(inclusion)、偏析等,都是在凝固过程中产生的,认识铸件的凝固特点对获得优质铸件有着重要意义。
在铸件凝固过程中,其断面上一般存在固相区、凝固区和液相区三个区域,其中凝固区是液相与固相共存的区域,凝固区的大小对铸件质量影响较大,按照凝固区的宽窄,分为以下三种凝固方式:
1.逐层凝固
纯金属、二元共晶成分合金在恒温下结晶时,凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零,截面上固液两相界面分明,随着温度的下降,固相区由表层不断向里扩展,逐渐到达铸件中心,这种凝固方式称为“逐层凝固”,如图4—4a。
如果合金的结晶温度范围很小,或铸件截面的温度梯度很大,铸件截面上的凝固区域就很窄,也属于逐层凝固方式。
2.体积凝固
当合金的结晶温度范围很宽,或因铸件截面温度梯度很小,铸件凝固的某段时间内,其液固共存的凝固区域很宽,甚至贯穿整个铸件截面,这种凝固方式称为“体积凝固”(或称糊状凝固),如图4—4c。
3.中间凝固
金属的结晶范围较窄,或结晶温度范围虽宽,但铸件截面温度梯度大,铸件截面上的凝固区域宽度介于逐层凝固与体积凝固之间,称为“中间凝固”方式,如图4—4b。
合金的凝固方式影响铸件质量。
通常逐层凝固的合金充型能力强,补缩性能好,产生冷隔(coldshuts)、浇不足(shortrun)、缩孔、缩松、热裂等缺陷的倾向小。
因此,铸造生产中应优先使用铸造性能较好的结晶温度范围小的合金。
当采用结晶温度范围宽的合金(如高碳钢、球墨铸铁等)时,应采取适当的工艺措施,增大铸件截面的温度梯度,减小其凝固区域,减少铸造缺陷的产生。
影响铸件凝固方式的主要因素是合金的结晶温度范围(取决于合金成分)和铸件的温度梯度。
合金的结晶温度范围愈小,凝固区域愈窄,愈倾向于逐层凝固;对于一定成分的合金,结
晶温度范围已定,凝固方式取决于铸件截面的温度梯度,温度梯度越大,对应的凝固区域越窄,越趋向于逐层凝固,如图4—5。
温度梯度又受合金性质、铸型的蓄热能力、浇注温度等因素影响。
合金的凝固温度愈低、导热率愈高、结晶潜热愈大,铸件内部温度均匀倾向愈大,而铸型的冷却能力下降,铸件温度梯度愈小;铸型的蓄热系数大,则激冷能力强,铸件温度梯度大;浇注温度愈高,铸型吸热愈多,冷却能力降低,铸件温度梯度减小。
三、合金的收缩性
1.收缩及其影响因素
铸件在冷却过程中,其体积和尺寸缩小的现象称为收缩,它是铸造合金固有的物理性质。
金属从液态冷却到室温,要经历三个相互联系的收缩阶段:
液态收缩——从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩。
凝固收缩——从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。
固态收缩——从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。
金属的液态收缩和凝固收缩,表现为合金体积的缩小,使型腔内金属液面下降,通常用体收缩率来表示,它们是铸件产生缩孔和缩松缺陷的根本原因;固态收缩虽然也引起体积的变化,但在铸件各个方向上都表现出线尺寸的减小,对铸件的形状和尺寸精度影响最大,故常用线收缩率来表示,它是铸件产生内应力以至引起变形和产生裂纹的主要原因。
影响铸件收缩的主要因素有化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件等。
不同成分合金的收缩率不同,表4—2列出几种铁碳合金的收缩率。
碳素铸钢和白口铸铁的收缩率比较大,灰铸铁和球墨铸铁的较小。
这是因为灰铸铁和球墨铸铁在结晶时析出石墨所产生的膨胀抵消了部分收缩。
灰铸铁中碳、硅含量越高,石墨析出量就越大,收缩率越小。
表4—2几种铁碳合金的收缩率
合金种类
碳素铸钢
白口铸铁
灰铸铁
球墨铸铁
体收缩率/%
线收缩率(自由状态)/%
10~14
2.17
12~14
2.18
5~8
1.08
——
O.81
浇注温度主要影响液态收缩。
浇注温度升高,液态收缩增加,则总收缩量相应增大。
铸件的收缩并非自由收缩,而是受阻收缩。
其阻力来源于两个方面:
一是由于铸件壁厚不均匀,各部分冷速不同,收缩先后不一致,而相互制约,产生阻力;二是铸型和型芯对收缩的机械阻力。
铸件收缩时受阻越大,实际收缩率就越小。
因此,在设计和制造模样时,应根据合金种类和铸件的受阻情况,采用合适的收缩率。
2.收缩导致的铸件缺陷
合金的收缩对铸件质量产生不利影响,容易导致铸件的缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷。
(1)缩孔和缩松铸件在凝固过程中,由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减小得不到液态金属的补充,在铸件最后凝固的部位形成孔洞。
其中容积较大而集中的称缩孔,细小而分散的称缩松。
当逐层凝固的铸件在结晶过程中凝固壳内部的金属液收缩得不到补充时,则铸件最后凝固的部位就会产生缩孔,缩孔常集中在铸件的上部或厚大部位等最后凝固的区域,如图4—6所示。
具有一定凝固温度范围的合金,存在着较宽的固液两相区,已结晶的初晶常为树枝状。
到凝固末期,铸件壁的中心线附近尚未凝固的液体会被生长的枝晶分割成互不连通的小熔池,熔池内部的金属液凝固收缩时得不到补充,便形成分散的孔洞即缩松,如图4—7所示。
缩松常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位。
缩孔和缩松会减小铸件的有效截面积,并在该处产生应力集中,降低铸件力学性能,缩松还严重影响铸件的气密性。
防止铸件产生缩孔、缩松的基本方法是采用顺序凝固原则,即针对合金的凝固特点制定合理的铸造工艺,使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件,尽可能使缩松转化为缩孔,并使缩孔出现在最后凝固的部位,在此部位设置冒口补缩。
使铸件的凝固按薄壁—厚壁—冒口的顺序先后进行,让缩孔移入冒口中,从而获得致密的铸件,如图4—8所示。
(2)铸造应力、变形和裂纹铸件在冷凝过程中,由于各部分金属冷却速度不同,使得各部位的收缩不一致,又由于铸型和型芯的阻碍作用,使铸件的固态收缩受到制约而产生内应力,在应力作用下铸件容易产生变形,甚至开裂。
铸造应力按其形成原因的不同,分为热应力、机械应力等。
热应力是因铸件壁厚不均匀,各部位冷却速度不同,以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而相互制约引起的,一经产生就不会自行消除,故又称为残余内应力。
机械应力是由于合金固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍作用而形成的,铸件落砂之后,随着这些阻碍作用的消除,应力也自行消除,因此,机械应力是暂时的,但当它与其他应力相互叠加时,会增大铸件产生变形与裂纹的倾向。
减少铸造应力就应设法减少铸件冷却过程中各部位的温差,使各部位收缩一致,如将浇口开在薄壁处,在厚壁处安放冷铁,即采取同时凝固原则,如图4—9所示。
此外,改善铸型和砂芯的退让性,如在混制型砂时加入木屑等,可减少机械阻碍作用,降低铸件的机械应力。
此外,还可以通过热处理等方法减少或消除铸造应力。
铸造应力是导致铸件产生变形和开裂的根源。
图4-10为“T”形铸件在热应力作用下的变形情况,虚线表示变形的方向。
防止铸件变形的方法除减少铸造内应力这一根本措施外,还可以采取一些工艺措施,如增大加工余量,采用反变形法等,消除或减少铸件变形对质量的影响。
当铸造应力超过材料的强度极限时,铸件会产生裂纹,裂纹有热裂纹和冷裂纹两种。
热裂纹是在铸件凝固末期的高温下形成的,其形状特征是:
裂纹短,缝隙宽,形状曲折,缝内呈氧化色。
铸件的结构不合理,合金的结晶温度范围宽、收缩率高,型砂或芯砂的退让性差,合金的高温强度低等,易使铸件产生热裂纹。
冷裂纹是较低温度下形成的裂纹,常出现在铸件受拉伸的部位,其形状细长,呈连续直线状,裂纹断口表面具有金属光泽或轻微氧化色。
壁厚差别大、形状复杂的铸件,尤其是大而薄的铸件易于发生冷裂。
凡是减少铸造内应力或降低合金脆性的因素,都有利于防止裂纹的产生。
四、合金的吸气性及气孔
液态金属在熔炼和浇注时能够吸收周围气体的能力称为吸气性。
吸收的气体以氢气为主,也有氮气和氧气,这些气体便成为铸件产生气孑L缺陷的根源。
气孔是铸件中最常见的缺陷。
根据气体来源,气孔可分为以下三类:
1.析出性气孔
溶入金属液的气体在铸件冷凝过程中,随温度下降,合金液对气体的溶解度下降,气体析出并留在铸件内形成的气孔称为析出性气孔。
析出性气孔多为裸眼可见的小圆孔(在铝合金中称为针孔);分布面大,在冒口等热节处较密集;常常一炉次铸件中几乎都有,尤其在铝合金铸件中常见,其次是铸钢件。
防止此类气孔的主要措施有:
尽量减少进入合金液的气体,如烘干炉料、浇注用具,清理炉料上的油污,真空熔炼和浇注等;对合金液进行除气处理,如有色合金熔液的精炼除气等;阻止熔液中气体析出,如提高冷却速度使熔液中的气体来不及析出。
2.侵入性气孔
造型材料中的气体侵入金属液内所形成的气孔称为侵入性气孔。
这类气孔一般体积较大,呈圆形、或椭圆形,分布在靠近砂型或砂芯的铸件表面。
防止此类气孔的主要措施有:
减少砂型和砂芯的排气量,如严格控制型砂和芯砂中的水含量,适当减少有机粘结剂的用量等;提高铸型的排气能力,如适当减低紧实度,合理设置排气孔等。
3.反应性气孔
反应性气孔主要是指金属液与铸型之间发生化学反应所产生的气孔。
这类气孔多发生在浇注温度较高的黑色金属铸件中,通常分布在铸件表面皮下l~3mm,铸件经过机械加工或清理后才暴露出来,故被称为皮下气孔。
防止反应性气孔的主要措施有:
减少砂型水分,烘干炉料、用具;在型腔表面喷涂料,形成还原性气氛,防止铁水氧化等。
五、常用铸造合金的铸造性能特点
常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铸造有色合金等,其中以铸铁应用最广。
1.铸铁
常用的铸铁材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。
(1)灰铸铁
灰铸铁中的碳当量(C.E=C%+Si%/3)接近共晶成分,熔点较低,属于中间凝固方式,铁水流动性好,可以浇注形状复杂的大、中、小型铸件。
由于石墨化膨胀使其收缩率小,故灰铸铁不容易产生缩孔、缩松缺陷,也不易产生裂纹。
因而灰铸铁具有良好的铸造性能。
孕育铸铁是铁水经硅铁等孕育剂处理后获得的高强度灰铸铁。
与普通灰铸铁相比,它的流动性较差,收缩率较高。
故应适当提高浇注温度,在铸件热节处设置补缩冒口。
(2)球墨铸铁
球墨铸铁的铸造性能比灰铸铁差但好于铸钢。
其流动性与灰铸铁基本相同。
但因球化处理时铁水温度有所降低,易产生浇不足、冷隔缺陷。
为此,必须适当提高铁水的出炉温度,以保证必需的浇注温度;
球墨铸铁的结晶特点是在凝固收缩前有较大的膨胀(即石墨化膨胀),当铸型刚度小时,铸件的外形尺寸会胀大,从而增大缩孔和缩松倾向,特别易产生分散缩松。
应采用提高铸型刚度,增设冒口等工艺措施,来防止缩孔、缩松缺陷的产生。
另外,由于球化处理时加入Mg,铁水中的MgS与砂型中的水分作用生成H2S气体,使球墨铸铁容易产生皮下气孔。
因此,必须严格控制型砂的水分,并适当提高型砂的透气性,还应在保证球化的前提下,尽量少用Mg。
(3)可锻铸铁
可锻铸铁是先浇注出白口铸坯,再通过长时间的石墨化退火获得团絮状石墨的铸铁。
其碳、硅含量较低,熔点比灰铸铁高,凝固温度范围也较大,故铁水的流动性差。
铸造时,必须适当提高铁水的浇注温度,以防止产生冷隔、浇不足等缺陷。
可锻铸铁的铸态组织为白口组织,没有石墨化膨胀阶段,体积收缩和线收缩都比较大,故形成缩孔和裂纹的倾向较大。
在设计铸件时除应考虑合理的结构形状外,在铸造工艺上应采取顺序凝固原则,设置冒口和冷铁,适当提高砂型的退让性和耐火性等措施,以防止铸件产生缩孔、缩松、裂纹及粘砂等缺陷。
2.铸钢
铸钢的铸造性能差。
铸钢的流动性比铸铁差,熔点高,易产生浇不足、冷隔和粘砂等缺陷。
生产中常采用干砂型,增大浇注系统截面积,保证足够的浇注温度等措施,提高其充型能力。
铸钢用型(芯)砂应具有较高的耐火性、透气性和强度,如选用颗粒大而均匀、耐火性好的石英砂制作砂型,烘干铸型,铸型表面涂以石英粉配制的涂料等。
铸钢的收缩性大,产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷的倾向大,所以,铸钢件往往要设置数量较多、尺寸较大的冒口,采用顺序凝固原则,以防止缩孔和缩松的产生,并通过改善铸件结构,增加铸型(型芯)的退让性和溃散性,增设防裂筋,降低钢水硫、磷含量等措施,防止裂纹的产生。
3.铸造有色金属
常用的有铸造铝合金、铸造铜合金等。
它们大都具有流动性好,收缩性大,容易吸气和氧化等特点,特别容易产生气孔、夹渣缺陷。
有色合金的熔炼,要求金属炉料与燃料不直接接触,以免有害杂质混入以及合金元素急剧烧损,所以大都在坩埚炉内熔炼。
所用的炉料和工具都要充分预热,去除水分、油污、锈迹等杂质,尽量缩短熔炼时间。
不宜在高温下长时间停留,以免氧化和过多地吸收气体。
浇注前常需对金属液进行特殊处理,减少熔液中的气体和熔渣。
六、新型材料——金属间化合物及其铸造性能特点
金属间化合物是指金属元素间、金属元素与类金属元素间形成的化合物,简称IMC(intermetallicscompounds)。
目前Ni—Al、Ti—Al和Fe—Al三个系列成为研究的热点。
它们均具有抗高温氧化、耐磨、耐蚀、反常的温度—强度特性等一系列优异的性能,也均具有室温脆性和加工性能差的缺点。
特别是Fe—Al金属间化合物以其低廉的原料成本而被认为是极具开发价值的新一代高温结构材料。
本节以Fe—Al金属间化合物(Fe3Al)为例,介绍这种新型材料的铸造工艺特性。
Fe3Al合金的熔点超过l500℃,各种不同成分的Fe3Al合金均在真空中频感应炉内熔炼并在真空中浇铸成各种型号的铸锭。
真空感应炉熔炼可分为装料、熔化、精炼与合金化等几个阶段。
装料:
所有炉料入炉前均在100~150℃的烘箱内经4~5h的烘烤,减少入炉水汽。
真空熔炼时应注意易挥发元素的加入方法,活泼元素及微量元素如Al、Ce、Zr、B等应装在炉内加料器中待精炼时加入,同时充Ar保护。
其他合金材料如Mo、Nb、Zr等均在装料时直接装入炉中。
熔化:
熔化期的主要任务是使炉料熔化、去气、去除低熔点有害杂质和非金属夹杂物,并使合金液有适当的温度和足够的真空度为精炼做准备。
一般采取逐级升高功率较慢熔化的工艺措施,以保证炉料中气体尽量排出。
这一阶段一般持续60min,温度在l530℃左右。
精炼:
精炼期的主要任务是完成脱气和去除杂质以进一步净化合金,调整合金成分并使之均匀化(即完成合金化过程)。
精炼常在高温高真空下进行,对于Fe3Al合金在1550~l600℃下保持10~15min为宜。
合金化:
合金化是指精炼末期加入合金元素(均为活泼金属和微量元素),加入时炉内要有高的真空度,一般加入顺序是Al、Ce、B。
Al加入时温度可低一些。
加Al后将放出大量的热使合金液温度迅速升高,加料速度应当均匀、缓慢,以防产生喷溅。
Ce和B也要低温加入。
因为这些元素密度都较小,每加完一种应当大功率搅拌一定时间,以加速其溶解和使之分布均匀,防止铸锭成分偏析。
浇注工艺:
浇注前应大功率搅拌,使合金液温度和成分进一步均匀化,并将氧化膜及渣面推向炉后壁,以免混入合金锭中。
真空浇注可以使合金液的流动性提高,因而浇注温度可适当降低,一般过热度为60~80℃即可。
浇注时应以中等功率继续供电,将氧化膜推向后壁不致混入锭中,同时也有利于化学成分均匀化。
浇注后保持真空5~10min取锭。
影响Fe3Al合金液流动性的因素应从以下几个方面考虑:
1)随着Al含量的增加,合金结晶温度范围增宽,铸件断面上存在着既有发达的树枝晶又有未凝固的液体相混杂的两相区,越靠近合金液流前端枝晶数量越多,使合金液的粘度增加、流速下降。
当液流前端的枝晶数量达到某一临界值时合金液就停止流动,故增加Al量,使二元Fe3Al合金液流动性降低。
2)Cr合金元素降低Fe3Al合金液流动性的规律类似于它降低铸铁液的流动性,其原因是Cr提高了液相线温度,这相当于增大了合金液的结晶温度范围,故使三元合金液的流动性下降,但影响程度小于Al、Mo、Nb、Zr等合金元素。
浇注温度对合金液的充型能力有决定性的影响
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