[发明专利]利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法

说明书

本发明公开了一种利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法；包括熔炼、精炼、组合铸型、浇注、撤去一次激冷模具、二次直接冷却等；其中，组合铸型是指采用具有激冷能力的冷却材料制得的激冷模具与砂型模具组合，限定出铸型的型腔；将精炼后的合金熔液浇注到组合铸型中；待与激冷模具接触的表层金属液率先凝固、形成壳层时，撤去激冷模具；将冷却流体冲击铸件的表面，使铸件沿冷却流体的作用方向快速冷却凝固。本发明方法通过在铸造过程中控制合金熔液的浇注温度以及采用激冷材料/冷却流体双冷却的方法，能够在合金凝固过程中获得比传统方法更高的冷却速度，从而减小显微组织中二次枝晶臂间距，并有助于改善铸件的力学性能。

技术领域

本发明属于合金材料的液态成型技术领域，具体涉及一种利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法。

背景技术

铝、镁、铜等合金是新型的金属材料，由于其较小的密度与较高的比强度，广泛应用于机械、汽车、航空航天、船舶制造等行业；其中，绝大多数的合金是采用铸造成型的方法进行生产。合金由液态到固态的转变，即合金的凝固，是铸造过程中关键的一环，它直接决定着铸件的性能并奠定了铸件后续加工、使役中能发挥的潜力。一般来说，合金的凝固过程中晶体的生长大多以枝晶的方式生长，枝晶根据其生长先后顺序的不同，分为一次枝晶与二次枝晶，在一次枝晶臂面长出来的分叉枝晶即为二次枝晶。枝晶的一次和二次枝晶臂间距，尤其是二次枝晶臂间距将直接影响合金成分的微观偏析及第二相和显微缩松的分布，宏观上表现出对合金性能的影响。二次枝晶臂的间距很大程度上取决于铸件凝固过程的冷却速度，过小的冷却速度会使二次枝晶臂间距变大，导致铸件凝固时补缩能力减弱，从而形成较多的显微缩松并形成偏析，使得铸件的后期高温扩散退火工艺达不到效果，从而影响铸件的性能。

为了获得性能良好的铸件，希望在铸造过程中获得细小的二次枝晶与二次枝晶臂间距，这就要求具有较大的冷却速度。目前在工业中常用的是采用砂型中局部镶嵌冷铁的方法，其既保证铸件脱模方便，又确保铸件中局部关键区域具有较高的冷却速度，获得尽可能细小的二次枝晶臂间距。然而，其存在的问题是：冷铁在冷却金属液冷却的同时自身也被加热，二者之间的换热系数会发生衰减，因此获得的二次枝晶臂间距将随着离冷铁距离的增加(或凝固时间延长)而增大，往往在远离冷铁的部位二次直径臂间距会较大，导致该部位的性能较差。

通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201310611252.3的中国发明专利申请采用了砂型中掺杂金属球的方式构成砂-铁组合铸型，一定程度上保留了砂型制作复杂铸型的能力，同时又可获得比传统砂型更快的冷却速度。然而，这种铸型与金属液的换热能力介于冷铁与砂型之间，并且同样存在着换热系数随凝固过程进行而发生衰减的情况，针对远离铸型的部位难以获得较高的冷却速度，二次枝晶臂间距较大从而恶化铸件性能。

进一步地，中国专利“一种生成细长柱状晶凝固组织的铝合金铸造方法”(CN108607973A)提出了一种在铸件凝固期间利用水幕冲击模具的方法，该方法通过利用水幕先冷却模具，再通过模具冷却金属液，以求在某个方面上获得具有较大的冷却速度。但一方面，模具在冷却金属液的同时自身也被加热，这种方式通过水幕先冷却模具间接冷却金属液，换热效率低下；另一方面，对于形状复杂的铸件，由于金属液凝固期间的体积收缩，铸件有产生“离模”的可能性，在铸型与铸件之间产生新的空气热阻层，进一步影响与铸型之间的换热，导致合金凝固过程中冷却速度不理想，影响显微组织中二次枝晶臂间距，从而影响铸件的性能。

本发明即是在这样的背景下，提供一种利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法。通过在铸造过程中控制合金熔液的浇注温度以及采用激冷材料/冷却流体双冷却的方法，能够在合金凝固过程中获得比传统方法更高的冷却速度，从而减小显微组织中二次枝晶臂间距，并有助于改善铸件的力学性能。

发明内容

本发明的目的是克服传统成型技术与现有专利的不足而提供一种利用双冷却条件获得细小二次枝晶臂间距的合金铸造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：