一种低压砂型铸造装置及利用其制备纯净铝铸件的方法与流程

1.本发明属于铸造领域，具体涉及一种低压砂型铸造装置及利用其制备纯净铝铸件的方法。

背景技术：

2.铸造行业对铸件产品质量要求日渐提高，如汽车、高铁变速箱体铸件对于化学元素的要求十分严格。变速箱体铸件常采用铝液低压砂型铸造，其铸造过程中常采用铁质的升液管，而铁元素和铝元素非常容易发生反应，在铸造注入铝水的过程，高温的铝水流过铁质的升液管极易被污染，且铁质的升液管耐腐蚀性能差，腐蚀产生不易发现的缺陷会导致漏气从而导致铸件缩孔的发生。此外，若铸件中的铁杂质含量过高会改变原本预想产品的性能，如弹性模量的降低、耐腐蚀性能的降低，大大降低了铸件的合格率，提高了生产成本。sic化学性能稳定，在高温下不易和铝发生反应，且热膨胀系数小。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种低压砂型铸造装置及利用其制备纯净铝铸件的方法。本发明是将原本低压砂型铸造中常用的铁制升液管替换为以硅碳(sic)为材质的升液管。
4.本发明所采用的具体技术方案如下：
5.第一方面，本发明提供了一种低压砂型铸造装置，包括顶部与铸造模具相连、底部伸入保温坩埚炉内的升液管，其中，所述升液管为硅碳材质。
6.作为优选，所述硅碳材料中的硅碳原子比为1:1。
7.作为优选，所述升液管总长为1000mm，内径为80mm；顶部往下330mm 长度的管段外径为125mm，其余管段的外径为120mm。
8.第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述低压砂型铸造装置以制备纯净铝铸件的方法，具体如下：
9.将熔炼后的铝合金液通过硅碳材质的升液管对目标模具进行浇注，待工件冷却后取出；随后将所得工件进行均匀化热处理，取出后切割成目标尺寸，得到纯净铝铸件。
10.作为优选，所述铝合金液为a356铝合金。
11.进一步的，所述a356铝合金中各元素的含量如下：si 7.5％，mg 0.4％，fe0.18％，cu 0.19％，mn 0.1％，zn 0.1％，ti 0.18％，其它元素：每种《0.05％，总和《0.15％，铝为余量。
12.作为优选，所述熔炼过程通过电阻炉实现。
13.作为优选，所述均匀化热处理通过热处理炉实现。
14.作为优选，所述均匀化热处理的过程具体如下：
15.首先在520℃温度下保温5h以进行固溶处理，随后在40℃水温下淬火处理，最后在195℃温度下保温6h以进行时效处理。
16.作为优选，所述纯净铝铸件的尺寸为直径3.7mm、高5.29mm的圆柱结构。
17.作为优选。所述浇注压力为0.02～0.06mpa。
18.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
19.本发明通过将低压砂型铸造中常用的铁制升液管替换为以sic为材质的升液管，有效减少了低压铸造过程铝液中的杂质，提高了产品的弹性模量，减少了铸件在脱模时的形变程度，提高了产品的质量，同时提高了升液管的使用寿命，降低了生产成本。
附图说明
20.图1为本发明装置结构示意图。
21.图2为采用铁质(a)和sic质(b)升液管低压砂型铸造得的铝铸件的金相图。
22.图3为采用铁质(a)和sic质(b)升液管低压砂型铸造得的铝铸件的组织形貌。
23.图4为采用不同材质升液管低压砂型铸造得的铝铸件压缩测试位移-载荷图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
25.如图1所示，为本发明提供的一种低压砂型铸造装置，该铸造装置的下部是一个密闭的保温坩埚炉，用于储存熔炼好的金属液。坩埚炉的顶部紧固着铸型(即铸造模具)，垂直升液管使金属液与朝下的浇注系统相同，本发明将目前常用的铁质升液管优化为硅碳升液管。在实际应用时，硅碳材料中的硅碳原子比优选为 1:1；升液管总长为1000mm，内径为80mm；顶部往下330mm长度的管段外径为125mm，其余管段的外径为120mm。
26.利用上述低压砂型铸造装置以制备纯净铝铸件的方法，具体如下：
27.将熔炼后的铝合金液通过硅碳材质的升液管对目标模具进行浇注，待工件冷却后取出；随后将所得工件进行均匀化热处理，取出后切割成目标尺寸，得到纯净铝铸件。
28.其中，铸型在浇注前需要预热到工作温度，并在型腔内喷刷涂料。在浇注过程中，先缓慢的向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下至上沿着升液管和浇注系统充满型腔。升压到规定工作压力后，金属液在压力下结晶。当铸件凝固后，坩埚炉内也有大气相通，金属液的压力恢复到大气压，升液管和浇注系统中尚未凝固的金属液因重力作用而回流至坩埚炉中，待工件冷却后，开启铸型，取出铸件。均匀化热处理的过程具体如下：首先在520℃温度下保温5h以进行固溶处理，随后在40℃水温下淬火处理，最后在195℃温度下保温6h以进行时效处理。
29.实施例
30.本实施例利用本发明中硅碳材质升液管的低压砂型铸造装置和常规铁质升液管的低压砂型铸造装置进行浇注，具体如下：
31.(1)称取100kg的a356合金，然后在工业电阻炉中进行熔炼，分别用fe 制和sic棒制升液管对同一种铝铸件进行低压砂型铸造，待工件冷却后取出。
32.(2)将步骤(1)分别所得的工件放进热处理炉中进行均匀化热处理，然后取出工件切割直径为3.7mm，高为5.29mm的两个小圆柱试样。
33.(3)将步骤(2)所得两个试样磨样、抛光后进行金相处理，进行组织、成分和力学性
能分析。具体如下：
34.使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察二者的显微组织。光学显微镜拍摄得金相图片如图2所示，其中a)为采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件放大100倍的金相图片，b)为采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件放大100倍的金相图片，可以看出a)中晶粒相较于b)中晶粒变细，且b)中存在缺陷。扫描电子显微镜拍摄得显微组织图片如图3所示，其中a)b)分别为采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件放大50倍和200倍的组织形貌；c)d)分别为采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件放大50倍和200倍的组织形貌。在低倍可以明显观察到：采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件有些许缺陷。在高倍可以明显观察到：采用铁质升液管低压砂型铸造得的铝铸件中含有较多的杂质，而sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件没有明显缺陷和较多的杂质。
35.将样品进行x射线荧光光谱分析，两样品中各元素成分的百分含量如表1 所示，表中sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品除铝之外的各中杂质大部分少于铁制的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品中的杂质含量，fe含量的降低尤为明显。
36.表1采用不同材质升液管低压砂型铸造得的铝铸件中各元素的百分含量
[0037][0038]
将两圆柱样品进行压缩性能测试，得到压缩测试位移-载荷图如图4所示，图中：图中直线段部分即弹性变形阶段显示sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品的位移-载荷曲线斜率高于铁制的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品的位移-载荷曲线斜率，这表明sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品对弹性变形的抗力优于铁制的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品。通过对直线段的原始数据进行拟合计算求得弹性模量e值如表2所示：sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品的弹性模量高于铁制的升液管低压砂型铸造得的铝铸件样品，这使得sic材质的升液管低压砂型铸造得的铝铸件在脱模时和之后加工中受力而形变程度降低。
[0039]
表2采用不同材质升液管低压砂型铸造得的铝铸件的弹性模量
[0040][0041]
本发明是将原本低压砂型铸造过程中常用的铁制升液管替换为以sic为材质的升液管，以a356铝合金的低压铸造为研究对象，对升液管改造前后逐渐的成分和组织性能进行研究。本发明在有效减少铸造铝液杂质的同时，提高了产品的弹性模量，提升了产品的质量，同时提高了升液管的使用寿命，降低了生产成本。
[0042]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种低压砂型铸造装置，包括顶部与铸造模具相连、底部伸入保温坩埚炉内的升液管，其特征在于，所述升液管为硅碳材质。2.根据权利要求1所述的一种低压砂型铸造装置，其特征在于，所述硅碳材料中的硅碳原子比为1:1。3.根据权利要求1所述的一种低压砂型铸造装置，其特征在于，所述升液管总长为1000mm，内径为80mm；顶部往下330mm长度的管段外径为125mm，其余管段的外径为120mm。4.一种利用权利要求1～3任一所述低压砂型铸造装置以制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，具体如下：将熔炼后的铝合金液通过硅碳材质的升液管对目标模具进行浇注，待工件冷却后取出；随后将所得工件进行均匀化热处理，取出后切割成目标尺寸，得到纯净铝铸件。5.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述铝合金液为a356铝合金。6.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述熔炼过程通过电阻炉实现。7.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述均匀化热处理通过热处理炉实现。8.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述均匀化热处理的过程具体如下：首先在520℃温度下保温5h以进行固溶处理，随后在40℃水温下淬火处理，最后在195℃温度下保温6h以进行时效处理。9.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述纯净铝铸件的尺寸为直径3.7mm、高5.29mm的圆柱结构。10.根据权利要求4所述的制备纯净铝铸件的方法，其特征在于，所述浇注压力为0.02～0.06mpa。

技术总结

本发明公开了一种低压砂型铸造装置及利用其制备纯净铝铸件的方法，属于铸造领域。本发明是将现有技术中低压砂型铸造过程常用的铁制升液管替换为以SiC为材质的升液管，随后以A356铝合金的低压铸造为研究对象，对升液管改造前后逐渐的成分和组织性能进行研究。本发明在有效减少铸造铝液杂质的同时，提高了产品的弹性模量，提升了产品的质量，同时提高了升液管的使用寿命，降低了生产成本。降低了生产成本。降低了生产成本。