專利名稱：一種提高液態(tài)金屬充型能力的方法及裝置的制作方法
一種提高液態(tài)金屬充型能力的方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬的鑄造成形領(lǐng)域，特別提供一種提高液態(tài)金屬充型能力的方法。 技術(shù)背景
液態(tài)金屬成形包括充填鑄型/模具型腔和冷卻凝固兩個過程。充型能力不足易產(chǎn)生澆不足、縮孔或縮松、氣孔、熱裂等缺陷，無法獲得輪廓清晰的復(fù)雜薄壁鑄件，進(jìn)而嚴(yán)重影響鑄件的力學(xué)性能?？梢詮囊韵聝蓚€方面提高液態(tài)金屬的充型能力(1)通過提高液態(tài)金屬的流動性來提高其充型能力。該方法的主要思想是調(diào)整或添加合金成分，如專利03150926. 6和200610159739. 2。專利03150926. 6在現(xiàn)有的AZ91合金基礎(chǔ)上，提高合金中的Al含量、降低Zn含量,加入富Ce混合稀土 RE以及Ti元素,適量增加Be元素的含量，目的是降低液態(tài)金屬的粘度以提高充型能力。該方法的主要問題在于改變原有合金的化學(xué)成分、引入雜質(zhì)元素，在改善充型能力的同時帶來其它問題。(2)通過施加一定的外界條件來提高液態(tài)金屬的充型能力專用涂料是一種有效的方式，如專利200810010437.8、 03108033. 2和200610159739. 2，但適應(yīng)性差且會污染液態(tài)金屬。在液態(tài)金屬和模具型腔之間產(chǎn)生負(fù)壓是一種途徑，通過負(fù)壓提高充型能力，如專利200810046636. 4 ,88106919. I、 200410009617. 6和200510042917. 9。該思想目前被廣泛采用，但負(fù)壓通常是通過壓力或真空實(shí)現(xiàn)的，設(shè)備復(fù)雜成本高。另一種方式是在液態(tài)、金屬充填模具型腔過程中施加一個振動 /振蕩場來提高充型能力，如專利201110025744. 5，但成本高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有方法存在的不足，提出直流電流輔助充型提高液態(tài)金屬充型能力的方法。
本發(fā)明的基本原理是利用直流電流改善液態(tài)金屬的界面張力。若液態(tài)金屬接直流電源的陽極，導(dǎo)電模具接陰極，則液態(tài)金屬和模具的接觸表面構(gòu)成電極且存在界面張力。該界面張力不僅與界面層的物質(zhì)有關(guān)，而且與界面兩側(cè)的過剩電荷密度密切相關(guān)。因此，通過調(diào)解直流電流的強(qiáng)度可以調(diào)解界面張力。根據(jù)凝固理論，直流電流輔助充型可以降低液態(tài)金屬和模具接觸表面的潤濕性，抑制充型過程中的異質(zhì)形核降低粘度，進(jìn)而改善流動性提高充型能力。同時提高補(bǔ)縮，降低縮孔、縮松以及熱烈的傾向，進(jìn)而提高鑄件的致密性和力學(xué)性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
將模具/鑄型設(shè)計為導(dǎo)電模具/鑄型，將直流電流的陽極接液態(tài)金屬端，直流電流的陰極接導(dǎo)電模具/鑄型端，在液態(tài)金屬充型過程中，對液態(tài)金屬端和導(dǎo)電模具/鑄型端施加直流電流，以改善液態(tài)金屬的界面張力，提高其充型能力。
本發(fā)明所述的施加直流電流，其強(qiáng)度范圍為5-15A，具體選擇時應(yīng)該根據(jù)液態(tài)金屬的化學(xué)成分和充型時的溫度來確定。
本發(fā)明直流電流施加于整個液態(tài)金屬充型過程，待液態(tài)金屬充型完畢后將直流電流 斷開。
本發(fā)明直流電流回路由充型過程中的液態(tài)金屬與導(dǎo)電模具/鑄型構(gòu)成。
本發(fā)明所述的方法是通過以下裝置實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的裝置包括加熱澆包(I)、拔塞(2)、鎢電極(4)、直流電源(5)、金屬模具(6)和模具型腔(7)。液態(tài)金屬(3)置于加熱燒包(I)內(nèi)，鶴電極(4)插于液態(tài)金屬(3) 內(nèi)且與直流電源(5)的陽極相接，金屬模具(6)與直流電源(5)的陰極相接，拔塞(2)插在加熱澆包(I)下端澆口處。將加熱澆包(I)下行至模具型腔(7)的入口的上方，但不與模具(6 )接觸。開啟拔塞(2 )，液態(tài)金屬(3 )流入模具型腔(7 )，一旦液態(tài)金屬(3 )與模具型腔(7)的表面相接觸，電流回路構(gòu)成，直流電發(fā)揮作用。通過調(diào)整電流強(qiáng)度獲得不同的液態(tài)金屬充型能力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明利用直流電流改善液態(tài)金屬的界面張力，不需改變化學(xué)成分，對充型材料沒有污染；本發(fā)明的方法實(shí)施簡單、靈活、成本低，本發(fā)明的方法可以提高所有液態(tài)導(dǎo)電材料在導(dǎo)電模具/鑄型中的充型能力。


圖1液態(tài)金屬充型。I為加熱澆包、2為拔塞、3為液態(tài)金屬、4為鎢電極、5為直流電源、6為金屬模具和7為模具型腔。
圖2 Al-5. 9% Zn-2. 20% Mg-L 70% Cu (wt. %)未施加直流電流的微觀組織。
圖3 Al-5. 9% Zn-2. 20% Mg-L 70% Cu (wt. %)施加直流電流的微觀組織。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例I。充型裝置。
結(jié)合圖1說明本實(shí)施例。本實(shí)施例適用于液態(tài)金屬的充型，其裝置包括加熱澆包1、拔塞2、液態(tài)金屬3、鶴電極4、直流電源5、金屬模具6和模具型腔7。液態(tài)金屬3置于燒包I內(nèi)，鎢電極4插于液態(tài)金屬內(nèi)且與直流電源5的陽極相接，金屬模具5與直流電源5的陰極相接。開啟拔塞2，液態(tài)金屬3流入模具型腔7，一旦液態(tài)金屬3與模具型腔7的表面相接觸，電流回路構(gòu)成，直流電發(fā)揮作用。通過調(diào)解電流強(qiáng)度獲得不同的液態(tài)金屬充型能力。
實(shí)施例2。充型裝置參考實(shí)施例1，液態(tài)金屬3的化學(xué)成分為Al-5. 9% Zn-2. 20% Mg-L 70% Cu(wt. %)，質(zhì)量為2kg，溫度調(diào)節(jié)到680°C，金屬模具6的預(yù)熱溫度為200°C，模具型腔7為Φ 6mm X 500mm的圓柱空腔。
未施加直流電流圓柱體長度183mm，密度為2. 651 X 103kg/m3，存在熱烈，微觀組織見圖2，鑄態(tài)屈服強(qiáng)度為270Mpa，鑄態(tài)延伸率約為6%。
施加直流電流電流強(qiáng)度6A，施加時間3s :圓柱體長度317mm，密度為2.664X 103kg/m3，無熱烈，微觀組織見圖3，鑄態(tài)屈服強(qiáng)度為281Mpa，鑄態(tài)延伸率約為9%。
實(shí)施例3。充型裝置參考實(shí)施例I，液態(tài)金屬3的化學(xué)成分為Al-18% Si，質(zhì)量為 3kg，溫度調(diào)節(jié)到710°C，金屬模具6的預(yù)熱溫度為210°C，模具型腔7為Φ6πιπιΧ 1000mm的圓柱空腔。
未施加直流電流圓柱體長度327mm，密度為2. 676 X 103kg/m3。
施加直流電流電流強(qiáng)度5A，施加時間5s :圓柱體長度602mm，密度為2.710X103kg/m3。
實(shí)施例4。充型裝置參考實(shí)施例1，液態(tài)金屬3的化學(xué)成分為Mg-9% Al，質(zhì)量為1.8kg，溫度調(diào)節(jié)到650°C，金屬模具6的預(yù)熱溫度為230°C，模具型腔7為Φ6πιπιΧ 800mm的 圓柱空腔。
未施加直流電流圓柱體長度236mm，密度為1. 610 X 103kg/m3。
施加直流電流電流強(qiáng)度6A，施加時間4s :圓柱體長度384mm，密度為1.682X 103kg/m3。
實(shí)施例5。充型裝置參考實(shí)施例1，液態(tài)金屬3的化學(xué)成分為Mg-3%A1，質(zhì)量為2kg， 溫度調(diào)節(jié)到680°C，金屬模具6的預(yù)熱溫度為230°C，模具型腔7為Φ6mmX 800mm的圓柱空腔。
未施加直流電流圓柱體長度209mm，密度為1. 591 X 103kg/m3，存在熱烈。
施加直流電流電流強(qiáng)度15A，施加時間3s :圓柱體長度326mm，密度為1.627X 103kg/m3,無熱烈。
通過以上實(shí)施例可以明顯地看出，采用本發(fā)明方法，可以很好地改善地提高液態(tài)金屬的充型能力。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并不限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。特別地，如將本發(fā)明內(nèi)容嵌入類似于技術(shù)背景中所述的方法中產(chǎn)生新的思想，也在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高液態(tài)金屬充型能力的方法，其特征是將模具/鑄型設(shè)計為導(dǎo)電模具/鑄型，將直流電流的陽極接液態(tài)金屬端，直流電流的陰極接導(dǎo)電模具/鑄型端，在液態(tài)金屬充型過程中，對液態(tài)金屬端和導(dǎo)電模具/鑄型端施加直流電流，待液態(tài)金屬充型完畢后將直流電流斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高液態(tài)金屬充型能力的方法，其特征是所述的施加直流電流，其強(qiáng)度范圍為5-15A。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的提高液態(tài)金屬充型能力的方法的裝置，其特征是包括加熱澆包(I)、拔塞(2)、鎢電極(4)、直流電源(5)、金屬模具(6)和模具型腔(7);液態(tài)金屬置于加熱燒包(I)內(nèi)，鶴電極(4)插于液態(tài)金屬內(nèi)且與直流電源(5 )的陽極相接,金屬模具(6 )與直流電源(5 )的陰極相接，拔塞(2 )插在加熱澆包(I)下端澆口處；加熱澆包(I)下行至模具型腔(7 )的入口的上方，開啟拔塞(2 )，液態(tài)金屬(3 )流入模具型腔(7 )，液態(tài)金屬(3 )與模具型腔(7)的表面相接觸，構(gòu)成電流回路。
全文摘要
一種提高液態(tài)金屬充型能力的方法及裝置，將模具/鑄型設(shè)計為導(dǎo)電模具/鑄型，直流電流的陽極接液態(tài)金屬端，陰極接導(dǎo)電模具/鑄型端，在液態(tài)金屬充型過程中，對液態(tài)金屬端和導(dǎo)電模具/鑄型端施加直流電流。裝置包括加熱澆包、拔塞、鎢電極、直流電源、金屬模具和模具型腔；液態(tài)金屬置于加熱澆包內(nèi)，鎢電極插于液態(tài)金屬內(nèi)且與直流電源的陽極相接，金屬模具與直流電源的陰極相接，拔塞插在加熱澆包下端澆口處；加熱澆包下行至模具型腔的入口的上方，開啟拔塞，液態(tài)金屬流入模具型腔，液態(tài)金屬與模具型腔的表面相接觸，構(gòu)成電流回路。本發(fā)明不需改變金屬的化學(xué)成分，對充型材料沒有污染，實(shí)施簡單、靈活、成本低，可以提高液態(tài)導(dǎo)電材料的充型能力。
文檔編號B22D27/02GK102974807SQ201210270860
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者郭洪民, 楊湘杰 申請人:南昌大學(xué)