专利名称：一种铝合金、其制成的用于铝合金铸件成形的芯撑及该芯撑的制备的制作方法
技术领域：
本发明属于铸造领域，涉及特别适用于有承压要求的铝合金铸件铸造成形时使 用、也可以用于一般铝合金铸件铸造成形时使用的辅助材料，具体是一种铝合金、其制成的 用于铝合金铸件成形的芯撑及该芯撑的制备。
背景技术：
铸件生产过程中，砂芯在型腔中主要靠芯头固定，但有时砂芯只靠芯头定位难以 稳固，因此在生产中常采用芯撑对砂芯进行加固，以起到辅助支撑的作用。芯撑在应用中需要关注强度和与铸件本体熔合性两方面的问题。首先，在型腔中 铸件未完全凝固之前，芯撑自身应具有足够的强度，不应在型腔中过早熔化而使强度下降 引起芯撑对砂芯支撑作用的丧失；其二是芯撑有可能因与铸件熔合不良而引起气孔，或者 不熔合，引起铸件断面存在致密性缺陷，因此，原则上有承压要求的铸件应尽量不用芯撑， 以免引起渗漏。现有黑色金属铸造生产中广泛应用的芯撑就材质而言多为铁基金属(钢 或铸铁)，表面镀锌或镀铝。对于铝合金铸件生产应用，此类铁基芯撑熔点过高 (1200°C -1400°C )，无法与凝固过程中的铝合金基体有效熔合，熔合界面极易发生渗漏，根 本无法应用于有承压要求的铝合金铸件。此外，铁基金属芯撑，在型腔中还会产生明显的冷 铁作用，很大程度上降低铝合金液的充型能力，造成铸件的成形困难，尤其对薄壁铝合金铸 件成形的负面作用非常明显。但是，单纯的选用低熔点材料制造芯撑以增加熔合性也是不 可取的，因为熔点过低尽管保证了熔合性并减轻了芯撑的冷铁作用，但是芯撑在型腔中过 早熔化，会失去对砂芯的支撑作用而失去芯撑的原有效果。由此可见，芯撑材料的强度和与 铸件本体的熔合性是相关于芯撑材料熔点的一对矛盾。其矛盾关系可描述为芯撑材料强度 随其熔点增高而增大，但芯撑与铸件本体熔合性会随之下降。在承压铝合金铸件铸造成形时，使用国家标准规定的常用牌号铸造铝合金(如 ZL101、ZL102、ZL105、ZL201等)制成芯撑(如图1所示，该结构为铸造工程应用中通用的 芯撑结构)，在铸造型腔中难以在铝合金金属液凝固过程中与其充分熔合，对成形后的铸件 打压发现，渗漏现象始终存在。为改善采用上述国标牌号制造的通用结构铝合金芯撑与铝 合金铸件本体的熔合性，在现有芯撑结构上加工了螺纹(如图2所示)，但应用后仍然无法 满足打压要求。通过研究发现，应用国标牌号铸造铝合金制造的芯撑，在合金液浇入型腔中 后，对合金液流始终起到一种分流作用，在液流流经芯撑柱体表面后，液流与芯撑柱体表面 接触的界面处存在较大的热量损失，在液流温度下降无法熔合芯撑表面以及液流自身表面 张力的复合作用下，液流在芯撑柱面未直接接触液流处无法完全闭合，始终存在微小空隙， 在最终成形的铸件中始终存在不致密缝隙，形成冷隔缺陷，无法满足承压要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种熔点合适铝合金及其制成的用于铝合金铸件成形的芯 撑，以解决现有技术中承压铝合金铸件成形中芯撑与铝合金铸件本体熔合不佳、始终存在 不致密缝隙、形成冷隔缺陷，无法满足承压要求的技术问题，从而提高铸件本体与芯撑熔合 界面的冶金结合程度，达到铝合金承压铸件的内部质量要求。为达上述目的，本发明提供了一种熔点较低的铝合金，该铝合金的组分的质量百 分比为:Si :11 13%, Mg 0. 15 0. 30%, Al :86. 7 88. 85%。该铝合金可通过感应电炉熔配，Mg元素通过Al-Mg中间合金加入。该铝合金的熔 化温度范围低于铸造铝合金浇注温度(< 600°C )，经处理后表面易于被高温铸造铝合金液 熔化并与铸造铝合金基体熔合。用本发明的铝合金制成的用于铝合金铸件成形的芯撑，包括左侧板1、右侧板2及设 置在左侧板1和右侧板2之间、设有横槽3的中间撑板4，该横槽3用于通过型腔内合金液流。该芯撑的制作方法，包括步骤1)按照本发明提供的铝合金的组分熔配该铝合金液；2)将熔制好的铝合金液浇入尺寸所需的方形锭模制成合金锭，经退火后待用；3)通过线切割的方法，根据欲制成的芯撑的左、右侧板和横板的壁厚尺寸需求，将 铝合金锭切割成薄板；4)采用冲裁的加工方法加工芯撑中间撑板为梳篦形式，且中间撑板高度不可高于 侧壁薄板的高度；5)采用点焊的方式焊接芯撑主体。由于本发明提供的铝合金的熔化温度范围低于铸造铝合金浇注温度(< 600°C )， 经处理后表面易于被高温铸造铝合金液熔化并与铸造铝合金基体熔合，有效解决了现有技 术中承压铝合金铸件成形中芯撑与铝合金铸件本体熔合不佳的技术问题，同时，利用该铝 合金制成的芯撑，由于将本发明的芯撑置入型腔后，A、B分别为芯撑C支撑的上下型芯，液 流D流经芯撑的梳篦孔后，液流呈层流分层状流动，流动过程受上层重力作用及下层浮力 作用，能有效克服层间液流表面张力作用，避免分层冷隔产生。由于芯撑自身熔点较低于 铸造铝合金液温度，芯撑表面过流界面处会熔化，能够与液流充分熔合，达到致密的冶金结 合，有效解决了现有的芯撑始终存在不致密缝隙易形成冷隔的缺陷，满足承压铸件的内部 质量要求。
图1是通用芯撑的结构示意图；图2是加螺纹的芯撑结构示意图；图3本发明的芯撑的结构示意图。图4是芯撑原理示意图。
具体实施例方式实施例一本实施例是应用本发明内容铸造航空用承压铝合金铸件的实例，铸件材料为ZL101，浇注温度710°C，内腔要求承压，承压腔壁厚5mm。该实例需用芯撑侧壁尺寸为 5mm(长)X5mm(宽)X2mm(厚)，梳篦支撑板尺寸为4mm(长)X4mm(宽)X2mm(厚)。合金 成分按照 Si 为 11. 8 (wt) %，Mg 为 0. 22 (wt) %，Al 为 87. 98 (wt) % 配制，其中 Mg 通过 Al-Mg 中间合金方式加入，在感应电炉中进行熔化后，浇入方形石墨锭模中获得方形合金锭。将合 金锭退火后按照所需芯撑尺寸下料，并按照发明内容所述芯撑结构制成本实例所需铝合金 芯撑。将所制芯撑经预热后放入型腔内所需支撑砂芯位置固定砂芯，浇入铝液形成铸件后， 经打压测试由芯撑支撑形成的承压腔壁无渗漏。实施例二本实施例是应用本发明内容铸造航空用承压铝合金铸件的实例，铸件材料为 ZL105A，浇注温度720°C，内腔要求承压，承压腔壁厚7mm。该实例需用芯撑侧壁尺寸为 7mm(长)X7mm(宽)X2mm(厚)，梳篦支撑板尺寸为6mm(长)X6mm(宽)X2mm(厚)，梳篦 缝宽1mm，共3条。合金成分按照Si为12. 5 (wt) %，Mg为0.观(wt) %，Al为87. 22 (wt) % 配制，其中Mg通过Al-Mg中间合金方式加入，在感应电炉中进行熔化后，浇入方形石墨锭模 中获得方形合金锭。将合金锭退火后按照所需芯撑尺寸下料，并按照发明内容所述芯撑结 构制成本实例所需铝合金芯撑。将所制芯撑经预热后放入型腔内所需支撑砂芯位置固定砂 芯，浇入铝液形成铸件后，经打压测试由芯撑支撑形成的承压腔壁无渗漏。参见图3、4，用本发明的铝合金制成的用于铝合金铸件成形的芯撑，包括左侧板 1、右侧板2及设置在左侧板1和右侧板2之间、设有横槽3的中心撑板4，该横槽3用于通过 型腔内合金液流。将本发明的芯撑置入型腔后，A、B分别为芯撑C支撑的上下型芯，液流D 流经芯撑的梳篦孔后，液流呈层流分层状流动，流动过程受上层重力作用及下层浮力作用， 能有效克服层间液流表面张力作用，避免分层冷隔产生。由于芯撑自身熔点较低于铸造铝 合金液温度，芯撑表面过流界面处会熔化，能够与液流充分熔合，达到致密的冶金结合，有 效解决了现有的芯撑始终存在不致密缝隙易形成冷隔的缺陷，满足承压铸件的内部质量要 求。同时本发明还提供了该芯撑的制作方法，包括以下步骤1)按照本发明提供的铝合金的组分熔配该铝合金液；2)将熔制好的铝合金液浇入尺寸所需的方形锭模制成合金锭，经退火后待用；3)通过线切割的方法，根据欲制成的芯撑的左、右侧板和横板的壁厚尺寸需求，将 铝合金锭切割成薄板；4)采用冲裁的加工方法加工芯撑中间撑板为梳篦形式，且中间撑板高度不可高于 侧壁薄板的高度；5)采用点焊的方式焊接芯撑主体。
权利要求
1.一种铝合金，其特征在于该铝合金的组分的质量百分比为Si :11 13%，Mg 0. 15 0. 30%, Al 86. 7 88. 85%。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于所述铝合金的组分的质量百分数为 Si 11. 8%, Mg 0. 22%, Al :87. 98%。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于所述铝合金的组分的质量百分数为 Si 12. 5%, Mg 0. 28%, Al :87. 22% 0
4.利用权利要求1所述的铝合金制成的用于铝合金铸件成形的芯撑，其特征在于该 芯撑包括左侧板、右侧和中间撑板，所述横板设置在左侧板和右侧板之间；所述横板上设有 横槽。
5.权利要求4所述芯撑的制作方法，其特征在于包括以下步骤1)按照本发明提供的铝合金的组分熔配该铝合金液；2)将熔制好的铝合金液浇入尺寸所需的方形锭模制成合金锭，经退火后待用；3)通过线切割的方法，根据欲制成的芯撑的左、右侧板和横板的壁厚尺寸需求，将铝合 金锭切割成薄板；4)采用冲裁的加工方法加工芯撑中间撑板为梳篦形式，且中间撑板高度不可高于侧壁 薄板的高度；5)采用点焊的方式焊接芯撑主体。
全文摘要
本发明涉及一种铝合金，其组分的质量百分比为Si11～13％，Mg0.15～0.30％，Al86.7～88.85％。由于本发明提供的铝合金的熔化温度范围低于铸造铝合金浇注温度，经处理后表面易于被高温铸造铝合金液熔化并与铸造铝合金基体熔合，有效解决了现有技术中承压铝合金铸件成形中芯撑与铝合金铸件本体熔合不佳的技术问题，同时，利用该铝合金制成的芯撑，液流流经芯撑的梳篦孔后，液流呈层流分层状流动，流动过程受上层重力作用及下层浮力作用，能有效克服层间液流表面张力作用，避免分层冷隔产生。有效解决了现有的芯撑始终存在不致密缝隙易形成冷隔的缺陷，满足承压铸件的内部质量要求。
文档编号B22C9/10GK102115838SQ200910254610
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者唐桢, 焦建民, 王万成, 王崇庆, 肖志强, 茄菊红, 贺建设 申请人:西安航空动力控制有限责任公司