专利名称：一种减少离心铸造比重偏析的方法
技术领域：
本发明涉及一种减少离心铸造比重偏析的方法，属于铸造技术领域。
背景技术：
所谓铸造偏析就是合金液在铸型中凝固以后，铸件断面各个部分以及晶粒与晶界之间存在化学成分的不均勻现象。由于铸件各部分化学成分不一致，势必使其机械及物理性能也不一样，这样就会影响铸件的工作效果和使用寿命。因此，在铸造生产中，应尽量防止合金在凝固过程中产生偏折。偏析是ー种铸造缺陷，一般分为三种类型，即晶内偏折、区域偏析和比重偏折。所谓晶内偏折，又称树枝状晶偏折，其特征是同一个晶粒内，各部分化学成分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较高的成分多。所谓区域偏折，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不一致的现象，它主要由于合金进行选择凝固所引起的。所谓比重偏折，即由于合金中两组元比重不同，而在同一铸件中出现上下部分成分不一致的现象。对于某ー种合金铸件而言，产生的偏折往往有ー种主要型式，但由于各种铸造条件的影响，几种偏析也可能同时出现。在合金铸件中由于各组分比重不同，常常造成比重偏折。出现这种偏析时，对于重 カ铸造的铸件，上部合金中比重较小的合金组元较多，而下部比重较大的合金组元较多。特别是在离心铸造套类铸件或者管件吋，无论是合金钢铸件，还是有色金属如铜合金、铝合金铸件，其铸件均为在离心力的作用下成型并凝固，由于各种合金元素密度不同，在离心铸造过程中容易产生比重力铸造铸件更加严重的比重偏折，严重的还会产生分层(如铅青铜、 磷青铜)，从而影响铸件质量。这是ー个较难解决的问题，生产厂家大多从改变铸型预热温度、浇注温度、浇注速度、铸型转速等离心铸造エ艺參数、优化工艺条件的角度考虑；还有的添加微量元素以改变凝固特性。上述措施对解决离心铸造的比重偏折问题，具有一定的作用，但均存在作用上的局限性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种减少离心铸造比重偏析的方法，改良传统离心铸造的浇注エ艺，减少离心铸造中的比重偏折问题，提高铸件内在质量。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种减少离心铸造比重偏折的方法，包括下列内容1、将准备好的金属加热熔化；2、将熔炼好的金属液，注入选定的专用底注式浇包，达到预定高度H时进行预搅拌，使金属液形成漩涡；然后拔出专用底注式浇包的柱塞，使专用底注式浇包内金属液流下时形成负压，通过虹吸和重力的作用，使专用底注式浇包内的金属液在中心轴线方向形成向下的涡流，同时抽吸上层轻金属与下层重金属，使各合金元素重新均勻分布一同流下，进入铸型，在离心铸型中快速冷却并凝固成铸件；若铸件质量大，金属液用量多，即可ー边浇注一面将预备的金属液注入专用底注式浇包，并维持其合金液柱的高度接近预定高度H，直至所有金属液进入铸型，完成浇注。上述的专用底注式浇包，包括底注式浇包和浇ロ杯，浇ロ杯一端连接底注式浇包底部，一端连通铸型；所述底注式浇包，其内腔为倒锥台形状，锥度为1 4-1 7. 5;其底部中心开有注孔，底注式浇包内沿中心轴线方向设置柱塞，柱塞与注孔过盈配合。上述的专用底注式浇包，根据合金液体的质量，其底部内径D1、预定高度H处内径 D2、预定高度H和注孔直径d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2—1. 5) XDl ；其中η为径差系数，取值1. 2-1. 3 ；合金中各组元间密度差大于5时取大值，密度差在3 以下时取小值；密度差在3-5之间时用插值法计算该系数值，密度单位为103kg/m3 ；m为注孔系数，取值0. 07-0. 08 ；铸件质量大于5t时取小值，小于5t时取大值；浇包注孔直径不小于30mm。本发明在保留现有的部分离心铸造エ艺的前提下，改变浇注的方法，利用金属液具有一定的压カ头，浇包的设计使浇包内金属液流下时形成负压，在负压的作用下产生虹吸作用，将比重较轻的浇包上层金属液与比重较大的下层金属液和一同流下，使各合金元素在虹吸和重力作用下，重新分布，起到均勻搅拌的作用。另外在拔柱塞前进行预搅拌，形成漩涡，更有利于轴线处空腔的形成。通过在离心铸造铸型中由于极冷作用而凝固较快，能大大减少比重偏析的形成，获得成分和组织均勻的铸件。本发明所使用的浇包与普通的浇包不同，注孔直径比通常浇注用底注式浇包要大，便于形成中心负压区，加快金属流速，同时抽吸上层轻金属与下层重金属一同进入浇ロ杯。另外，不同的金属液，因比重差不同，选用不同尺寸的浇包，以获得更佳效果。传统的离心铸造浇注，一般在金属熔炼完成后，直接倒入浇ロ杯，用浇ロ杯直流定量浇注，浇注平稳，定量准确，可以控制浇注速度。但由于金属密度不同，一旦完全熔为液相，以铜铝合金为例，富铜相沉底，富铝相上浮；即使浇注前大力搅拌，但稍ー静置，结果依然。所以浇注时极易造成富铝部分(轻金属)先进入离心铸型，离心冷模使其很快凝固，形成外売，而富铜部分(重金属)后入，虽然重力大，但由于外部已形成売，且熔点高，常常集中于内层，形成比重偏折。为解决现有离心铸造エ艺存在的严重比重偏析问题，经多年研究，本发明提供了一种离心铸造浇注技木，该技术保留了部分离心铸造的エ艺特点，又克服了其中存在的显著缺点，在制作合金钢、有色金属合金管件、管坯、套类铸件时，解决了比重偏析的缺陷，铸件的性能有显著提高。与现有技术相比，本发明具有以下优点一是铸件的机械性能提高， 由于比重偏析问题解决，提高了铸件内在质量，使铸件的组织更加致密。ニ是方法简单，成本低，只需改变浇注的模式。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进ー步详细说明。图1为本发明实施例的专用底注式浇包的结构示意图。
具体实施例方式实施例1离心铸造9吨重的ZCuA19Fe4铜合金套，包括下列内容1、按照铸造9吨重的CuA19Fe4铜合金套准备好各种金属并加热熔化。2、选定专用底注式浇包该专用底注式浇包其底部内径D1、预定高度H处内径D2、 预定高度H和注孔直径d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2-1. 5) XDl ；其中η为径差系数，取值1. 2-1. 3 ；合金中各组元间密度差大于5时取大值，密度差在3以下时取小值；密度差在3-5之间时用插值法计算该系数值，密度单位为103kg/m3 ；m为注孔系数，取值0. 07-0. 08 ；铸件质量大于5t时取小值，小于5t时取大值；浇包注孔直径不小于30mm。由于铜和铝的密度差大于5，铸件质量大于5t，故n、m两系数分別取1. 3和0. 07。此时浇包内腔尺寸为，取Dl为Φ 900mm，则D2 = 1. 3X900 = 1170mm,
d = 0. 07X900 = 63mm ；此时计算合金的平均密度，參照使用固态金属密度的平均值P均ρ 均=0. 87X P 铜 +0. 09X P 铝 +0. 04X P 铁=8. 3 ；按照圆锥体积公式，算出H = 1280mm,也就是1. 42D1，符合高度要求。然后将熔炼好的金属液，注入选定的专用底注式浇包，达到预定高度H时进行预搅拌，使金属液形成漩涡；然后拔出专用底注式浇包的柱塞，使专用底注式浇包内金属液流下时形成负压，通过虹吸和重力的作用，使专用底注式浇包内的金属液在中心轴线方向形成向下的涡流，同时抽吸上层轻金属与下层重金属，使各合金元素重新均勻分布一同流下， 进入铸型，在离心铸型中快速冷却并凝固成铸件，完成浇注，得到9吨重的ZCuA19Fe4铜合
ir ο实施例2离心铸造6吨重的ZCuH^O铜合金套。包括下列内容1、按照铸造6吨重的ZCi^b30铜合金套准备好各种金属并加热熔化。2、选定专用底注式浇包该专用底注式浇包其底部内径D1、预定高度H处内径D2、 预定高度H和注孔直径d符合下列要求D2 = nXDl ；d = mXDl ；H = (1. 2-1. 5) XDl ；其中η为径差系数，取值1. 2-1. 3 ；合金中各组元间密度差大于5时取大值，密度差在3以下时取小值；密度差在3-5之间时用插值法计算该系数值，密度单位为103kg/m3 ；m为注孔系数，取值0. 07-0. 08 ；铸件质量大于5t时取小值，小于5t时取大值；浇包注孔直径不小于30mm。由于铜和铅的密度差小于3，故η取小值1. 2，铸件质量大于5t，m取0. 07。此时浇包内腔尺寸应为，取Dl为Φ800πιπι，则D2 = 1. 2X800 = 960mm,d = 0. 07X800 = 56mm。
此时计算合金的平均密度，參考使用固态金属密度的平均值P均ρ 均=0. 7X P 铜 +0. 3X P 铅=9. 62 ；按照圆锥体积公式，算出H = 1070mm，其为1. 34D1，符合高度要求。然后将熔炼好的金属液，注入选定的专用底注式浇包，达到预定高度H时进行预搅拌，使金属液形成漩涡；然后拔出专用底注式浇包的柱塞，使专用底注式浇包内金属液流下时形成负压，通过虹吸和重力的作用，使专用底注式浇包内的金属液在中心轴线方向形成向下的涡流，同时抽吸上层轻金属与下层重金属，使各合金元素重新均勻分布一同流下， 进入铸型，在离心铸型中快速冷却并凝固成铸件，完成浇注，得到6吨重的ZCi^b30铜合金套。上述各实施例的铸件，均避免了比重偏折，铸件组织致密，提高了铸件内在质量。
权利要求
1. 一种减少离心铸造比重偏析的方法，包括下列内容1、将准备好的金属加热熔化；2、将熔炼好的金属液，注入选定的专用底注式浇包，达到预定高度H时进行预搅拌，使金属液形成漩涡；然后拔出专用底注式浇包的柱塞，使专用底注式浇包内金属液流下时形成负压，通过虹吸和重力的作用，使专用底注式浇包内的金属液在中心轴线方向形成向下的涡流，同时抽吸上层轻金属与下层重金属，使各合金元素重新均勻分布一同流下，进入铸型，在离心铸型中快速冷却并凝固成铸件；若铸件质量大，金属液用量多，即可ー边浇注一面将预备的金属液注入专用底注式浇包，并维持其合金液柱的高度接近预定高度H，直至所有金属液进入铸型，完成浇注。
2.—种权利要求1所述方法的专用底注式浇包，包括底注式浇包和浇ロ杯，浇ロ杯一端连接底注式浇包底部，一端连通铸型；其特征在于所述底注式浇包，其内腔为倒锥台形状，锥度为1 4-1 7. 5;其底部中心开有注孔，底注式浇包内沿中心轴线方向设置柱塞， 柱塞与注孔过盈配合。
3.根据权利要求2所述的专用底注式浇包，其特征在于根据合金液的质量，其底部内径D1、预定高度H处内径D2、预定高度H和注孔直径d符合下列要求D2 = nXDl ； d = mXDl ； H = (1. 2—1. 5) XDl ； 其中η为径差系数，取值1. 2-1. 3 ；合金中各组元间密度差大于5时取大值，密度差在3以下时取小值；密度差在3-5之间时用插值法计算该系数值，密度单位为103kg/m3 ；m为注孔系数，取值0. 07-0. 08 ；铸件质量大于5t时取小值，小于5t时取大值；浇包注孔直径d不小于30mm。
全文摘要
本发明公开了一种减少离心铸造比重偏析的方法，包括下列内容将准备好的金属加热熔化；将熔炼好的金属液，注入选定的专用底注式浇包，达到预定高度H时进行预搅拌，使金属液形成漩涡；然后拔出专用底注式浇包的柱塞，使专用底注式浇包内金属液流下时形成负压，通过虹吸和重力的作用，使专用底注式浇包内的金属液在中心轴线方向形成向下的涡流，同时抽吸上层轻金属与下层重金属，使各合金元素重新均匀分布一同流下，进入铸型，完成浇注。还提供了其专用底注式浇包。本发明方法简单，成本低，可提高铸件的内在质量及机械性能，使铸件的组织更加致密。
文档编号B22D13/12GK102554174SQ20111044020
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者宋忠刚, 宋敬清 申请人:青岛正大铸造有限公司