2022年8月17-19日 广州保利世贸博览馆2号馆

同期展会:2022广州国际粉末冶金暨3D打印展览会

2022年8月18-20日 广州保利世贸博览馆3号馆
首页新闻动态技术科普
特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管
日期:2022-01-05    浏览次数:
0

6000多年前,人类就掌握了铸造这门金属热加工技术--将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程就是铸造。铸件的薄壁化是现代铸造技术的发展方向,是产品轻量化的发展的前提,在航空航天,汽车,电子等领域实现铸件的薄壁化具有重要意义。充型是薄壁铸件制造技术的关键,大型复杂薄壁铸件散热快、凝固时间短、充型阻力大,因此其铸造成形一直是制造界的难题之一,高温合金的大型复杂薄壁铸件的铸造成形尤其困难。

反重力铸造,由于其合理的温场分布、平稳的充型特点和良好的液态补缩能力,在优质铝镁合金铸件的生产中得到了广泛的应用,并且成为当今的主流成形技术,特别是在大型复杂薄壁优质构件的生产中几乎成为不可替代的生产手段。反重力铸造铸造根据其建立压差过程的不同,可以分为低压铸造、差压铸造、调压铸造及真空吸铸等。

特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管

据说绝大部分汽车厂商都会指定使用低压铸造来保证轮毂质量

一、什么是反重力铸造?

这个很吓人的词儿“反重力”里面的重力就是我们认知里面的重力。看反重力铸造之前,先看重力铸造的概念。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺,也称重力浇铸,广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造,泥模铸造等;窄义的重力铸造主要指金属型浇铸。

反重力铸造(Counter—Gravity Casting,CGC)是20世纪50年代发展起来的一种铸造浇注成形工艺,是帕斯卡原理在铸造生产中的应用。它是使坩埚中的金属在压力的作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填铸型,并在压力下获得铸件的一种方法。其特点就是合金液充填铸型的驱动力与重力方向相反,合金液沿与重力相反方向流动。

特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管

帕斯卡原理:液体的压强传递

反重力铸造中金属液实际上是在重力和外加驱动力共同的作用下充型。外加驱动力在金属液充填过程中是主导力,它使金属液克服其自身重力、型腔内阻力以及其它外力的作用完成充填铸型。由于外加驱动力的存在,使得反重力铸造成为一种可控工艺,在金属液充填的过程中,通过控制外加力的大小可以实现不同充型速度的充填,满足不同工艺的要求;同时使铸件在一较大力的作用下凝固,提高金属液的补缩能力,降低缩孔、气孔和针孔等铸造缺陷。

反重力成形技术在其整个成形过程都可以参数化,并以程序的形式予以执行,从而实现工艺的可重复性,被广泛应用于优质铸件的生产。反重力铸造适用范围广,可用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、高温合金等多种材料,铸件重量从几十克到几吨。

二、反重力铸造的关键部件之一:升液管

升液管是反重力铸造的关键部件之一。充型时,在气压的作用下,金属液通过升液管从坩埚内进入铸型中。卸压时,未凝固的金属液也通过升液管回流至坩埚内。作为浇注系统中的重要组元,升液管具有导流和补缩的作用,它应具有气密性、化学惰性及充型过程稳定可靠性,在反重力铸造工艺中起着至关重要的作用。升液管可以采用不同材料制造而成,从材质上,升液管主要分金属升液管和陶瓷升液管。压铸过程中,铝熔液(温度700~900℃)每隔3~5分钟从升液管内被压送到模具型腔,升液管必须具有低的热膨胀系数和良好的抗热震性,以提高升液管的使用寿命。

特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管

1、金属升液管

金属升液管主要由无缝钢管焊接或者灰口铸铁铸造后,内外层刷上耐火涂料制造而成。金属升液管的优点是具有良好的力学性能,气密性好,便于加工,价格低廉,不足之处在于金属与涂料的热膨胀系数差别大,涂料易剥落,金属升液管极易腐蚀,污染合金液,而且金属升液管在使用中变形严重,会影响合金液的流速与方向。此外,铸铁升液管使用寿命短,更换配件耗时多影响生产效率。

2、钛酸铝陶瓷升液管

钛酸铝陶瓷不仅具有较高的熔点(1860℃)、较低的热膨胀系数(α≤2.0×10-6/K),且具有与铝等许多有色金属熔体不润湿的特性,因此是制造铸铝用升液管的优良材料。但是钛酸铝在750~1300℃易分解为α-Al2O3和金红石型TiO2,导致材料力学性能和抗热震性能降低。国内对钛酸铝升液管的研究主要集中在提高其抗热震性能方面。与传统铸铁立管相比,陶瓷升液管热导率低很多(下文所提的氮化硅及赛龙陶瓷也是一样的),因此在低压压铸过程中可以保持热量。  

特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管

钛酸铝升液管,做的好的产品使用寿命3个月+

普通产品使用寿命约十几天

3、氮化硅陶瓷升液管

氮化硅作为高级耐火材料,具有低的热膨胀系数,耐热冲击性能好、高温力学性能高和抗金属侵蚀能力强等优点。氮化硅熔点1900℃,热膨胀系数2.5×10-6/K,对许多金属不润湿。纯氮化硅升液管比钛酸铝升液管具有更优异的抗热震性能和耐温能力,使用寿命长但是价格昂贵。

特陶应用|反重力铸造的关键部件--升液管

氮化硅升液管,价格昂贵,但是非常耐用,据说做的好的寿命14个月+

采用氮化硅结合碳化硅的升液管正常情况连续作业下使用寿命大于30天,使用性价比也还行。

4、赛龙陶瓷升液管

赛龙陶瓷是一种Si3N4-Al2O3系高温烧结材料,它是由Al2O3的Al、O原子部分地转换了Si3N4中的Si、N原子,构成Si-Al-O-N系统。赛龙陶瓷具有高温强度好、常温和高温化学性能稳定优异、耐磨性能好、热膨胀系数很低(2.4~3.2×10-6/K)及抗热冲击性能好等优点。

赛龙陶瓷结合了氮化硅(高强度、硬度、断裂韧性和低热膨胀)和氧化铝(抗腐蚀性、化学惰性、高温能力和抗氧化性)的综合性能,具有非常的优异的热性能和机械性能。有资料显示,英国公司生产的赛龙陶瓷升液管耐热冲击性能优异,使用寿命可达12个月。

5、复合材料升液管

复合材料升液管多以铸钢、耐热钢等金属管为骨架,内外表面涂覆或嵌套一定厚度的耐高温陶瓷等非金属材料而成,兼备了金属升液管的良好气密性和高力学性能以及非金属材料的耐高温和高温化学稳定性好等优点。此类升液管制造工艺复杂,成本较高。

 

粉体圈编辑:Alpha

版权声明:  

本文为粉体圈原创作品,未经许可,不得转载,也不得歪曲、篡改或复制本文内容,否则本公司将依法追究法律责任。