激冷砂及其对铝合金铸件性能的影响(缺图片)

激冷砂及其对铝合金铸件性能的影响
来源：转载 2007-5-27 8:35:53 作者：谭锁奎浏览次数：1305
特种铸造及有色合金
SPECIAL CASTING & NONFERROUS ALLOYS
1999年增刊第1期 Huppl.1 1999
激冷砂及其对铝合金铸件性能的影响
谭锁奎
摘要论述了铝合金铸造用激冷砂的导热性及其对铝合金铸件组织、性能的影响，证实激冷砂是一种兼具金属型、砂型优点于一身的铸造铝合金铸件的优质砂。

关键词：激冷砂铝合金铸造冷却曲线
Chill Sand and It's Effect on the Aluminium Alloy Casting
Tan Suokui
(Ning Bo Branch No.52 Research Institute of Ordnance Industry)
ABSTRACT:This paper emphasizes thermal conductivity and the effect of chill sand on the microstrecture and property of aluminium alloy casting. It is proved that chill sand is one of the best molding materials for of aluminium alloy casting with the advantages of both ordinary sand and permament mold.
Key Words:Chill Sand, Aluminium Alloy Casting, Cooling Curve
Tan Suokui
(Ning Bo Branch No.52 Research Institute of Ordnance Industry)
ABSTRACT:This paper emphasizes thermal conductivity and the effect of chill sand on the microstrecture and property of aluminium alloy casting. It is proved that chill sand is one of the best molding materials for of aluminium alloy casting with the advantages of both ordinary sand and permament mold.
Key Words:Chill Sand, Aluminium Alloy Casting, Cooling Curve
铝合金铸造用激冷砂是近几年来迅速发展起来的一种兼具金属型
的高冷却速度、低的热膨胀系数，又具有普通砂型铸造的可塑性、低成本于一身的新型铸造用砂［1，2］。

铸造发达国家如美国、日本、英国、德国、俄罗斯和捷克等国都很注重激冷砂的开发应用，且已申请并已批准了十余项美国、日本和欧洲专利，有的国家还专门成立了生产激冷砂的专业公司［3，4］。

几乎可生产各种铸造铝合金铸件，如叶轮、叶片、阀体、壳体等，广泛应用于军工、航空、船舶、机械制造等行业。

我国对激冷砂在铝合金中的应用、研究则还处在起步阶段，还没有生产激冷砂的专业公司和厂家，应用领域狭窄。

鉴于此，研究铝合金铸造用激冷砂的特点，导热性以及对铸件质量的影响，为其拓展应用奠定理论基础。

1 试验条件与方法
采用在试验模拟状态下和实际浇注条件下测定普通硅砂、激冷砂和金属型的导热特性冷却曲线，以及不同型砂、铸型对铝合金组织、性能的影响。

试验中普通硅砂、激冷砂的粒度均为50/100；金属型浇注前预热到200～250 ℃，涂氧化锌涂料；实际浇注中浇注厚度分别为3 mm，7 mm，13 mm，25 mm的阶梯试样，并分析激冷砂、普通硅砂和金属型浇注铝合金铸件组织的壁厚敏感性。

试验中浇注的铝合金为ZL109，性能
处理后进行性能测试和组织观察。

模拟试验测试采用单铸试棒加工，T
6
用砂样、金属样块均为直径为φ50 mm，高50 mm的圆形试样，砂样测试前均处在室温，金属样块加热到(230±10) ℃,以与普通砂型和金属型浇注前的实际状态一致；温度测点距成型面、模拟面均相距5 mm,10 mm,20 mm,30 mm,模拟试验中加热块温度为430 ℃,开始计量后120 s
内继续加热，实际浇注时浇注完即开始计量、记录曲线。

2 试验结果与分析
2.1 模拟条件下不同铸型的导热性
图1，图2，图3分别为普通硅砂、金属型和激冷砂的冷却曲线，从图中可看出：三种不同(砂)型的温度时间曲线不同。

首先是距加热面5～30 mm之间的温度差不同，其中以金属型两测之间温差最小为60 ℃，普通砂砂90 ℃，激冷砂为180 ℃；其次是到达最高温度点的时间和5 mm 测点处的最高温度也不同，金属型到达最高温度298 ℃的时间是4 min，普通硅砂到达最高温度225 ℃的时间是13 min,激冷砂到达最高温度225 ℃的时间是6 min。

这主要是由于不同砂、型的导热性不同而致，同时金属型是一整体型，铸型传热(内部之间)主要方式是传导，而砂型是由砂粒、粘结剂、水等组成，传热方式除传导外，还有一部分是对流换热，正是这些不同，决定了各型的导热性能的不同，导热性以金属型最好，普通硅砂最差，而激冷砂则处在两者之间，且偏向金属型一侧，
这是由于金属型虽然到达的最高温度高，但因其初始温度就高，而激冷砂开始时则处于室温。

图4为普通硅砂、金属型和激冷砂界面(加热块与型界面)处的温度时间曲线，从图中可看出：界面处最高温度型为普通硅砂型，界面处最低温度型为金属型，而激冷砂则处于两者之间，开始时升温速度最快的为普通硅砂，在20 s内已升温到260 ℃，而金属型、激冷砂达到260 ℃的时间分别为150 s和120 s，到达各自最高温度点的时间，普通硅砂、金属型和激冷砂分别为180 s,200 s和190 s，这主要是由于三种(砂)型的导热性不同所致，其导热系数、蓄热系数均以普通硅砂、激冷砂、金属型为序而递增所致。

图1 普通硅砂不同测点温度曲线
Fig.1 Temperature curve at
different
testing points in silica and mold
图2 金属型不同测点温度曲线
Fig.2 Temperature curve at
different
testing points in metallic mold
图3 激冷砂不同测点温度曲线Fig.3 Temperature curve at different testing points in chill sand mold 图4 不同型(砂)界面温度时间曲线Fig.4 Temperature－time curve at
the interface of different kinds of
sand
2.2 实际浇注时不同铸型的导热系数
为真实记录不同铸型在实际铸造中的导热性能，试验中记录了浇注
铝合金后距成型面分别为0 mm,5 mm处(砂)型的冷却曲线。

图5，图6，
图7分别为金属型、激冷砂型和普通硅砂型浇注ZL109合金时的冷却曲
线，测点处在阶梯试样7 mm厚度处。

从图中可看出：0 mm处，即界面
处对温度响应速度快，三种不同铸型均在数秒内就有反应，但到达的最
高温度及到达最高温度的时间不同，金属型到达的最高温度为448 ℃，
时间为20 s,激冷砂型到达的最高温度为427 ℃,时间为40 s，而普通
硅砂到达的最高温度为225 ℃,时间为240 s,5 mm测点处除到达的最高
温度不同和到达最高温度的时间不同外，开始有温度变化的时间也不尽
相同。

金属型到达的最高温度是272 ℃，时间为80 s，开始响应时间
为20 s，激冷砂到达的最高温度是180 ℃，时间300 s，开始响应时间
为20 s，普通硅砂到达的最高温度为119 ℃，时间为480 s，开始响应
时间为30 s，这也是三种不同铸型导热特性与结构特点不同所致。

图5 金属型浇注时的不同测点冷却曲
线
Fig.5 Cooling curve at different testing points in metallic mold
图6 激冷砂型浇注时不同测点冷却
曲线
Fig.6 Cooling curve at different testing points in chill sand mold
图7 普通硅砂浇注时不同测点冷却曲线
Fig.7 Cooling curve at different testing
2.3 不同铸型的铸造性能及对铸件组织、性能的影响
表1是不同铸型的特性参数及铸造性能，从表1可看出：激冷砂本身的特性参数界于金属型与普通硅砂之间，其铸造性能完全能满足铸造生产之需求。

表1 不同铸型物性参数及铸造性能
Table 1 Physical parameters and casting
properties of different kinds of molds
Table 1 Physical parameters and casting
properties of different kinds of molds
表2是普通硅砂、激冷砂和金属型三种铸型浇注阶梯试样不同断面的硬度值及单铸试棒的性能参数，从表2可看出：普通硅砂在壁厚13 mm 和25 mm处硬度几乎不变，金属型则在13 mm和7 mm处的硬度值接近，介于两者之间的激冷砂在7 mm，13 mm和25 mm处的硬度值几乎不变，抗拉强度激冷砂与金属型接近，有的甚至高于金属型。

图8为同成分、同工艺不同铸型的铸件金相组织，从图中可看出：激冷砂型的组织与金属型接近，而较普通硅砂组织细小得多，其壁厚敏感性也也金属型一致，这也是各铸型导热特性所致。

表2 不同铸型铸件性能参数
Table 2 Casting properties of different kinds of molds
Table 2 Casting properties of different kinds of molds
a. 金属型
b. 激冷砂型
c. 普通硅砂型
图8 不同铸型合金组织×100
Fig.8 Microstructures of the casting in different molds ×100
综上所述，激冷砂是一种能满足铸造生产需求，而在砂型条件下可获得近金属型组织、性能铸件的一种全新概念的铸造特种砂。

作者单位：中国兵器工业第52研究所宁波分所
参考文献
[1] Arlington Heights. Illinois Carbon Sand: A Nonsilica, Round－Grain Carbons. Modern Casting,1992(8):38～39
[2] Routschka G. Annual Overview of Refractory Materials. Gieserei,1993(10):671～681
[3] Arlington Heights Ill. Roasted Carbon Molding Sand and Method of Casting. United States Patent. US5094289
[4] 谭锁奎.激冷砂在铝合金铸造中的应用与发展.热加工工
艺.1998(1):5～7。