zcuzn16si4合金低压铸造工艺中的补缩压力

zcuzn16si4合金低压铸造工艺中的补缩压力

zcuzn16si4材料具有良好的耐腐蚀性、耐腐蚀性和耐压性。它通常用于制造开口、泵、缸等抗疲劳耗件。低压铸造铸件在压力作用下结晶凝固,可以提高高温金属液对凝固过程中铸件的补缩效果,铸件组织致密,所以铸件的水密性、耐压性都得到提高,与重力铸造相比,力学性能可提高10%左右,这对于那些工作时要求耐压和防渗漏的铸件,如泵体、缸盖等更具有明显的效果。对于低压铸造ZCuZn16Si4合金补缩特性研究有助于更科学合理的铸造工艺方案的制定。1中小企业铸钢件结构ZCuZn16Si4合金的固相线温度为821℃,液相线温度为917℃,结晶温度范围为96℃,呈糊状凝固方式。合金的密度为8.32g/cm3,铸件线收缩率1.6%~1.7%,铸件内部易形成枝晶间分散型缩松,同时冒口的补缩距离较小。上述铸造性能对提高零件的耐水压性能是不利的,铸造时必须采取适当工艺措施减少或消除关键部位的缩松缺陷。2测试方法2.1低压铸造工艺补缩距离的确定冒口补缩距离试验的目的:其一是为了研究不同压力对ZCuZn16Si4合金凝固过程中液态金属补缩能力的影响,得到具体的补缩距离参数,以便为低压铸造条件下ZCuZn16Si4合金铸造工艺中补缩距离的设计和低压铸造设备工艺参数选择寻找实验依据;其二是为了数值模拟计算中能够更准确地预测在凝固过程中受压力作用时ZCuZn16Si4合金的缩松缺陷新判据的建立,提供有价值的数据。2.2内部质量致密情况冒口对黄铜板类铸件补缩距离按下式计算:式中:L为保证铸件内部质量致密情况下,两冒口之间的距离或冒口边缘至铸件冷端的距离;T为铸件的有效壁厚。根据铸造工艺手册和数值模拟计算结果设计了冒口和补缩试板的尺寸,重力和低压铸造工艺图如图1。2.3设计试验方案为了对比研究低压铸造和重力铸造工艺对ZCuZn16Si4铸件内部质量的影响,并得到关键的低压铸造工艺参数,设计了不同铸造工艺冒口补缩距离对比试验方案。共设计了三组六个试板的对比试验。见表1。表1中试板的补缩压力参数是根据经验和实际生产条件设计选择的。3试验结果与分析3.1试验结果表2为在重力和低压铸造条件下补缩试板的试验结果,是通过检测试板的射线探伤底片得到的。图3为试验浇注的补缩试板。3.2zcuz16si4硅黄油补缩试板的铸造低压铸造和重力铸造ZCuZn16Si4硅黄铜补缩试板试验和射线探伤结果(图3和表2)表明,对于所设计的重力铸造ZCuZn16Si4硅黄铜补缩试板,冒口补缩距离为93mm左右;对于低压铸造ZCuZn16Si4硅黄铜补缩试板,在试板凝固过程中施加补缩压力,补缩压力从0.16MPa增加到0.21MPa左右,冒口补缩距离从183mm增加到280mm左右,与重力铸造相比,分别增加至2倍和3倍。3.3u2004压力对缩松的作用数值模拟软件中的新山(Niyama)判据对缩松的预测没有考虑压力的影响。G/R1/2(G:温度梯度,℃/cm;R:冷却速度,℃/s)对于不同形状的铸件会得到不同的结果,即G/R1/2对于铸件的几何形状具有一定的敏感性。例如,虽然在铸件的不同部位有着相同的G/R1/2,但是,是否产生缩松,情况却不相同。在凝固时压力高的部位不产生缩松,而压力低的部位却产生了缩松,表明铸件内是否产生缩松也与凝固过程中熔融金属所受的压力有关。而根据G/R1/2方法的由来,显然,G/R1/2只考虑了压力损失的影响,忽略了压力的影响。在低压铸造中,压力对缩松的作用很大,因此应该将金属液在凝固过程中所受的压力引入缩松判据中,以便得到一种在数值模拟计算中预测缩松缺陷更准确的新判据。下面的判据考虑了压力对缩松的影响。在低压铸造条件下式中:GSC为临界状态下的温度梯度,℃/cm;RSC为临界状态下的冷却速度,℃/s;PSC为实际压力,N/cm2;ρ为金属液密度,kg/cm3;g为重力加速度,m/s2;h为从升液管入口到铸件内由具有临界固相分数金属形成的界面的垂直距离(该距离内金属状态为液态),cm;P0为大气压力,N/cm2;PLPDC为所加的补缩压力,N/cm2。此判据为低压铸造凝固过程中缩松判据,其中缩松产生的临界值KC,通过数值模拟和试验结果相结合可以得到。由于本文中ZCuZn16Si4合金的临界固相率没有确定,因此不能计算出具体的数值。要想得到适合铜合金各种铸造条件的在数值模拟计算中准确预测缩松缺陷的各种判据,还需要大量试验要做。4冒口补缩距离(1)增压补缩对消除ZCuZn16Si4