本發明涉及鋁基合金領域，具體涉及一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法。
背景技術：
鑄造法是制造鋁合金的最為重要的方法之一。鑄造鋁合金時包括爐料的熔煉和鋁液的鑄造成型兩大步驟。其中爐料熔煉時尤為重要的工藝技術控制手段可以概括為：氫氣及雜質氣體溶解量排除與控制、鋁液精煉控制及氧化物夾雜有效控制。熔化鋁液鑄造成型時尤為重要的工藝過程則包含有：澆鑄控制技術、凝固缺陷控制技術以及熱應力控制技術等。
由于鋁元素同氫和氧的化學反應活性高，因此在熔化鋁液中往往容易溶解部分氫氣，并且氧化形成氧化鋁夾渣。使用這樣未精煉的鋁液進行鑄造往往容易導致鋁合金鑄件中形成氣孔和夾渣缺陷，嚴重影響鋁合金的使用性能。
熔化鋁液在采用金屬型模鑄造成型時，也必須通過凝固控制技術進行鑄造控制，才有利于制造出結構性能優良的鑄件。熔化鋁液在進行金屬型模澆鑄時，由于模具設計不合理，容易出現澆不足現象，使鑄件形狀殘缺；澆鑄后在鑄件凝固過程中，由于補縮不充分不及時，以及凝固次序的影響，在形成的鑄件中容易出現明顯的中部縮松和廣泛分布的縮孔，造成產品殘次；而從高溫的熔化鋁液凝固形成常溫鋁合金鑄件的過程中，由于巨大的溫度差導致鑄件中殘存可觀的結構熱應力，容易形成熱裂，降低鋁合金的承載能力。
對于以上提到的氣孔、夾渣、澆不足、縮松縮孔以及熱裂等鑄造缺陷，對鋁合金鑄件產品質量產生極為不利的影響，它們嚴重降低了鑄造鋁合金的使用性能和使用壽命，因此必須通過適當的調控方法避免產生重大缺陷。
中國專利CN201310409391.8公開了一種鋁合金鑄造成型工藝，通過模具噴涂涂料和低壓鑄造的方法降低了鑄件的凝固缺陷率，但該方法對鑄件的要求高，且使用效率偏低，控制水平差。
因此，針對上述問題，需要一種針對熔融鋁合金凝固時缺陷的調控方法。
技術實現要素：
本發明針對上述問題，提供一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法。
本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法，由熔融工藝控制方法和凝固保溫控制方法組成；其中熔融工藝控制方法包括鋁液中含氣量控制方法和夾渣控制方法；凝固保溫控制方法包括冒口補縮方法、順序凝固方法和裂紋控制方法。
進一步地，缺陷調控方法處理后的鋁合金鑄件中：細小氣孔的平均粒徑≤0.5μm，裂紋縫隙≤5μm，無明顯的低密度中心縮松區。
進一步地，含氣量控制方法具體為：使用反射爐將鋁合金加熱至660℃～700℃熔化成液相合金鋁液I；按照4.5～5.5：2.8～3.4：2.2～2.6：1.5～2:1：0.8～1.2的體積比，以10L/min～20L/min的流速通入Ar、Ne、N2、CO、Cl2組成的混合氣體25min～40min，去除液相合金鋁液I中的雜質氣體，得到液相合金鋁液II。
進一步地，夾渣控制方法具體為：在680℃～700℃時向液相合金鋁液II中加入其質量1％～3％的精煉劑，待氣泡不再上浮后靜置8min～15min，扒去夾渣，隨后將液相合金鋁液II的溫度迅速升高至720℃～730℃，得到液相合金鋁液III，準備鑄造。
更進一步地，精煉劑由下述質量百分數的原料混合壓塊而成：ZnCl2 30％～50％，TiCl4 15％～30％，C2Cl6 10％～20％，NaBF4 10％～20％，Na3AlF6 5％～10％。
進一步地，冒口補縮方法具體為：以灰口鑄鐵制作腔室內部光滑無毛刺尖角的金屬型模，將金屬型模保溫升溫至250℃～300℃，在熔化鋁液鑄造入口處添加明冒口，以2m/s～5m/s的流速將液相合金鋁液III澆鑄到金屬型模中，對冒口及型模連接處進行保溫處理，得到鑄型后的金屬型模。
進一步地，順序凝固方法具體為：將鑄型后的金屬型模轉移至150℃～200℃的熱砂中，保溫3h～4h，再在保溫熱砂外圍進行循環水冷卻1h～2h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循環冷卻水，使鋁合金鑄件順序凝固，得到鋁合金鑄件I。
更進一步地，三段逐步撤出循環冷卻水的水溫和保溫時間依次為：第一段：80℃～95℃/1h～3h；第二段：40℃～70℃/2h～4h；第三段：30℃～40℃/3h～4h。
進一步地，裂紋控制方法具體為：將鋁合金鑄件I加熱至380℃～420℃，然后水淬至120℃～150℃，再加熱至300℃～330℃，連續處理三次后，自然冷卻至室溫，消除鋁合金鑄件I中的熱應力。
更進一步地，熱應力的殘余量≤15MPa。
本發明的優點是：
1.本發明綜合利用排氣除渣、冒口補縮、順序冷凝和時效處理方法，能夠有效降低鑄造鋁合金中出現凝固缺陷的概率，提高鑄造鋁合金的力學性能和適用范圍；
2.本發明通過金屬型模合理設計和冒口補縮方法綜合利用，能夠使熔化鋁液充分鑄滿模具，使鑄件殘缺率顯著下降，降低發生縮松的可能性；
3.本發明通過冷卻砂和循環水分段作用，能夠有效控制鑄件成型時的凝固次序，使鑄件由上及下、由內至外順序凝固，提高了鑄件產品質量。
具體實施方式
以下對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
實施例1
一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法，由熔融工藝控制方法和凝固保溫控制方法組成；其中，熔融工藝控制方法包括鋁液中含氣量控制方法和夾渣控制方法；凝固保溫控制方法包括冒口補縮方法、順序凝固方法和裂紋控制方法；具體包括以下步驟：
步驟S1，含氣量控制方法：使用反射爐將鋁合金加熱至660℃熔化成液相合金鋁液I；按照4.5：2.8：2.2：1.5：0.8的體積比，以10L/min的流速通入Ar、Ne、N2、CO、Cl2組成的混合氣體25min，去除液相合金鋁液I中的雜質氣體，得到液相合金鋁液II；其中，混合氣體中的氧含量為0.02％，水分為0.03g/m3；雜質氣體的溶解度在700℃時為0.05mL/(100g)；
步驟S2，夾渣控制方法：在680℃時向液相合金鋁液II中加入其質量1％的精煉劑，待氣泡不再上浮后靜置8min，扒去夾渣，隨后將液相合金鋁液II的溫度迅速升高至720℃，得到液相合金鋁液III，準備鑄造；其中精煉劑由下述質量百分數的原料混合壓塊而成：ZnCl2 30％，TiCl4 30％，C2Cl6 20％，NaBF4 10％，Na3AlF6 10％；
步驟S3，冒口補縮方法：以灰口鑄鐵制作腔室內部光滑無毛刺尖角的金屬型模，將金屬型模保溫升溫至250℃，在熔化鋁液鑄造入口處添加明冒口，以2m/s的流速將液相合金鋁液III澆鑄到金屬型模中，對冒口及型模連接處進行保溫處理，得到鑄型后的金屬型模；其中，金屬型模的厚度是鑄件最大厚度的1.1倍；明冒口的最大底部直徑為90mm，高度為鑄件最大直徑的的1.05倍；
步驟S4，順序凝固方法：將鑄型后的金屬型模轉移至150℃的熱砂中，保溫3h，再在保溫熱砂外圍進行循環水冷卻1h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循環冷卻水，使鋁合金鑄件順序凝固，得到鋁合金鑄件I；其中，三段逐步撤出循環冷卻水的水溫和保溫時間依次為：第一段：80℃/1h；第二段：40℃/2h；第三段：30℃/3h；
步驟S5，裂紋控制方法：將鋁合金鑄件I加熱至380℃，然后水淬至120℃，再加熱至300℃，連續處理三次后，自然冷卻至室溫，消除鋁合金鑄件I中的熱應力；其中，熱應力的殘余量為15MPa。
經過缺陷調控方法處理后的鋁合金鑄件中：細小氣孔的平均粒徑為0.5μm，裂紋縫隙為5μm，無明顯的低密度中心縮松區。
實施例2
一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法，由熔融工藝控制方法和凝固保溫控制方法組成；其中，熔融工藝控制方法包括鋁液中含氣量控制方法和夾渣控制方法；凝固保溫控制方法包括冒口補縮方法、順序凝固方法和裂紋控制方法；具體包括以下步驟：
步驟S1，含氣量控制方法：使用反射爐將鋁合金加熱至700℃熔化成液相合金鋁液I；按照5.5：3.4：2.6：2:1：1.2的體積比，以20L/min的流速通入Ar、Ne、N2、CO、Cl2組成的混合氣體40min，去除液相合金鋁液I中的雜質氣體，得到液相合金鋁液II；其中，混合氣體中的氧含量為0.01％，水分為0.02g/m3；雜質氣體的溶解度在700℃時為0.04mL/(100g)；
步驟S2，夾渣控制方法：在700℃時向液相合金鋁液II中加入其質量3％的精煉劑，待氣泡不再上浮后靜置15min，扒去夾渣，隨后將液相合金鋁液II的溫度迅速升高至730℃，得到液相合金鋁液III，準備鑄造；其中精煉劑由下述質量百分數的原料混合壓塊而成：ZnCl2 50％，TiCl4 15％，C2Cl6 10％，NaBF4 20％，Na3AlF6 5％；
步驟S3，冒口補縮方法：以灰口鑄鐵制作腔室內部光滑無毛刺尖角的金屬型模，將金屬型模保溫升溫至300℃，在熔化鋁液鑄造入口處添加明冒口，以5m/s的流速將液相合金鋁液III澆鑄到金屬型模中，對冒口及型模連接處進行保溫處理，得到鑄型后的金屬型模；其中，金屬型模的厚度是鑄件最大厚度的1.3倍；明冒口的最大底部直徑為90mm，高度為鑄件最大直徑的的1.2倍；
步驟S4，順序凝固方法：將鑄型后的金屬型模轉移至200℃的熱砂中，保溫4h，再在保溫熱砂外圍進行循環水冷卻2h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循環冷卻水，使鋁合金鑄件順序凝固，得到鋁合金鑄件I；其中，三段逐步撤出循環冷卻水的水溫和保溫時間依次為：第一段：95℃/3h；第二段：70℃/4h；第三段：40℃/4h；
步驟S5，裂紋控制方法：將鋁合金鑄件I加熱至420℃，然后水淬至150℃，再加熱至330℃，連續處理三次后，自然冷卻至室溫，消除鋁合金鑄件I中的熱應力；其中，熱應力的殘余量為5MPa。
經過缺陷調控方法處理后的鋁合金鑄件中：細小氣孔的平均粒徑為0.3μm，裂紋縫隙為3μm，無明顯的低密度中心縮松區。
實施例3
一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法，由熔融工藝控制方法和凝固保溫控制方法組成；其中，熔融工藝控制方法包括鋁液中含氣量控制方法和夾渣控制方法；凝固保溫控制方法包括冒口補縮方法、順序凝固方法和裂紋控制方法；具體包括以下步驟：
步驟S1，含氣量控制方法：使用反射爐將鋁合金加熱至680℃熔化成液相合金鋁液I；按照5：3.1：2.4：1.8：1.0的體積比，以15L/min的流速通入Ar、Ne、N2、CO、Cl2組成的混合氣體32min，去除液相合金鋁液I中的雜質氣體，得到液相合金鋁液II；其中，混合氣體中的氧含量為0.005％，水分為0.01g/m3；雜質氣體的溶解度在700℃時為0.02mL/(100g)；
步驟S2，夾渣控制方法：在690℃時向液相合金鋁液II中加入其質量2％的精煉劑，待氣泡不再上浮后靜置12min，扒去夾渣，隨后將液相合金鋁液II的溫度迅速升高至725℃，得到液相合金鋁液III，準備鑄造；其中精煉劑由下述質量百分數的原料混合壓塊而成：ZnCl2 40％，TiCl4 22％，C2Cl6 15％，NaBF4 15％，Na3AlF6 8％；
步驟S3，冒口補縮方法：以灰口鑄鐵制作腔室內部光滑無毛刺尖角的金屬型模，將金屬型模保溫升溫至280℃，在熔化鋁液鑄造入口處添加明冒口，以3.5m/s的流速將液相合金鋁液III澆鑄到金屬型模中，對冒口及型模連接處進行保溫處理，得到鑄型后的金屬型模；其中，金屬型模的厚度是鑄件最大厚度的1.2倍；明冒口的最大底部直徑為90mm，高度為鑄件最大直徑的的1.1倍；
步驟S4，順序凝固方法：將鑄型后的金屬型模轉移至180℃的熱砂中，保溫3.5h，再在保溫熱砂外圍進行循環水冷卻1.5h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循環冷卻水，使鋁合金鑄件順序凝固，得到鋁合金鑄件I；其中，三段逐步撤出循環冷卻水的水溫和保溫時間依次為：第一段：88℃/2h；第二段：55℃/3h；第三段：35℃/3.5h；
步驟S5，裂紋控制方法：將鋁合金鑄件I加熱至400℃，然后水淬至135℃，再加熱至315℃，連續處理三次后，自然冷卻至室溫，消除鋁合金鑄件I中的熱應力；其中，熱應力的殘余量為7MPa。
經過缺陷調控方法處理后的鋁合金鑄件中：細小氣孔的平均粒徑為0.3μm，裂紋縫隙為4.5μm，無明顯的低密度中心縮松區。
實施例4
一種熔融鋁合金凝固時缺陷調控方法，由熔融工藝控制方法和凝固保溫控制方法組成；其中，熔融工藝控制方法包括鋁液中含氣量控制方法和夾渣控制方法；凝固保溫控制方法包括冒口補縮方法、順序凝固方法和裂紋控制方法；具體包括以下步驟：
步驟S1，含氣量控制方法：使用反射爐將鋁合金加熱至670℃熔化成液相合金鋁液I；按照5.2：2.9：2.5：2：1.1的體積比，以16L/min的流速通入Ar、Ne、N2、CO、Cl2組成的混合氣體35min，去除液相合金鋁液I中的雜質氣體，得到液相合金鋁液II；其中，混合氣體中的氧含量為0.02％，水分為0.01g/m3；雜質氣體的溶解度在700℃時為0.03mL/(100g)；
步驟S2，夾渣控制方法：在695℃時向液相合金鋁液II中加入其質量1.5％的精煉劑，待氣泡不再上浮后靜置10min，扒去夾渣，隨后將液相合金鋁液II的溫度迅速升高至722℃，得到液相合金鋁液III，準備鑄造；其中精煉劑由下述質量百分數的原料混合壓塊而成：ZnCl2 45％，TiCl4 18％，C2Cl6 14％，NaBF4 16％，Na3AlF6 7％；
步驟S3，冒口補縮方法：以灰口鑄鐵制作腔室內部光滑無毛刺尖角的金屬型模，將金屬型模保溫升溫至285℃，在熔化鋁液鑄造入口處添加明冒口，以4m/s的流速將液相合金鋁液III澆鑄到金屬型模中，對冒口及型模連接處進行保溫處理，得到鑄型后的金屬型模；其中，金屬型模的厚度是鑄件最大厚度的1.1倍；明冒口的最大底部直徑為90mm，高度為鑄件最大直徑的的1.1倍；
步驟S4，順序凝固方法：將鑄型后的金屬型模轉移至190℃的熱砂中，保溫3.2h，再在保溫熱砂外圍進行循環水冷卻1.2h，自冒口向下方向分三段逐步撤出循環冷卻水，使鋁合金鑄件順序凝固，得到鋁合金鑄件I；其中，三段逐步撤出循環冷卻水的水溫和保溫時間依次為：第一段：85℃/2.5h；第二段：60℃/2.5h；第三段：38℃/3.8h；
步驟S5，裂紋控制方法：將鋁合金鑄件I加熱至410℃，然后水淬至140℃，再加熱至310℃，連續處理三次后，自然冷卻至室溫，消除鋁合金鑄件I中的熱應力；其中，熱應力的殘余量為4MPa。
經過缺陷調控方法處理后的鋁合金鑄件中：細小氣孔的平均粒徑為0.2μm，裂紋縫隙為1μm，無明顯的低密度中心縮松區。
以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。