CN107699741A - 一种消失模铸造合金铸件的方法 - Google Patents

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    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种消失模铸造合金铸件的方法，涉及合金铸造技术领域。本发明消失模铸造合金铸件的方法，包括合金熔炼、模型制造、涂覆涂层、装箱、浇注、热处理、补焊抛光。本发明工艺设计合理，减少了泡沫模型气化后产生的游离碳富积在铸件内部或铸件表面上形成积碳，避免了加工表面因积碳缺陷而报废，降低了生产成本，质量高，适合大规模生产。

Description

一种消失模铸造合金铸件的方法
技术领域：
本发明涉及合金铸造技术领域，具体涉及一种消失模铸造合金铸件的方法。
背景技术：
传统的铸造模型制作成本高、浪费自然资源、加工周期长。目前已有用石蜡或发泡聚乙烯制作模型直接埋在干石英砂中振动造型，形成苯板实体砂型铸型，当向这种实体铸型内浇注铁水时，聚苯乙烯燃烧气化，铁水充满聚苯乙烯所占据的空间，凝固冷却后形成与模型相同的铸件。通常称之为消失模铸造又称为干砂实型负压铸造，国外称之为EPC，是目前国际上最先进的铸造工艺之一。
与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，消失模铸造铸件质量好，精度高，节省机加工，成本低；内部缺陷少，铸件组织致密；可实现大规模、大批量生产；可以大大改善铸造生产线的工作环境与生产条件、降低劳动强度、减少能源消耗。但它的不足之处是：聚苯乙烯燃烧后产生的游离碳富积在铸件内部或铸件表面上形成积碳，造成加工表面因积碳缺陷而报废。此外，易产生铁包砂、涨箱、变形等缺陷，而且铸件表面质量相对木型铸造较差。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种消失模铸造合金铸件的方法，成本低，质量好，可实现大规模生产。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1480～1520℃精炼5～10min得到合金熔液；所述高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 32～38％，Fe 2.2～3.5％，Si 3.6～4.8％，Mn 0.6～1.2％，C0.12～0.16％，余量为Ni；
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇；
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到60～70波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹3～5层后，于50～60℃干燥固化2～3h；
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型；
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件；
(6)热处理：将铸件送入热处理炉内，950～980℃固溶时效处理30～45min；降温至360～380℃，保温时效处理4～6h，出炉空气冷却；
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
优选地，所述高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 35％，Fe 2.6％，Si4.3％，Mn 0.9％，C 0.15％，余量为Ni。
优选地，所述涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂40～60份、聚酰胺10～20份、硅酸钠15～25份、纳米氧化锡3～8份、石墨粉1～5份。
优选地，所述步骤(5)凝固初始冷却速度为160～180℃/s，当温度达到900～1000℃时，冷却速度降至3～5℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
优选地，所述热处理前对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序。
本发明的有益效果是：1、本发明的消失模铸造合金铸件的方法，包括合金熔炼、模型制造、涂覆涂层、装箱、浇注、热处理、补焊抛光，工艺设计合理，减少了泡沫模型气化后产生的游离碳富积在铸件内部或铸件表面上形成积碳，避免了加工表面因积碳缺陷而报废，降低了生产成本，质量高，适合大规模生产。
2、本发明的涂层以耐高温、加工性能优异的环氧树脂为主要成分，加入阻燃耐磨损的聚酰胺，粘结剂硅酸钠，优良抗静电性的纳米二氧化锡，耐火耐磨的石墨粉，固化后增强了泡沫模型的强度、硬度，避免了涂层在铁水浇注过程中脱落，造成铸件皮夹、夹渣、粘砂等缺陷。
3、本发明的凝固、热处理采用分段式的控制工艺，控制高硅镍铜合金铸件凝固过程中不同阶段的凝固速度，在凝固初期，采用较快冷却速度，使合金铸件中形成细晶；在凝固中期，采用较为缓慢的冷却速度，减小合金中内应力生成；在凝固后期，可使铸件自然冷却至室温。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1500℃精炼8min得到合金熔液；高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 35％，Fe 2.6％，Si 4.3％，Mn 0.9％，C0.15％，余量为Ni。
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇。
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到65波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹3层后，于56℃干燥固化2.5h；涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂46份、聚酰胺15份、硅酸钠18份、纳米氧化锡6份、石墨粉3份。
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型。
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件。凝固初始冷却速度为165℃/s，当温度达到960℃时，冷却速度降至3℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
(6)热处理：对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序，将铸件送入热处理炉内，965℃固溶时效处理38min；降温至370℃，保温时效处理5h，出炉空气冷却。
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
实施例2
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1500℃精炼6min得到合金熔液；高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 36％，Fe 3.2％，Si 4.2％，Mn 0.8％，C0.15％，余量为Ni。
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇。
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到62波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹5层后，于60℃干燥固化2.6h；涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂50份、聚酰胺16份、硅酸钠22份、纳米氧化锡5份、石墨粉3份。
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型。
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件。凝固初始冷却速度为170℃/s，当温度达到955℃时，冷却速度降至3℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
(6)热处理：对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序，将铸件送入热处理炉内，970℃固溶时效处理42min；降温至380℃，保温时效处理5h，出炉空气冷却。
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
实施例3
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1520℃精炼5min得到合金熔液；高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 38％，Fe 3.3％，Si 4.5％，Mn 1.2％，C0.16％，余量为Ni。
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇。
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到70波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹5层后，于60℃干燥固化3h；涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂60份、聚酰胺20份、硅酸钠25份、纳米氧化锡8份、石墨粉5份。
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型。
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件。凝固初始冷却速度为180℃/s，当温度达到1000℃时，冷却速度降至5℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
(6)热处理：对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序，将铸件送入热处理炉内，980℃固溶时效处理45min；降温至380℃，保温时效处理6h，出炉空气冷却；
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
对比例1
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1500℃精炼8min得到合金熔液；高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 35％，Fe 2.6％，Si 4.3％，Mn 0.9％，C0.15％，余量为Ni。
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇。
(3)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型。
(4)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件。凝固初始冷却速度为165℃/s，当温度达到960℃时，冷却速度降至3℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
(5)热处理：对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序，将铸件送入热处理炉内，965℃固溶时效处理38min；降温至370℃，保温时效处理5h，出炉空气冷却。
(6)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
对比例2
一种消失模铸造合金铸件的方法，包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1500℃精炼8min得到合金熔液；高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 35％，Fe 2.6％，Si 4.3％，Mn 0.9％，C0.15％，余量为Ni。
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇。
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到65波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹3层后，于56℃干燥固化2.5h；涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂46份、聚酰胺15份、硅酸钠18份、纳米氧化锡6份、石墨粉3份。
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型。
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，自然凝固冷却形成铸件。
(6)热处理：对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序，将铸件送入热处理炉内，965℃固溶时效处理38min；降温至370℃，保温时效处理5h，出炉空气冷却。
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
性能检测：对实施例1-3、对比例1-2的合金铸件进行了拉伸强度、弯曲强度进行了检测，具体结果见表1。
表1.实施例、对比例性能检测结果
项目 拉伸强度(MPa) 弯曲强度(MPa)
实施例1 502 426
实施例2 488 418
实施例3 479 402
对比例1 365 281
对比例2 325 265
由上表可以看出，本发明消失模铸造的合金铸件抗拉强度、弯曲强度优良，力学性能可观，涂覆涂层与凝固冷却成型工序起到了至关重要的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种消失模铸造合金铸件的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)合金熔炼：将高硅镍铜合金的成分按照一定比例混合，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再于1480～1520℃精炼5～10min得到合金熔液；所述高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 32～38％，Fe 2.2～3.5％，Si 3.6～4.8％，Mn 0.6～1.2％，C 0.12～0.16％，余量为Ni；
(2)模型制造：将整块泡沫切割、打磨、粘结，然后将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型组合成模型簇；
(3)涂覆涂层：将涂层密度调整到60～70波美度，搅拌均匀后涂抹于泡沫模型上，涂抹3～5层后，于50～60℃干燥固化2～3h；
(4)装箱：将泡沫模具装箱，使用自硬呋喃树脂砂对烘干后的泡沫模型预填砂，再埋入石英砂震动造型；
(5)浇注：将装箱后的泡沫模具使用塑料膜覆盖，放上浇口杯，抽真空后浇注步骤(1)制备的合金熔液，合金熔液占据泡沫模型位置，凝固冷却形成铸件；
(6)热处理：将铸件送入热处理炉内，950～980℃固溶时效处理30～45min；降温至360～380℃，保温时效处理4～6h，出炉空气冷却；
(7)补焊抛光：将热处理后的铸件的毛刺、飞边或缺陷部位进行补焊打磨，再使用抛光机抛光，得到所述合金铸件。
2.根据权利要求1所述的消失模铸造合金铸件的方法，其特征在于：所述高硅镍铜合金由以下重量比例的成分组成：Cu 35％，Fe 2.6％，Si 4.3％，Mn 0.9％，C 0.15％，余量为Ni。
3.根据权利要求1所述的消失模铸造合金铸件的方法，其特征在于：所述涂层包括以下重量份的原料：环氧树脂40～60份、聚酰胺10～20份、硅酸钠15～25份、纳米氧化锡3～8份、石墨粉1～5份。
4.根据权利要求1所述的消失模铸造合金铸件的方法，其特征在于：所述步骤(5)凝固初始冷却速度为160～180℃/s，当温度达到900～1000℃时，冷却速度降至3～5℃/s，当温度达到350℃时，自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的消失模铸造合金铸件的方法，其特征在于：所述热处理前对铸件性能进行测试，合格品进入热处理工序。
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