CN1021303C - 金属制品失泡沫压力铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属制品失泡沫压力铸造方法，这种方法是在铸型浇铸后，以某一增高速率给铸型施加一个增加的均衡的气压，由于载荷穿过型砂的损耗，在熔化金属相对型砂的内表面区域上迅速暂时产生过压，当过压达到两个极限值之间的某一数值时，则象所述的增压一样减，然后，保持所述的压力恒定不变，直到铸件完全凝固为止。本发明用于获得铸件，特别是铝合金制品，除增加了密度之外，其表面没有气孔和碳夹杂物。

Description

本发明涉及金属制品，特别是铝及铝合金制品的失泡沫压力铸造方法。

熟悉铸造技术的人员，例如从美国专利3，157，924号可知：象聚苯乙烯类有机泡沫材料模型可用于金属铸造，这类模型是埋入无粘结剂的干砂制造的铸型内。工业上，常用耐火材料膜涂敷这些模型以改善铸件的质量。在这种方法中，事先熔化好的待浇铸金属经通过型砂的供给孔和沟槽引入而与模型相接触，使模型经燃烧主要转换成蒸气从砂粒之间逸散，而浇入的金属则逐渐取代所述的模型。

与传统的使用非永久铸型的铸造方法相比，这种方法避免了进行压实和烧结粉末状耐火材料及用相当复杂的方式将刚性的铸型与型芯相连这一初始的制造过程，并且可以简单地回收铸件，易于进行造型材料的再循环，因此，这种方法与传统方法相比即简单又经济，并给铸造设计师设计铸件形状以较大的灵活性，这就是为什么从工业观点来看这种方法越来越有吸引力的原因。然而也有一些缺点妨碍其应用，其中两点是由传统的冶金机理产生的，即：

-凝固比较缓慢，助长了由溶解在液态铝合金中的氢气产生的析出针孔的形成;

-热梯度比较薄弱，助长了显微收缩。

就克服这些缺点而言，申请人已经在法国专利申请公开2606688中提出了一项应用该铸型的方法，在铸型浇铸之后，金属的凝固率超过重量的40%之前，对铸型施以最大值在0.5至1.5MPa之间的一个均衡的气压。

因此，上述的发明方法包括传统的失泡沫铸造阶段，即：

-使用有机泡沫材料制成的并涂敷耐火材料膜的铸造制品的模型;

-将所述模型埋入由无粘结剂的干砂制作的铸型内;

-将熔化状态的金属浇入铸型，燃烧所述的模型，这种浇铸（方法）是经过通至铸型外面且与模型相连的供给孔来实现的;

-排出所述模型在燃烧过程中放出的气化物和液体残余物;

-使液态金属凝固以获得铸件。

申请人对该发明作了如下改进：当铸型完全注满时，也就是说当金属全部取代了模型且大部分气化物已经排出时，给铸型施加气压。这道工序可将铸型放入与气压源相连的耐压腔室中来完成。

这道工序可以在浇铸之后金属仍然完全处于液态的情况下立即进行，也可以在铸型内的金属凝固率不超过40%的情况下进行，超过该数值，压力只起很小的作用。加压值最好在0.5至1.5MPa之间。低于0.5MPa可能不起作用，高于1.5MPa会使作业费用提高。

人们知道，消除或至少减少气体和显微收缩产生的针孔能显著增加制品的密度，改善机械性能。但这会增加“金属渗透”的缺点。事实上，当没有其它保护措施在失泡沫铸造铸型上建立压力时，所述压力一方面直接施加在金属供给孔上，并从那里（实际上）同时传递到整个液态金属上，另一方面，在型砂的表面，压力由于载荷穿过型砂的损失而以逐渐衰减的强度传递。因此压力失去平衡，在金属相对型砂的内表面区域上，即模型与型砂的分界面上形成过压△P。这种不平衡是暂时的，并且刚好在施压后出现，随后即被缓冲。

如果过压太大，会引起金属在砂粒之间的渗透，并使制品表面变形，形成所谓的“金属渗透”（机械粘砂）现象。为了克服这种缺点，必须尽可能减小过压。申请人在主申请中以靠从0到所需的最大值之间逐渐提高压力的办法实现了这一点，随后保持这一压力，直至金属完全凝固为止。实际上，开始加压时，压力越低，不平衡现象越轻微。因此，规定以足够低的比率增加压力来达到降低过压的目的。但是，除金属渗透现象和上文已述的由传统冶金机理产生的缺点之外，申请人人还指出了由失泡沫方法真正特有的机理产生的其它两个缺点，即：

-泡沫气化产生的气孔;

-形成由液态铝合金和合碳泡沫残余物相互接触产生的、与氧化物有关的碳夹杂物。

因此，补充研究得到了下面的结论：

如上文所述，熔模铸造工业实践包括用耐火材料膜复盖模型，这种耐火材料通常由粘结剂烧结的陶瓷微粒制成。薄膜的作用如下：在浇铸液态金属的一瞬间，通常由聚苯乙烯制成的泡沫被分离成气态和液态形式，耐火材料层由其透气性来调节排除气态形式，并吸收液态形式。一般地说，透气性应适应于制品是为了保证在熔化金属和泡沫之间保持一个气垫，吸收能力应当最大以消除液态残余物。因此，当铸型完全注满时，耐火材料层浸透了残余物，过饱和部分则逸散至型砂中。因此，金属是在600℃至800℃的温度下在铸型内与有机材料的饱和层接触的，这可引起液体的气化。其所产生的压力，使气体渗入金属而形成气孔，同时增加了由于泡沫残余物不完全燃烧产生的碳夹杂物。

为避免这一缺点，必须使液态金属中形成的压力足以超过薄膜后 面型砂空间中的压力，以便使气态和液态残余物向型砂排放，以防止其进入金属。但是，这与防止金属渗透的解释相反，这种解释包括尽可能地降低增压的速率，以使过压减至最低限度。

申请人已经发现，为避免金属渗透和残余物渗入金属，最重要的是适合的过压范围，因此，本发明的改进包括压力具有一个增加的速率，该增压率是型砂颗粒尺寸和模型埋入深度的函数，由于穿过型砂时载荷的损失，在熔融金属和型砂交界面上会迅速暂时形成过压，过压达到两个极限值之间的某一个值，然后象增压情形一样减压，再保持所述的压力恒定不变，直至完全凝固为止。

这个速率最好在每秒0.003至0.3MPa之间，产品越薄，数值越小，数值超过这个范围，会使两个缺点中的一个或另一个突出。

这个速率显然应当考虑到载荷穿过铸型的损失，也就是说应考虑型砂的颗粒尺寸和模型埋入型砂的深度。这就是为什么按这些参数选择速率并使过压值保持在0.001至0.030MPa之间，最好在0.002和0.010MPa之间的原因。只在浇铸制品后紧接着的一段临界时间和薄膜充满未完全气化的残余物时才要求过压，这种过压最好在加压后低于2秒钟的时间内达到，在这一瞬间，金属渗透现象最大。

本发明可用下面的与内燃机排气管和缺盖铸造有关的实施例加以说明，铸造是在考虑到型砂的颗粒尺寸和模型埋入的深度使之符合所要求的过压范围的条件下进行的，这些条件和所用的铸型参数示于下页的表1上。

用这种方法铸造的制品几乎没有气孔和碳的外表层，证明了本发明改进的效果。

表1

NO

施加的压力    自浇铸结束    自浇铸结束    当凝固率达到

35%时

制品类型    排气管    缸盖    缸盖

型砂颗粒尺寸

AFS    48    48    100

凝固持续时间    60    240    240

（秒）

制品厚度（mm）    4    8    8

压力在0至0.8

MPa之间升高

持续时间（秒）    12    46    80

压力升高速率

（MPa/Sec）    0.066    0.017    0.01

最大△P（MPa）    0.0097    0.0046    0.0030

模型埋入深度

（mm）    250    450    450

达到最大过压的

时间（秒）    0.9    0.6    0.4

＊AFS-美国铸造学会型砂标准。

Claims (2)

1、一种铝及其合金制品失泡沫压力铸造方法包括下列步骤：

-一使用有机泡沫材料制成的涂敷有耐火材料膜的待铸造制品的模型；

-一将所述模型埋入无粘结剂的干砂制作的铸型内；

-一将液态金属注入所述的铸型，燃烧所述的模型；

-一排出模型放出的气化物和液态残余物；

-一使液态金属凝固，获取所述制品；

-一在金属凝固率超过重量的40%之前，给铸型施加一均衡的压力，其最大值在0.5至1.5MPa之间，本发明的特征在于，所述压力以一个其值在0.003至0.3MPa/sec之间的速率增加，该速率是型砂颗粒尺寸和模型埋入深度的函数，所述压力暂时由于载荷穿过型砂的损失在液态金属和型砂的接触面上在2秒钟之内形成液态金属对型砂的过压，过压达到0.001至0.030MOa之间的某一个数值，然后随所述压力的增加而减小，再保持所述最大压力恒定不变，直至完全凝固为止。

2、按照权利要求1所作改进，其中过压值在0.002至0.010MPa之间。