CN102343418A - 一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其包括配置树脂砂、制芯、修芯等多个步骤，最终解决了三元流铝合金叶轮铸件的成型问题，获得了内部组织质量好，尺寸精度好的铸件，为其他类似铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时，采用树脂砂芯+金属型复合铸造成型的方法极大的降低生产成本，缩短了制造周期，提高了产品质量，能产生极大的经济效益和实现节能环保的目的。

Description

一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法

技术领域

本发明属铝合金铸件生产技术领域，涉及一种铝合金叶轮铸件的生产，尤其是一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法。

背景技术

三元流铝合金叶轮铸件结构复杂，性能要求高，为了实现其减轻质量、提高铝合金结构件的整体结构性能和可靠性的目的，需要根据构件形状将其分解为多个部分，采用整块金属以机械加工的方法形成构件的各个部分，然后采用焊接将构件进行整体成型，这种方法使得构件的成型过程异常复杂困难，生产周期长，效率低，金属浪费严重，成本高，且可靠性较和组焊精度低。

整体铸造成型由于具有成本低廉、效率高，尤其适合批量生产，且采用铸造的方法能够实现一次成型，但采用单一的铸造方法较难得到性能和尺寸要求俱佳的铸件，为解决类似高性能复杂铸件整体铸造问题，本专利以三元流铝合金叶轮为对象，根据国内外研究，采用铝合金树脂砂-金属复合型新型铸造工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，该铸造方法采用树脂砂造芯，经过修型和上涂料之后，组装砂芯，在预热和喷涂金属型上合箱，并采用反重力浇注，清砂完打磨粗抛，最后实施热处理和吹砂后获得叶轮铸件。该方法能够降低生产成本，缩短制造周期。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，包括以下步骤：

1)配置树脂砂

选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；

2)制芯

在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯

修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料

用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯

用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂

组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250～350℃保温0.5～1.5小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在350～450℃保温1～3小时；

7)合箱

将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型

将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼

除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，以400～600℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注

采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；

12)热处理

固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂

利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

进一步的，以上步骤1)中，选取70/100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

进一步，以上步骤5)中，用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可。步骤6)中，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300℃保温1小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在400℃保温2小时。步骤9)中，所述保护涂料层的厚度为0.5～1mm。步骤10)中，浇注温度为713℃。步骤11)中采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光。

本发明具有以下有益效果：

本发明解决了三元流铝合金叶轮铸件的成型问题，获得了内部组织质量好，尺寸精度好的铸件，为其他类似铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时，采用树脂砂芯+金属型复合铸造成型的方法极大的降低生产成本，缩短了制造周期，提高了产品质量，能产生极大的经济效益和实现节能环保的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行：

1)配置树脂砂：选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；选取70/100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

2)制芯：在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯：修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料：用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯：用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可；用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂：组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250～350℃保温0.5～1.5小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在350～450℃保温1～3小时；

将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300℃保温1小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在400℃保温2小时。

7)合箱：将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型：将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼：除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，涂料层的厚度为0.5～1mm，以400～600℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注：采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；浇注温度为713℃；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；具体为：采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光；

12)热处理：固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂：利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

实施例2

本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行：

1)配置树脂砂：选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；选取70目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

2)制芯：在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯：修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料：用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯：用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可；用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂：组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250℃保温1.5小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在450℃保温1小时；

7)合箱：将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型：将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼：除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经350℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，涂料层的厚度为0.5mm，以400℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注：采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；浇注温度为713℃；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；具体为：采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光；

12)热处理：固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂：利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

实施例3

本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行：

1)配置树脂砂：选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；选取100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

2)制芯：在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯：修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料：用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯：用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可；用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂：组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至350℃保温0.5小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在350℃保温3小时；

7)合箱：将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型：将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼：除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，涂料层的厚度为1mm，以600℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注：采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；浇注温度为713℃；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；具体为：采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光；

12)热处理：固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂：利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

实施例4

本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行：

1)配置树脂砂：选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；选取80目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

2)制芯：在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯：修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料：用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯：用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可；用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂：组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300℃保温1小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在400℃保温2小时；

7)合箱：将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型：将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼：除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经380℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，涂料层的厚度为0.8mm，以500℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注：采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；浇注温度为713℃；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；具体为：采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光；

12)热处理：固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂：利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

实施例5

本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行：

1)配置树脂砂：选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；选取90目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

2)制芯：在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯：修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料：用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯：用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可；用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂：组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至320℃保温1小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在400℃保温2小时；

7)合箱：将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型：将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼：除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经360℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，涂料层的厚度为0.6mm，以530℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注：采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；浇注温度为713℃；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；具体为：采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光；

12)热处理：固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂：利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

Claims (7)

1.一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配置树脂砂

选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂；

2)制芯

在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实；

3)修芯

修整去除杂物，用修补膏填补砂芯表面，并修整光滑；

4)涂涂料

用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面，点燃涂层；

5)组装组合砂芯

用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍；

6)金属型预热和喷涂

组合砂芯的同时，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250～350℃保温0.5～1.5小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在350～450℃保温1～3小时；

7)合箱

将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固，确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确；

8)紧固金属型

将上述紧固的模具吊装在中隔板上，浇口与升液管口正对，确保升液管和中隔板密封良好，使模具与浇注炉的中隔板紧固；

9)熔炼

除去坩埚内表面残余涂料和氧化层，经350～400℃预热后在表面均匀喷涂一层保护涂料，以400～600℃烘干至发黄备用；采用氩气旋吹机精炼，通过在线测氢来检验精炼效果，如ρ值满足要求，则停止精炼，否则再次进行精炼，继续测试ρ值，直到ρ值满足要求；

10)浇注

采用低压浇注，升液、充型速度50mm/s，升液压力差30KPa，升液压力1KPa，结晶增压压力1KPa，结晶时间至少600S；

11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛；

12)热处理

固溶参数为：炉温低于300℃时铸件入炉，升温至540±5℃，保温12小时；铸件出炉后入60～100℃的清水中冷却，出炉至入水时间不得超过20秒；时效的参数为：炉温低于100℃时铸件入炉，升温至165±5℃保温8小时；铸件出炉空冷；

13)吹砂

利用干吹砂机吹砂；介质：80#刚玉砂，压力：0.4～0.6MPa。

2.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤1)中，选取70/100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

3.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤5)中，用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸，使组合芯能完全放入外型模具中即可。

4.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤6)中，将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300℃保温1小时，取出喷涂料，涂料厚度＞0.5mm；然后在400℃保温2小时。

5.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤9)中，所述保护涂料层的厚度为0.5～1mm。

6.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤10)中，浇注温度为713℃。

7.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法，其特征在于，步骤11)中采用手工清砂，并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除，并抛光。