CN103736909A - 一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法，铸铁芯的材料为含硅重量分数8-13％的铝硅合金，所述可熔性金属芯的熔点为577-620℃；制备方法包括铸造毛坯、清理与光整、涂覆涂料和预热等步骤；使用方法包括预热、合型浇注、熔芯或脱芯、回收芯料等步骤；本发明的优点在于：芯材料可以回收利用，制芯成本低，强度高，铸铁件质量高。

Description

一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种铸造用芯，具体地说是一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法，适用于球墨铸铁、灰铸铁和可锻铸铁铸造用芯，属于铸造用芯领域。

背景技术

现有铸铁件的铸造生产中，一般都是使用砂芯来形成铸铁件的内腔，芯的外形与欲形成的内腔形状相一致。现有铸铁用砂芯的材料一般都包括耐火材料、粘结剂。耐火材料以石英砂为主，粘结剂有树脂、水玻璃、植物油、糊精等。这种芯的制造方法是将砂和粘结剂混合均匀后，在芯模(也叫芯盒)内成形，固化后获得一定的强度，其室温抗拉强度一般只有1-10MPa；其使用方法是，将铸铁砂芯预热或不预热，放入铸型内，浇注铁液待铸件成形后，将芯破坏，使其流出铸铁件的空腔。这些芯的材料一般都不回收，如果回收复用，其成本很高。对于复杂内腔的芯，将其从中清理干净很困难，经常有砂粒残留。这种铸铁用芯的问题是：

(1)容易出现粘砂缺陷：由于耐火材料的导热系数小，铁液接触砂芯后，砂芯的表面迅速升温，甚至达到与铁液相近的高温。在这种高温下，耐火材料便发生软化，出现与铸铁件粘连的现象，即粘砂缺陷；

(2)强度低，易损坏。由于粘结力有限，其室温强度较低，一般只有几MPa，甚至小于1MPa，在搬运、安装等过程中容易损坏或出现掉砂现象，增加了铸铁件缺陷发生率；

(3)抗金属液冲刷能力差；一旦有高温金属液直接冲刷，就容易被冲跨，出现掉砂或溃散，导致铸件报废；

(4)清理和回收困难：由于芯的材料是粘结剂和耐火材料的混合物，即使经过高温铁液的作用，也难以完全溃散，不仅清理困难，而且难以回收利用。造成较大的固废和废液污染；

(5)污染环境：由于其耐火材料多为高熔点的氧化物，难以降解，排放后形成固废污染，其粉尘容易导致矽肺病；其中的粘结剂是有机物，燃烧后产生废气甚至是有毒气体，造成废气污染；

(6)铸件质量差：由于这种芯的导热性差，使铸件的冷却缓慢，晶粒粗大，性能不高。

发明内容

为了解决现有技术中铸铁芯的上述强度低、抗金属液冲刷能力差、难以回收利用、环境污染严重的问题，本发明设计了一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法，根据热传导原理，利用高强高韧的铝硅合金来制作铸铁用芯，芯材料可以回收利用，制芯成本低，强度高，铸铁件质量高。

本发明的技术方案为：

一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，所述可熔性金属芯的材料为含硅重量分数8-13％的铝硅合金，根据硅含量不同，所述可熔性金属芯的熔点为577-620℃。所述可熔性金属芯优选为含硅重量分数9-11％的铝硅合金。

这种芯材料导热性好，且在熔化时会吸收大量的热，因此，当液态的铸铁材料将铸铁芯包裹时，铸铁芯便迅速吸收大量的热，并向芯内部传递，因此，芯的温度虽有所升高，但又不会出现熔化；相应地与芯接触的铸铁材料温度迅速降低至熔点以下，发生凝固，得到组织细小致密凝固层。

进一步地，所述可熔性金属芯的的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，且在所述可熔性金属芯的端部留有芯头，确保牢固稳定地将铸铁芯安装在铸型内。

进一步地，所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁件的横截面积之比为0.6-1.2∶1，优选为0.8∶1。当这一比值小于0.6时，在铸铁件凝固前，铸铁芯的温度就会升高至熔点被熔化；当铸铁芯的横截面积与包围芯的铸铁件横截面积的比大于1.2时，芯的冷却能力过强，导致铸铁件容易出现冷隔、白口或开裂缺陷。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯可以采用消失模铸造方法、金属型铸造方法或者其他铸造方法整体成形，也可以以回收的本发明铸铁芯为原料，具体制造方法，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯置入熔炼炉内，使温度达到其熔点以上80-120℃的温度，采用消失模铸造方法、金属型铸造方法或者其他铸造方法铸造成形，得到铸铁芯毛坯，其中，消失模铸造方法、金属型铸造方法等铸造成形方法均为常规方法，在此不再赘述；

(2)清理与光整：去除步骤(1)铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对步骤(2)铸铁芯的表面涂覆现有技术中的石英粉或锆英粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.1-0.5mm。这层涂料既可起到隔热作用，又可起到隔离芯与铸铁件的作用，防止芯的物质扩散进入铸铁件中；

(4)预热：将步骤(3)涂覆有涂料的铸铁用芯加热至180-350℃保温20min以上，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的使用方法，具体包括如下步骤：

(1)将预热至要求温度即预热温度180-350℃的铸铁芯放入铸型内，铸铁芯端部的芯头安装在铸型的对应芯座内；

(2)合型浇注：将铸型闭合，液态铸铁材料浇入铸型内，包裹住本发明的铸铁芯，在铸铁芯的冷却作用下铸铁材料冷却凝固成形，同时铸铁芯的温度升高，但低于铸铁芯的熔点；随后，随着铸铁件的冷却降温，铸铁芯也随着降温；

(3)熔芯或脱芯：将凝固完成、包裹着铸铁芯的铸铁件在400-600℃从铸型中取出，放入热处理炉内进行650-800℃保温，使铸铁芯熔化并流出铸铁件的内腔，脱了铸铁芯的铸铁件进行要求的去应力退火或其他热处理：

(4)回收芯料：将从铸铁件内流出的铸铁芯料收集起来，转入到熔化炉内，加热至700-800℃，重新浇注制备铸铁芯。

依次反复，可以连续不断地制备出铸铁件所需的铸铁芯而不需要增加芯料消耗。

本发明的优点在于：

(1)芯料可以回收利用：本发明的铸铁芯料是纯铝或铝硅合金，这种材料可以在铸铁件退火或正火热处理的过程自动熔化，收集起来即可回收，反复使用；

(2)制芯成本低：本发明的制芯成本主要是铝硅合金的保温熔炼和铸芯过程的电耗和人工。由于熔芯与铸铁件热处理同步，在批量生产条件下，铸铁芯在铸铁件生产成本中的比例与树脂砂芯相当。

(3)强度高，所得内腔尺寸精确；本发明铸铁芯的抗拉强度是现有砂芯的数十倍，可达100MPa以上，即使在高温下其抗拉强度也高达10MPa左右，因此，不易变形，抗冲刷能力强，所得铸铁件内腔光洁、尺寸精确；

(4)铸铁件质量高：本发明的铸铁芯用铝硅合金制成，其导热性好，有利于铸铁件细化晶粒和组织致密；由于本发明铸铁芯中没有砂粒，根除了掉砂危险和夹砂缺陷。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

实施例一

铸造球墨铸铁件用芯

铸造球墨铸铁件的内腔需要使用芯来铸造成形，现有技术采用砂芯来形成，本发明的实施例是用来铸造球墨铸铁轴向体。

一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，所述可熔性金属芯的材料为含硅重量分数8％铝硅合金，所述可熔性金属芯的熔点为610℃。这种芯材料导热性好，且在熔化时会吸收大量的热，因此，当液态的铸铁材料将铸铁芯包裹时，铸铁芯便迅速吸收大量的热，并向芯内部传递，因此，芯的温度虽有所升高，但又不会出现熔化；相应地与芯接触的铸铁材料温度迅速降低至熔点以下，发生凝固，得到组织细小致密凝固层。

所述可熔性金属芯的的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，且在所述可熔性金属芯的端部留有芯头，确保牢固稳定地将铸铁芯安装在铸型内。

所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁件的横截面积之比为0.8∶1。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的制备方法，以回收回来的本发明铸铁芯(或纯铝)为原料，采用消失模铸造方法整体成形，具体制造方法，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯(或铝)置入熔炼炉内，使其温度达到其熔点以上80℃的温度，采用消失模铸造方法铸造成形，得到铸铁芯毛坯；

(2)清理与光整：去除铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对铸铁芯的表面涂覆现有技术中的石英粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.1mm。这层涂料既可起到隔热作用，又可起到隔离芯与铸铁件的作用，防止芯的物质扩散进入铸铁件中。

(4)预热：将涂覆有涂料的铸铁用芯加热至350℃保温20min，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的其使用方法，包括如下步骤：

(1)将预热至要求温度180-350℃的芯放入铸型内，铸铁芯端部的芯头安装在铸型的对应芯座内；

(2)合型浇注：将铸型闭合，液态铸铁材料浇入铸型内，包裹住本发明的铸铁芯，在铸铁芯的冷却作用下铸铁材料冷却凝固成形，同时铸铁芯的温度升高，但低于铸铁芯的熔点；随后，随着铸铁件的冷却降温，铸铁芯也随着降温；

(3)熔芯或脱芯：将凝固完成、包裹着铸铁芯的铸铁件温度在600℃时从铸型中取出，放入热处理炉内进行800℃保温，使铸铁芯熔化并流出铸铁件的内腔，脱了芯的铸铁件进行要求的正火或退火热处理。

(4)回收芯料：将从铸铁件内流出的芯料收集起来，转入到熔化炉内，加热至800℃，重新浇注制备铸铁芯。

依次反复，可以连续不断地制各出铸铁件所需的铸铁芯而不需要增加芯料消耗。

实施例二

铸造灰铸铁件

灰铸铁件的孔或内腔需要使用芯来铸造成形，现有技术采用水玻璃砂芯、树脂砂或油砂芯来形成，本发明的实施例是用来铸造灰铸铁件。

一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，所述可熔性金属芯的材料为含硅重量分数为13％的铝硅合金，其熔点577℃。这种芯材料导热性好，且在熔化时会吸收大量的热，因此，当液态的铸铁材料将铸铁芯包裹时，铸铁芯便迅速吸收大量的热，并向芯内部传递，因此，芯的温度虽有所升高，但又不会出现熔化；相应地与芯接触的铸铁材料温度迅速降低至熔点以下，发生凝固，得到组织细小致密凝固层。

所述可熔性金属芯的的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，且在所述可熔性金属芯的端部留有芯头，确保牢固稳定地将铸铁芯安装在铸型内。

所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁

件的横截面积之比为0.6∶1。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的制备方法，以回收回来的本发明铸铁芯为原料，采用消失模铸造方法整体成形，具体制造方法，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯置入熔炼炉内，使其温度达到其熔点以上120℃的温度，采用消失模铸造方法铸造成形，得到铸铁芯毛坯：

(2)清理与光整：去除铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对铸铁芯的表面涂覆现有技术中的石墨粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.3mm，这层涂料既可起到隔热作用，又可起到隔离芯与铸铁件的作用，防止芯的物质扩散进入铸铁件中。

(4)预热：将涂覆有涂料的铸铁用芯加热至260℃保温40min，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的其使用方法，包括如下步骤：

(1)将预热至要求温度180-350℃的芯放入铸型内，铸铁芯端部的芯头安装在铸型的对应芯座内；

(2)合型浇注：将铸型闭合，液态铸铁材料浇入铸型内，包裹住本发明的铸铁芯，在铸铁芯的冷却作用下铸铁材料冷却凝固成形，同时铸铁芯的温度升高，但低于铸铁芯的熔点；随后，随着铸铁件的冷却降温，铸铁芯也随着降温；

(3)熔芯或脱芯：将凝固完成、包裹着铸铁芯的铸铁件温度在400℃时从铸型中取出，放入热处理炉内进行650℃保温，使铸铁芯熔化并流出铸铁件的内腔，脱了芯的铸铁件进行要求的去应力退火热处理。

(4)回收芯料：将从铸铁件内流出的芯料收集起来，转入到熔化炉内，加热至700℃，重新浇注制备铸铁芯。

依次反复，可以连续不断地制备出铸铁件所需的铸铁芯而不需要增加芯料消耗。

实施例三

铸造可锻铸铁件

铸造可锻铸铁件的孔或内腔需要使用芯来铸造成形，现有技术采用树脂砂芯来形成，本发明的实施例是用来铸造可锻铸铁管件。

一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，所述可熔性金属芯的材料为含硅量10％的铝硅合金，其熔点600℃。这种芯材料导热性好，且在熔化时会吸收大量的热，因此，当液态的铸铁材料将铸铁芯包裹时，铸铁芯便迅速吸收大量的热，并向芯内部传递，因此，芯的温度虽有所升高，但又不会出现熔化；相应地与芯接触的铸铁材料温度迅速降低至熔点以下，发生凝固，得到组织细小致密凝固层。

所述可熔性金属芯的的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，在芯的端部留有芯头，确保牢固稳定地将铸铁芯安装在铸型内；

所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁件的横截面积之比为1.2∶1。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的制备方法，以回收回来的本发明铸铁芯为原料，采用消失模铸造方法整体成形，具体制造方法，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯置入熔炼炉内，使其温度达到其熔点以上100℃的温度，采用消失模铸造方法铸造成形，得到铸铁芯毛坯；

(2)清理与光整：去除铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对铸铁芯的表面涂覆现有技术中的锆英粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.5mm，这层涂料既可起到隔热作用，又可起到隔离芯与铸铁件的作用，防止芯的物质扩散进入铸铁件中。

(4)预热：将涂覆有涂料的铸铁用芯加热至120℃保温60min，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯的其使用方法，包括如下步骤：

(1)将预热至要求温度的芯放入铸型内，铸铁芯端部的芯头安装在铸型的对应芯座内；

(2)合型浇注：将铸型闭合，液态铸铁材料浇入铸型内，包裹住本发明的铸铁芯，在铸铁芯的冷却作用下铸铁材料冷却凝固成形，同时铸铁芯的温度升高，但低于铸铁芯的熔点；随后，随着铸铁件的冷却降温，铸铁芯也随着降温；

(3)熔芯或脱芯：将凝固完成、包裹着铸铁芯的铸铁件在500℃温度时从铸型中取出，放入热处理炉内进行1100℃保温，使铸铁芯熔化并流出铸铁件的内腔，脱了芯的铸铁件进行要求的石墨化退火热处理。

(4)回收芯料：将从铸铁件内流出的芯料收集起来，转入到熔化炉内，加热至750℃，重新浇注制备铸铁芯。

依此反复，可以连续不断地制备出铸铁件所需的铸铁芯而不需要增加芯料消耗。

本发明各个实施例中，所用原材料均为本领域生产中所用之料，均可从市场中得到，且对于生产结果不会产生影响；在各工序中用到的仪器设备，均采用当前生产中所用的常规设备，并无特别之处。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，其特征在于：所述可熔性金属芯的材料为含硅重量分数8-13％的铝硅合金，所述可熔性金属芯的熔点为577-620℃。

2.根据权利要求1所述的铸铁芯，其特征在于：所述可熔性金属芯为含硅重量分数为9-11％的铝硅合金。

3.根据权利要求1所述的铸铁芯，其特征在于：所述可熔性金属芯的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，且在所述可熔性金属芯的端部留有芯头。

4.根据权利要求仁3任意一项所述的铸铁芯，其特征在于：所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁件的横截面积之比为0.6-1.2∶1。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的铸铁芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯置入熔炼炉内，使温度达到其熔点以上80-120℃的温度，铸造成形，得到铸铁芯毛坯；

(2)清理与光整：去除步骤(1)铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对步骤(2)铸铁芯的表面涂覆现有技术中的石英粉或锆英粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.1-0.5mm；

(4)预热：将步骤(3)涂覆有涂料的铸铁用芯加热至180-350℃保温20min以上，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。

6.一种如权利要求1-4任意一项所述的铸铁芯的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将预热至要求温度的铸铁芯放入铸型内，铸铁芯端部的芯头安装在铸型的对应芯座内；

(2)合型浇注：将铸型闭合，液态铸铁材料浇入铸型内，包裹住本发明的铸铁芯，在铸铁芯的冷却作用下铸铁材料冷却凝固成形，同时铸铁芯的温度升高，但低于铸铁芯的熔点；随后，随着铸铁件的冷却降温，铸铁芯也随着降温；

(3)熔芯或脱芯：将凝固完成、包裹着铸铁芯的铸铁件在400-600℃从铸型中取出，放入热处理炉内进行650-800℃保温，使铸铁芯熔化并流出铸铁件的内腔，脱了铸铁芯的铸铁件进行要求的去应力退火或其他热处理；

(4)回收芯料：将从铸铁件内流出的铸铁芯料收集起来，转入到熔化炉内，加热至700-800℃，重新浇注制备铸铁芯。