CN104014717A - 一种zl101薄壁铝合金件的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：1)准备型砂原料；2)制备粘结剂料浆，所述粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉36-40％，呋喃树脂6-8％，钙基膨润土14-16％，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5％，硬脂酸锌1-2％，三聚磷酸钠2-3％，余量为水；3)制备型砂；4)制作铸型及浇注系统；5)熔炼ZL101合金；其中采用添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745℃时进行精炼，精炼后静置10-12min；6)浇注：其中控制铝合金浇注温度为720-730℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6-8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s，最后的约1/5采用6-8kg/s；7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。

Description

一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸造技术领域，具体涉及一种薄壁铝合金铸件的铸造方法。

背景技术

目前，越来越多的薄壁铝合金件采用铸造法一次成型，如大型座体，蜗壳、舱门类铸件，这类铸件尺寸较大，壁薄，不加工面多，壁厚处40-100mm，壁薄处3-5mm，壁厚过渡不均匀，铸造工艺难度大，尺寸难控制，这类铸件通常采用ZL101合金砂型重力铸造或金属性压铸，ZL101合金虽然有较好的流动性，但是液态金属在薄壁、狭长的通道中冷却速度快，容易产生冷隔等铸造缺陷，现有技术中通常采用浇道设计，布置冷铁，冒口设计等改进浇注条件的方法，但这些方法仍然不太理想，对于这类铸件产品，现有技术中通过对型砂进行改进以克服这类缺陷的报道不多见。

型砂在铸造生产中的作用极为重要，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30～50％。通常对型砂的要求是：1、具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用。2、良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力。3、一定的可塑性，即型砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力。4、较好的透气性，即型砂孔隙透过气体的能力。5、高的溃散性，又称出砂性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。

型砂按所用粘结剂不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、石英砂等，以粘土砂、水玻璃砂及石英砂用的最多。

型砂中的原砂、粘结剂类型等对铸件的性能具有重要影响，特别是对铝合金铸造而言，传统的铝合金铸造用的型砂配方中型砂粒径太大或太小，型砂料径太大，虽然透气性较好，但是铝砂件表面比较粗糙，光洁度不好，型砂料径太小，导致砂型透气性不好，铝铸件有气孔产生。国内外广泛使用的煤粉粘土湿型砂，一般由原砂、粘结剂、煤粉添加物等与水混制而成，具有一定的防粘砂效果和材料成本低、生产效率高的优点，但其消耗量大、排放严重、在铸造过程煤粉燃烧分解产生有毒气体污染。并且传统的型砂铸造铝合金产品的粘砂、气孔、裂纹等缺陷率在15％以上，废品率高导致铸件成本的极大增加。

因此，本发明着力从铸造型砂的改进来改善ZL101薄壁铝合金件的铸造缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法采用全新的型砂作为制作铸型，采用重力浇注方法，配合合金冶炼和浇注工艺的改进，克服ZL101薄壁铝合金件的铸造缺陷。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：

1)准备型砂原料：所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成：石英原砂新砂60-64份，石英原砂旧砂24-28份，电解铝渣粉料3-5份，锆英砂4-6份，空心微珠1-6份，粘结剂料浆16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60μm，粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉36-40％，呋喃树脂6-8％，钙基膨润土14-16％，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5％，硬脂酸锌1-2％，三聚磷酸钠2-3％，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；

2)制备粘结剂料浆：取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600-800rpm的速度搅拌10-15分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1000-1100rpm的速度搅拌15-20分钟，获得粘结剂料浆；

3)制备型砂：将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤1)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8-10小时制得型砂。

4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；

5)熔炼ZL101合金；控制合金成分为Si6.8-7.2％，MgO.25-0.45％，FeO.5％，ZnO.3％，MnO.35％，Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15-20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745℃时进行精炼，精炼后静置10-12min；

6)浇注：将铸型提前烘烤预热，预热温度为120-150℃，控制铝合金浇注温度为720-730℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6-8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s，最后的约1/5采用6-8kg/s；

7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。

本发明通过对型砂的改进和和冶炼浇注工艺的控制；使得制备的薄壁铸件工艺缺陷少，产品合格率高，具体为：

一.关于型砂的改进：

1)本发明制备的型砂不采用粉煤灰做原料，排放少，不产生有毒气体，几乎零污染。

2)本发明型砂骨料采用石英原砂新砂、石英原砂旧砂搭配，节省原料成本；添加适量锆英砂可提高型砂的耐火度，使得铸型耐浇性能提高。

3)创造性的在型砂中添加电解铝渣粉料，解决了电解铝渣废料回收的问题，节省成本，同时发现由于电解铝渣粉料中含有残余的铝和氧化铝，与被铸铝合金同质成分，可改善铝合金的表面质量，起到了意料不到的技术效果。

4)添加适量的空心微珠改善了铸型的透气性能；同时通过几种粉料的粒度搭配，既使得铸型透气性能好，降低铸造缺陷，又使得铸件的表面光洁。

5)采用以淀粉为主的全新的粘结剂，使得由该型砂制备的铸型浇注时强度、铸后溃散性优异。

二.关于冶炼和浇注工艺

1)本发明通过提高精炼温度，并控制精炼时间，使得铝合金熔体中的气体含量降低；

2)本发明通过提高浇注的温度使得合金的流动性好，避免产生浇不足等缺陷；

3)本发明创造性的针对薄壁铝合金件采用控制浇注速度的方式，前期快，使得熔体迅速充型，中期稍慢以使得卷入气体少，同时由于前期的浇注使得合金充型效果更好，最后再快速浇注以保证合金在铸型内的满充和补缩效果，这样的配合使得铸件的冷隔缺陷基本消除。

经过大量的实验统计，采用本发明方法所制备ZL101薄壁铸件，粘砂、气孔、裂纹、冷隔、缩孔、疏松等缺陷率在3％以下，可大幅提高铸件成品率，降低铸件成本。

本发明方法广泛适用于座体、舱门，蜗壳、筒套类薄壁件以及壁厚相差大的ZL101铝合金铸件。

具体实施方式

实施例一

一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：

1)准备型砂原料：所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成：石英原砂新砂60份，石英原砂旧砂28份，电解铝渣粉料3份，锆英砂6份，空心微珠1份，粘结剂料浆18份，水22份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60μm，粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉36％，呋喃树脂8％，钙基膨润土14％，-100目甘蔗渣纤维素粉5％，硬脂酸锌1％，三聚磷酸钠3％，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；

2)制备粘结剂料浆：取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600rpm的速度搅拌15分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1000rpm的速度搅拌20分钟，获得粘结剂料浆；

3)制备型砂：将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤1)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8小时制得型砂。

4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；

5)熔炼ZL101合金；控制合金成分为Si6.8-7.2％，Mg0.25-0.45％，Fe0.5％，ZnO.3％，MnO.35％，Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735℃时进行精炼，精炼后静置10min；

6)浇注：将铸型提前烘烤预热，预热温度为120℃，控制铝合金浇注温度为720℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6kg/s的速度，中间的约2/5采用4kg/s，最后的约1/5采用6kg/s；

7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。

实施例二

一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：

1)准备型砂原料：所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成：石英原砂新砂64份，石英原砂旧砂24份，电解铝渣粉料5份，锆英砂4份，空心微珠6份，粘结剂料浆16份，水26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60μm，粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉40％，呋喃树脂6％，钙基膨润土16％，-100目甘蔗渣纤维素粉3％，硬脂酸锌2％，三聚磷酸钠2％，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；

2)制备粘结剂料浆：取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以800rpm的速度搅拌10分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1100rpm的速度搅拌15分钟，获得粘结剂料浆；

3)制备型砂：将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤1)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约10小时制得型砂。

4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；

5)熔炼ZL101合金；控制合金成分为Si6.8-7.2％，MgO.25-0.45％，FeO.5％，ZnO.3％，MnO.35％，Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为745℃时进行精炼，精炼后静置12min；

6)浇注：将铸型提前烘烤预热，预热温度为150℃，控制铝合金浇注温度为730℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用8kg/s的速度，中间的约2/5采用5kg/s，最后的约1/5采用8kg/s；

7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。

实施例三

一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：

1)准备型砂原料：所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成：石英原砂新砂62份，石英原砂旧砂26份，电解铝渣粉料4份，锆英砂5份，空心微珠3份，粘结剂料浆17份，水24份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60μm，粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉38％，呋喃树脂4％，钙基膨润土15％，-100目甘蔗渣纤维素粉4％，硬脂酸锌1.5％，三聚磷酸钠2.3％，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；

2)制备粘结剂料浆：取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以700rpm的速度搅拌13分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1050rpm的速度搅拌18分钟，获得粘结剂料浆；

3)制备型砂：将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤1)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约9小时制得型砂。

4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；

5)熔炼ZL101合金；控制合金成分为Si6.8-7.2％，MgO.25-0.45％，FeO.5％，ZnO.3％，MnO.35％，Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质18分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为740℃时进行精炼，精炼后静置11min；

6)浇注：将铸型提前烘烤预热，预热温度为135℃，控制铝合金浇注温度为725℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用7kg/s的速度，中间的约2/5采用4kg/s，最后的约1/5采用7kg/s；

7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)准备型砂原料：所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成：石英原砂新砂60-64份，石英原砂旧砂24-28份，电解铝渣粉料3-5份，锆英砂4-6份，空心微珠1-6份，粘结剂料浆16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60μm，粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉36-40％，呋喃树脂6-8％，钙基膨润土14-16％，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5％，硬脂酸锌1-2％，三聚磷酸钠2-3％，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；

2)制备粘结剂料浆：取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600-800rpm的速度搅拌10-15分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1000-1100rpm的速度搅拌15-20分钟，获得粘结剂料浆；

3)制备型砂：将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤1)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8-10小时制得型砂。

4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；

5)熔炼ZL101合金；控制合金成分为Si6.8-7.2％，Mg0.25-0.45％，FeO.5％，ZnO.3％，MnO.35％，Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15-20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745℃时进行精炼，精炼后静置10-12min；

6)浇注：将铸型提前烘烤预热，预热温度为120-150℃，控制铝合金浇注温度为720-730℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6-8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s，最后的约1/5采用6-8kg/s；

7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。