CN104084541A - 采用悬浮铸造制造铸件方法 - Google Patents
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Abstract
采用悬浮铸造制造铸件方法，属于铸造技术领域。先将悬浮剂加入到泡沫消失模中，并令其在泡沫消失模中均匀分布，悬浮剂加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的3.5～4.5％。悬浮剂由纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉组成，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm。采用本发明浇注的铸件，组织细小、致密，力学性能比普通铸造时大幅度提高。
Description
技术领域
本发明公开了一种铸件浇注方法，特别涉及一种采用悬浮铸造制造铸件方法，属于铸造技术领域。
背景技术
消失模铸造(又称实型铸造)是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。1958年，美国的H.F.shroyer发明了用可发性泡沫塑料模样制造金属铸件的专利技术并取得了专利(专利号US2830343)。最初所用的模样是采用聚苯乙烯(EPS)板材加工制成的。采用粘土砂造型，用来生产艺术品铸件。采用这种方法，造型后泡沫塑料模样不必起出，而是在浇入液态金属后聚苯乙烯在高温下分子裂解而让出空间充满金属液，凝固后形成铸件。1961年德国的Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利技术加以开发，并在1962年在工业上得到应用。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺，该工艺无需取模、无分型面、无砂芯，因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度，并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm；铸件尺寸精度可达CT7至9；加工余量最多为1.5至2mm，可大大减少机械加工的费用，和传统砂型铸造方法相比，可以减少40％至50％的机械加工间。正由于消失模铸造具有以下优点，已广泛用于各种铸件生产中。但是消失模铸造也存在凝固冷却速度慢，铸件组织粗大，导致铸件力学性能下降等不足。
为了细化铸件凝固组织，提高铸件力学性能，最有效的方法之一是在铸件浇注过程中加入悬浮剂进行悬浮铸造。中国发明专利CN103551504公开了改进V法铸造高锰钢鄂板的方法，该发明改进V法铸造高锰钢鄂板的方法包括以下步骤：(1)按照V法工艺分别造颚板上、下型后，合型并抽真空等待浇注；(2)将盛有钢水的浇包移至铸型的浇口杯，做好浇注准备；同时，备好悬浮剂，做好随钢水同时浇入铸型的准备；(3)待浇注开始后，加入悬浮剂，让粉末状悬浮剂随钢水均匀进入铸型当中，并在钢水浇注结束前，停止加入悬浮剂的工作；(4)撤去真空，并让铸件在铸型内冷却后，开箱取出铸件。该发明达到了细化晶粒的目的，能生产出尺寸精确、外表光洁且耐磨性能好的高锰钢颚板。中国发明专利CN101880839还公开了一种悬浮铸造生产抗磨高锰钢的工艺，其步骤是：采用泡沫消失模并负压造型；中频感应电炉熔炼；原料配比：废钢52％、锰铁合金8％、回炉料40％；调整成分：1.10～1.25％C,Si≤0.8％,10～11％Mn,S≤0.05％,Mn≤0.08％,0.04～0.05％N；加料顺序：废钢→回炉料→锰铁合金→加氮；升温调质：当钢水温度达到1450℃，用氮气进行精炼合金化约20分钟，然后取样保温，钢水经炉前分析合格后升温至1500℃，用0.5％的纯铝脱氧后倒入1吨钢包；将砂箱内抽成0.04MP真空，钢水温度在1460℃浇注，同时加入占钢水重量6.5％、粒度1毫米的多元合金悬浮剂。该工艺节能、降耗、减排、节约合金材料。中国发明专利CN1236822还公开了一种铁(钢)基复合材料的生产工艺方法，是在以铁或钢为基体的金属材料中加入增强相制成：先将颗粒增强相如SiC、Al2O3、TiB2等与熔化了的铁合金在1000℃-1500℃的范围内进行熔合，制成中间复合体；再将中间复合体粉碎，然后采用悬浮铸造的方法加入到已熔化了的以铁或钢为基体的金属材料中，使中间复合体与基体金属材料紧密结合，制成铁或钢基复合材料。中国发明专利CN102912194还公开了一种铝基复合材料的生产工艺方法，以铝为基体的金属材料中加入增强相制成：先将颗粒增强相如TiB2等与熔化了的铝在1100℃－1400℃的范围内进行熔合，制成中间复合体；再将中间复合体粉碎，然后采用悬浮铸造的方法加入到已熔化了的以铝为基体的金属材料中，使中间复合体与基体金属材料紧密结合，制成铝基复合材料。中国发明专利CN102133629还公开了一种轻合金电磁悬浮铸造装置和方法，其特征是将电磁改性技术与悬浮铸造技术相结合，利用电磁场促进悬浮剂的分散，改善铸锭的凝固组织。将熔炼好的金属液从浇口杯浇入悬浮杯内，与由悬浮剂加入器加入的粉末或丝状悬浮剂混合；电磁搅拌器内通入交变电流，在悬浮杯内形成交变电磁场，利用交变电磁场产生的搅拌作用使含微－纳米尺度颗粒的悬浮剂均匀地分散于金属液中，并控制金属的凝固过程，制备出晶粒细化、气体及夹杂物含量少、成分偏析及裂纹倾向小的高质量轻合金材料。中国实用新型专利CN202655556还公开了一种渣浆泵耐磨件的金属液悬浮浇注装置，包括有弧形的横浇道，横浇道与耐磨件的型腔之间连通有内浇道，横浇道的上端接通有直浇道，其特征在于：所述的横浇道上部侧壁设有浇口杯，直浇道的上端安装有悬浮杯，悬浮杯的上端连接有料斗，所述的悬浮杯与浇口杯之间连接有引导浇道。导致金属的耐磨性能的下降，金属液悬浮浇注装置，能够在铸造过程中，形成更加致密的晶体组织，以提高耐磨铸件的强度、韧性和耐磨性。
但是，上述悬浮铸造方法普遍存在工艺稳定性差，铸件凝固组织改善不明显，铸件力学性能提高幅度不大等不足。
发明内容
本发明是将悬浮剂直接加入到泡沫消失模中，可以克服悬浮剂易氧化，且在铸件中分布不均等不足，有利于铸件凝固组织细小、致密，可大幅度提高铸件力学性能。
本发明目的可以通过以下技术措施来实现。
本发明采用悬浮铸造制造铸件方法的具体工艺步骤如下：
①先将悬浮剂加入到泡沫消失模中，并令其在泡沫消失模中均匀分布，悬浮剂加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的3.5～4.5％；
②将带有抽气室或抽气管的砂箱放在振动台上，并卡紧，砂箱为单面开口，砂箱底部放入底砂，底砂厚度为50～100mm，振动紧实，然后将步骤①含均匀分布的悬浮剂的泡沫消失模置于砂箱中的底砂上面，并在砂箱和泡沫消失模之间的空隙进行培砂固定，再加入干砂，并进行垂直三个方向的振动，振动时间为30～80秒，使砂充满砂箱和泡沫消失模之间空隙的各个部位，并使砂的堆积密度增加；砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵一直抽真空，将砂箱内抽成0.02～0.05MP真空，最后将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注温度比金属液相线温度高90～150℃，铸件浇注0.2～1.5小时后，停止抽真空，铸件继续在铸型内冷却2～4小时后，开箱清理铸件。
如上所述悬浮剂由质量分数的85～88％的纯铁粉和15～12％的稀土镁硅铁合金粉组成，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm，稀土镁硅铁合金粉的化学组成及其质量分数为4.0～6.0％RE,7.0～9.0％Mg,2.0～3.0％Ca,38.0～44.0％Si,<2.0％Mn,<1.0％Ti,<1.2％MgO,余量Fe。
本发明在悬浮剂中加入占悬浮剂质量分数15～12％的稀土镁硅铁合金粉，主要利用镁在高温金属熔液作用下发生气化，从而使铸型中的悬浮剂在金属型腔中实现均匀分布。
本发明与现有技术相比具有以下优势：
1)本发明悬浮铸造制造铸件方法，工艺简便，悬浮剂在铸型中分布均匀，铸件悬浮铸造效果好，促进了铸件凝固组织的细化和组织的致密；
2)本发明与常规铸造相比，铸件力学性能大幅度提高，其中抗拉强度提高20％以上，冲击韧性提高30％以上。
附图说明
图1为本发明采用悬浮铸造制造铸件示意图；
1-砂箱，2-石英砂，3-浇口，4-泡沫消失模(型腔)，5-悬浮剂，6-冒口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例，悬浮铸造制造铸件示意图见图1。
实施例1：
采用悬浮铸造方法浇注重量1.5吨的45#钢铸钢件，具体工艺步骤如下：
①先将悬浮剂5加入到泡沫消失模4中，并令其在泡沫消失模4中均匀分布，悬浮剂5由质量分数的85％的纯铁粉和15％的稀土镁硅铁合金粉组成，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm，稀土镁硅铁合金粉的化学组成及其质量分数为4.11％RE,7.08％Mg,2.35％Ca,38.64％Si,0.77％Mn,0.30％Ti,0.59％MgO,余量Fe。悬浮剂5加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的4.5％。
②将带有抽气管的砂箱1放在振动台上，并卡紧。砂箱1为单面开口，砂箱1底部放入底砂(石英砂)2，底砂(石英砂)2厚度为85mm，振动紧实，然后将含悬浮剂5的泡沫消失模4置于砂箱1中的底砂2上面，并培砂固定，再加入干砂(石英砂)2，并进行垂直三个方向的振动，振动时间为80秒，使型砂(石英砂)2充满砂箱和泡沫消失模之间的各个部位，且使型砂(石英砂)2的堆积密度增加至1775kg/m3。砂箱1表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱1内抽成0.05MP真空，最后将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注温度比金属液相线温度高135℃，铸件浇注0.6小时后，停止抽真空，铸件继续在铸型内冷却4小时后，开箱清理铸件，即可得到高性能的悬浮铸造铸件。
实施例2：
采用悬浮铸造方法浇注重量1.2吨的高锰钢铸件，具体工艺步骤如下：
①先将悬浮剂5加入到泡沫消失模4中，并令其在泡沫消失模4中均匀分布，悬浮剂5由质量分数的88％的纯铁粉和12％的稀土镁硅铁合金粉组成，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm，稀土镁硅铁合金粉的化学组成及其质量分数为5.71％RE,8.84％Mg,2.06％Ca,42.86％Si,0.92％Mn,0.37％Ti,0.60％MgO,余量Fe。悬浮剂5加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的4.0％。
②将带有抽气室的砂箱1放在振动台上，并卡紧。砂箱1为单面开口，砂箱1底部放入底砂(石英砂)2，底砂(石英砂)2厚度为70mm，振动紧实，然后将含悬浮剂5的泡沫消失模4置于砂箱1中的底砂(石英砂)2上面，并培砂固定，再加入干砂(石英砂)2，并进行垂直三个方向的振动，振动时间为50秒，使型砂(石英砂)2充满砂箱和泡沫消失模之间的各个部位，且使型砂(石英砂)2的堆积密度增加至1771kg/m3。砂箱1表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱1内抽成0.035MP真空，最后将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注温度比金属液相线温度高110℃，铸件浇注0.3小时后，停止抽真空，铸件继续在铸型内冷却3小时后，开箱清理铸件，即可得到高性能的悬浮铸造铸件。
实施例3：
采用悬浮铸造方法浇注重量1.8吨的灰铁铸件，具体工艺步骤如下：
①先将悬浮剂5加入到泡沫消失模4中，并令其在泡沫消失模4中均匀分布，悬浮剂5由质量分数的86％的纯铁粉和14％的稀土镁硅铁合金粉组成，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm，稀土镁硅铁合金粉的化学组成及其质量分数为4.73％RE,7.97％Mg,2.82％Ca,39.07％Si,1.28％Mn,0.39％Ti,0.46％MgO,余量Fe。悬浮剂5加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的3.6％。
②将带有抽气管的砂箱1放在振动台上，并卡紧。砂箱1为单面开口，砂箱1底部放入底砂(石英砂)2，底砂(石英砂)2厚度为60mm，振动紧实，然后将含悬浮剂5的泡沫消失模4置于砂箱1中的底砂(石英砂)2上面，并培砂固定，再加入干砂(石英砂)2，并进行垂直三个方向的振动，振动时间为45秒，使型砂(石英砂)2充满砂箱和泡沫消失模之间的各个部位，且使型砂(石英砂)2的堆积密度增加至1778kg/m3。砂箱1表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成0.025MP真空，最后将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注温度比金属液相线温度高95℃，铸件浇注0.25小时后，停止抽真空，铸件继续在铸型内冷却2.5小时后，开箱清理铸件，即可得到高性能的悬浮铸造铸件。
本发明悬浮铸造方法浇注铸件，铸件凝固组织细小，组织致密，工艺简便，力学性能大幅度提高，与常规普通铸造方法相比，抗拉强度提高20％以上，冲击韧性提高30％以上。推广应用本发明技术，可提高铸件质量，确保铸件的安全使用，提高铸件在全球竞争力，具有良好的经济和社会效益。
Claims (3)
1.采用悬浮铸造制造铸件方法，其特征在于，包括以下步骤：
①先将悬浮剂加入到泡沫消失模中，并令其在泡沫消失模中均匀分布，悬浮剂加入量占浇入铸型中金属熔液质量分数的3.5～4.5％；
②将带有抽气室或抽气管的砂箱放在振动台上，并卡紧，砂箱为单面开口，砂箱底部放入底砂，底砂厚度为50～100mm，振动紧实，然后将步骤①含均匀分布的悬浮剂的泡沫消失模置于砂箱中的底砂上面，并在砂箱和泡沫消失模之间的空隙进行培砂固定，再加入干砂，并进行垂直三个方向的振动，振动时间为30～80秒，使砂充满砂箱和泡沫消失模之间空隙的各个部位，并使砂的堆积密度增加；砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵一直抽真空，将砂箱内抽成0.02～0.05MP真空，最后将金属熔液浇入铸型，金属熔液浇注温度比金属液相线温度高90～150℃，铸件浇注0.2～1.5小时后，停止抽真空，铸件继续在铸型内冷却2～4小时后，开箱清理铸件。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，悬浮剂由质量分数的85～88％的纯铁粉和15～12％的稀土镁硅铁合金粉组成，稀土镁硅铁合金粉的化学组成及其质量分数为4.0～6.0％RE,7.0～9.0％Mg,2.0～3.0％Ca,38.0～44.0％Si,<2.0％Mn,<1.0％Ti,<1.2％MgO,余量Fe。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，纯铁粉和稀土镁硅铁合金粉的颗粒尺寸为0.5～1.5mm。
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