CN104475696A - 适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺，包括：铸型准备，预热模具；离心浇注，在离心浇注时，转速调整在800转每分钟至950转每分钟的范围内，在离心浇注后通过水冷冷却铸件。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中离心铸造工艺在锡青铜合金材料铸造方面质量差的问题。

Description

适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺

技术领域

本发明涉及离心铸造技术领域，具体而言，涉及一种适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺。

背景技术

以锡为主要合金元素的铜基合金称为锡青铜，该材料是航空发动机中的耐磨防腐材料，具有优良的干摩擦性能，属于耐磨铜合金的一种，通常用来制造轴套、轴瓦、涨圈等耐磨零件。

目前使用上述材料制作轴套、轴瓦、涨圈等耐磨零件一般采用离心铸造工艺。而现有的离心铸造工艺在铸造外径在120mm至200mm的锡青铜合金材料铸件时，易产生缩孔、偏析等铸造缺陷，铸件的合格率仅15％左右。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺，以解决现有技术中离心铸造工艺在锡青铜合金材料铸造方面质量差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺，包括：铸型准备，预热模具；离心浇注，在离心浇注时，转速调整在800转每分钟至950转每分钟的范围内，在离心浇注后通过水冷冷却铸件。

进一步地，转速调整在850转每分钟至900转每分钟的范围内。

进一步地，模具预热至300℃后在模具的型面上喷涂涂料。

进一步地，待模具的温度降至120℃后再进行浇注。

进一步地，在离心浇注时，锡青铜合金的温度控制在1000℃至1100℃的范围内。

进一步地，锡青铜合金的温度控制在1040℃～1090℃的范围内。

进一步地，锡青铜合金为CuSn₁₆Pb₅。

应用本发明的技术方案，在离心浇注前，提前对模具进行预热，减少了浇注过程中因模具吸热而造成的局部应力过大。通过合理地设置浇注时的转速，并在浇注后通过水冷冷却铸件，解决了以往锡青铜合金材料在离心浇注时容易产生缩孔及锡偏析的缺陷。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的离心铸造工艺的流程图；

图2示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第1组试验的铸件内表面照片；

图3示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第1组试验的缺陷金相照片；

图4示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第2组试验的缺陷金相照片；

图5示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第4组试验的铸件外表面照片；

图6示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第4组试验的缺陷金相照片；

图7示出了本发明的离心铸造工艺的实施例中的第5组试验的缺陷金相照片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本实施例中，铸件为CuSn₁₆Pb₅的锡青铜合金，CuSn₁₆Pb₅的合金化学成分见表1。该铸件尺寸规格为：外径150毫米，壁厚25mm，长度230mm。本实施例采用的离心铸造机为天水荣华铸造机械有限公司生产的J514B离心铸造机。

表1

如图1所示，本实施例的适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺包括铸型准备和离心浇注。在铸型准备阶段进行预热模具。当进入离心浇注阶段后，转速调整在800转每分钟至950转每分钟的范围内，在离心浇注后通过水冷冷却铸件。

在离心浇注前，提前对模具进行预热，减少了浇注过程中因模具吸热而造成的局部应力过大。通过合理地设置浇注时的转速，并在浇注后通过水冷冷却铸件，解决了以往锡青铜合金材料在离心浇注时容易产生缩孔及锡偏析的缺陷。

优选地，转速调整在850转每分钟至900转每分钟的范围内时，铸造出的锡青铜合金铸件的质量最为优良。

为了获得上述的技术效果，发明人对此做了大量的试验，下面试以表2中确定的6组典型的试验加以说明：

表2

在离心浇注后通过气冷冷却铸件的三组实验中：

在第1组的试验中，如图2所示出现了较为严重的缩孔现象，通过金相分析和能谱分析确定A中的黑色缺陷为富碳的缩孔缺陷。如图3所示，为通过金相分析得出的金相照片，B为第1组试验中的富碳的缩孔缺陷。

在第2组的试验中，也出现了一定程度的缩孔现象，缺陷和第1组试验类似。如图4所示，为通过金相分析得出的金相照片，C为第2组试验中的富碳的缩孔缺陷。

在第3组实验中，也出现了一定程度的缩孔现象，缺陷和上述两组试验类似。

如表3所示，通过能谱分析中，得出了第1组的试验中和第2组的试验中缩孔缺陷的元素成分，可以发现其中碳含量偏高，这样就会导致缩孔处的强度降低，影响整个铸件的质量。

表3

发明人通过分析上述实验结果再查询了大量的资料，发现锡青铜合金的凝固方式介于体积凝固和糊状凝固之间，在凝固初期形成树枝状枝晶，将凝固的半固态金属分割成不相通的微熔池，金属液的补缩难以达到晶间。如果采取气冷方式，凝固过程中冷却缓慢，特别对于铸件内腔较晚凝固的部位，易产生较为严重的缩孔缺陷。因此，采用水冷可以加快冷却过程，明显改善缩孔的现象。

在离心浇注后通过水冷冷却铸件的三组实验中，上述的缩孔缺陷得到了明显的改善。但是三组不同的转速对于铸件的质量仍有较大影响。

在第4组的试验中，如图5所示，铸件经粗车后外表均出现白色线条缺陷，通过金相分析和能谱分析确定D中的白色线条缺陷为“锡汗”缺陷。如图6所示，为通过金相分析得出的金相照片，E为第4组试验中的“锡汗”缺陷。

在第5组的试验中，也出现了一定程度的“锡汗”缺陷，缺陷和第4组试验类似。如图7所示，为通过金相分析得出的金相照片，F为第5组试验中的“锡汗”缺陷。

在第6组实验中，则几乎没有出现上述提到的“锡汗”缺陷。

如表4所示，通过能谱分析中，得出了第4组的试验中和第5组的试验中“锡汗”缺陷的元素成分，可以发现其中锡含量偏高，在工业用锡青铜合金中锡的含量一般不超过14％。如果在铸件中部分锡含量偏高出现偏析，则会导致该部分的铸件强度降低，影响铸件质量。

表4

发明人通过分析上述实验结果再查询了大量的资料，发现锡在铜中的最大溶解度只有6％左右，扩散速度较慢，其扩散还受到密度较大的铅元素的影响，容易在凝固的过程中形成锡的密度偏析。锡的结晶温度为232℃，铜的结晶温度为1080℃，在凝固到232℃过程中液相中的锡浓度逐渐增大，过快的转速使偏析的锡液受到更大的离心力，偏析受到挤压导致外表“锡汗”的产生。因此，适当的降低转速则可以避免“锡汗”的产生。经过一系列的试验，最终确定在水冷状态下以850-900r/min进行浇注试验，铸件经粗车后内、外表未出现缺陷，并按此方案连续验证30炉，均未发现缺陷，合格率达到95％。

在本实施例中，模具预热至300℃后在模具的型面上喷涂涂料。这样，可以防止高温的合金液对金属型直接冲击和热冲击，减少型腔的内应力，同时涂料还可以防止铸件与型壁发生熔焊。待模温降至120℃，方可浇注。

在本实施例中，锡青铜合金的温度控制在1000℃至1100℃的范围内。

优选地，锡青铜合金的温度控制在1040℃～1090℃的范围内。

此外，还需要说明的是上述的CuSn₁₆Pb₅锡青铜合金铸件的铸造只是作为本发明的一种具体的实施例，其他的锡青铜合金铸件只要其尺寸规格满足以下要求也是可以实现上述效果的。

铸件的尺寸规格：外径在130mm至180毫米的范围内，壁厚在20mm至30mm的范围内，长度在180mm至280mm的范围内。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种适用于锡青铜合金材料的离心铸造工艺，其特征在于，包括：

铸型准备，预热模具；

离心浇注，在离心浇注时，转速调整在800转每分钟至950转每分钟的范围内，在离心浇注后通过水冷冷却铸件。

2.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其特征在于，所述转速调整在850转每分钟至900转每分钟的范围内。

3.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其特征在于，所述模具预热至300℃后在所述模具的型面上喷涂涂料。

4.根据权利要求3所述的离心铸造工艺，其特征在于，待所述模具的温度降至120℃后再进行浇注。

5.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其特征在于，在离心浇注时，锡青铜合金的温度控制在1000℃至1100℃的范围内。

6.根据权利要求5所述的离心铸造工艺，其特征在于，所述锡青铜合金的温度控制在1040℃～1090℃的范围内。

7.根据权利要求1所述的离心铸造工艺，其特征在于，所述锡青铜合金为CuSn₁₆Pb₅。