CN105803301A - 一种壳型铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种壳型铸造工艺，先以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；然后选择铸造配料，将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，在原铁液中加入预处理剂和孕育剂，然后进行浇注、淬火、保温的工序，即可得到成品铸件，经过测试，通过本发明制得的铸件，产品性能优秀，其耐磨性能及耐热性能相比现有产品提高至少2倍，塑形和强度达到技术要求，使用寿命与现有产品相比提高3倍以上。

Description

一种壳型铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种壳型铸造工艺。
背景技术
随着铸造技术的迅速发展，以及对铸件机械性能和尺寸精度等要求不断地提高，如何获取近净形铸件的需求越来越强烈。而且由于部分铸件由于其工作环境比较恶劣，故此对其要求有较高的塑性和较高的强度、耐磨性及耐热性。目前，普通铸造技术精度不够，如申请号为：201310493691.9所记载的一种壳型铸造方法，做出的铸件需要后续处理，生产步骤繁琐，而且其产品性能不佳，使用寿命比较短。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种可以保证产品有较高的塑性和较高的强度及耐磨性的壳型铸造工艺。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种壳型铸造工艺，包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5~0.54%；Si0.3～0.4%，Mn1.5～1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2~2.5%，Ni0.4~0.7%，Mo1.5~2.2%，Cu1.1~1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700-1800℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15-25%、硅40-68%、钙0.32-0.4%、铝0.4-0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到800~900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600~1800℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700-780℃淬火，保温3-4h，温度升到900-1050℃保温2-4h，然后空冷至室温，经回火200-400℃保温12-15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
上述技术方案的有益之处在于：
本发明提供了一种壳型铸造工艺，通过本发明制得的铸件，经过测试，产品性能优秀，其耐磨性能及耐热性能相比现有产品提高至少2倍，塑形和强度达到技术要求，使用寿命与现有产品相比提高3倍以上。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1
一种壳型铸造工艺，包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5~0.54%；Si0.3～0.4%，Mn1.5～1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2~2.5%，Ni0.4~0.7%，Mo1.5~2.2%，Cu1.1~1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700-1800℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15-25%、硅40-68%、钙0.32-0.4%、铝0.4-0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到800~900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600~1800℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700-780℃淬火，保温3-4h，温度升到900-1050℃保温2-4h，然后空冷至室温，经回火200-400℃保温12-15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
优选地，所述步骤4）中的预处理剂的重量百分数为：C0.5%；Si0.37%，Mn1.5%，S0.02%，P0.01%，Cr2.4%，Ni0.4%，Mo2.2%，Cu1.5%，金属液温度为1720℃。
更优地，所述步骤5）中的孕育剂的重量配比为：碳20%、硅58%、钙0.36%、铝0.54%。
更优地，所述步骤5）中的孕育剂的粒度为0.05-0.08mm。
更优地，所述步骤6）中的铸型预加热温度为800℃，浇注温度为1780℃。
更优地，所述步骤7）中的淬火温度为750℃，保温4h，温度升到980℃保温2h，回火温度为280℃保温14h。
实施例2
如实施例1所述的一种壳型铸造工艺，包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5%；Si0.4%，Mn1.5%，S0.02%，P0.01%，Cr2.5%，Ni0.4%，Mo2.2%，Cu1.1%，然后继续加温，使金属液温度达到1800℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15%、硅68%、钙0.32%、铝0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到800℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1800℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700℃淬火，保温4h，温度升到900℃保温4h，然后空冷至室温，经回火200℃保温15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
实施例3
如实施例1所述的一种壳型铸造工艺，包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.54%；Si0.3%，Mn1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2%，Ni0.7%，Mo1.5%，Cu1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳25%、硅40%、钙0.4%、铝0.4%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行780℃淬火，保温3h，温度升到1050℃保温2h，然后空冷至室温，经回火400℃保温12h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
实施例4
如实施例1所述的一种壳型铸造工艺，包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.52%；Si0.32%，Mn1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.3%，Ni0.5%，Mo1.9%，Cu1.3%，然后继续加温，使金属液温度达到1785℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳24%、硅48%、钙0.38%、铝0.47%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到830℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1750℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行720℃淬火，保温4h，温度升到1020℃保温3h，然后空冷至室温，经回火350℃保温14h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
产品性能试验：
试验一：对于成品产品耐热性能进行测定。
试验材料：经本发明的技术方案所制得的产品、申请号为201310493691.9的所制得的产品及传统工艺所制得的产品。
试验方法：本发明执行国家标准GB/T26658-2011，按照GB/T9437-88规定对样品进行测试。
样品包括：选取经本发明同一炉次所制得的4件产品，选取经申请号为201310493691.9同一炉次所制得的4件产品，选取经传统工艺同一炉次所制得的4件产品。
以上，共计12种样品，试验结果取平均值，试验结果如下所示。
以牌号RTCr为例，标准要求:
其最小抗拉强度σb应≥200N/mm2，且在使用温度下，铸件的平均氧化增重速度＜0.5g/㎡·h，生长率＜0.2%。
试验结果：
1.经本发明的技术方案所制得的铸件：
经试验，其最小抗拉强度σb≥380N/mm2，在使用温度下，铸件的平均氧化增重速度＜0.08g/㎡·h，生长率＜0.03%。
2.经申请号为201310493691.9的所制得的铸件：
经试验，其最小抗拉强度σb≥210N/mm2，在使用温度下，铸件的平均氧化增重速度＜0.21g/㎡·h，生长率＜0.2%。
3.经传统消失模工艺所制得的铸件：
经试验，其最小抗拉强度σb≥210N/mm2，在使用温度下，铸件的平均氧化增重速度＜0.35g/㎡·h，生长率＜0.2%。
试验结论：
通过试验一试验结果可以看出，经本发明的制备工艺即第一步以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；第二步选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤；第三步将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；第四步将步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5~0.54%；Si0.3～0.4%，Mn1.5～1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2~2.5%，Ni0.4~0.7%，Mo1.5~2.2%，Cu1.1~1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700-1800℃；第五步向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15-25%、硅40-68%、钙0.32-0.4%、铝0.4-0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；第六步将步骤1）中制成的铸型预加热到800~900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600~1800℃；第七步将保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700-780℃淬火，保温3-4h，温度升到900-1050℃保温2-4h，然后空冷至室温，经回火200-400℃保温12-15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；即可制得成品铸件，其耐热性能相比现有技术提升显著。
试验二：对于成品铸件化学性能进行测定。
试验材料：经本发明上述四个实施例的技术方案所制得的铸件、申请号为201310493691.9的所制得的铝合金铸件。
试验方法：本发明执行国家标准GB/T26658-2011，按照GB/T1173-1995规定对样品进行测试。
样品包括：选取经本发明每个实施例同一炉次所制得的4件产品，选取经申请号为201310493691.9同一炉次所制得的4件产品。
以上，共计20种样品，试验结果取平均值，试验结果选取杂质含量表示，如下所示。
以牌号ZAlSiMg为例，标准要求:
试验结果：
1.经本发明实施例1的技术方案所制得的铝合金铸件：
2.经本发明实施例2的技术方案所制得的铝合金铸件：
3.经本发明实施例3的技术方案所制得的铝合金铸件：
4.经本发明实施例4的技术方案所制得的铝合金铸件：
5.经申请号为201310493691.9所提供工艺所制得的铝合金铸件：
试验结论：
通过试验二试验结果可以看出，经本发明的制备工艺即第一步以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；第二步选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤；第三步将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；第四步将步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5~0.54%；Si0.3～0.4%，Mn1.5～1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2~2.5%，Ni0.4~0.7%，Mo1.5~2.2%，Cu1.1~1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700-1800℃；第五步向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15-25%、硅40-68%、钙0.32-0.4%、铝0.4-0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；第六步将步骤1）中制成的铸型预加热到800~900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600~1800℃；第七步将保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700-780℃淬火，保温3-4h，温度升到900-1050℃保温2-4h，然后空冷至室温，经回火200-400℃保温12-15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；即可制得成品铸件，其内的杂质含量符合国家标准，且相比现有技术，效果提升明显，其中以实施例1所记载的工艺制得的铸件质量最佳。

Claims (5)

1.一种壳型铸造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）.以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，在制作铸型前，先将造型材料中的型砂至于烘炉中进行烘干；
2）.选择铸造配料，包括炉铁、铁屑和废钢，并将铸造配料进行火焰烘烤，所述废钢为碳素钢和低碳钢，所述铁屑或铸铁废料；
3）.将火焰烘烤后的铸造配料中的火炉铁、铁屑及废钢依次装入中频真空感应中熔炼为原铁液，装入铸造配料时按照下紧上松的原则逐层加入电炉中，熔炼温度为1550℃，并在原铁液中加入铜，使铜的化学成分百分数为2.0~3.0%；熔炼过程中逐步增大电炉功率，并经常进行捣料操作；
4）.步骤3）中的原铁液在出炉前向电炉加入以Cr为主、Ni为辅的预处理剂，使之符合铸造铁水化学成分，重量百分数为：C0.5~0.54%；Si0.3～0.4%，Mn1.5～1.6%，S0.02%，P0.01%，Cr2.2~2.5%，Ni0.4~0.7%，Mo1.5~2.2%，Cu1.1~1.7%，然后继续加温，使金属液温度达到1700-1800℃；
5）.向步骤4）中扒渣后的原铁液中加入重量配比为碳15-25%、硅40-68%、钙0.32-0.4%、铝0.4-0.6%、余量为铁的孕育剂进行孕育处理，孕育处理结束后再次在原铁液上撒布珍珠岩造渣以净化原铁液并立刻扒渣；
6）.将步骤1）中制成的铸型预加热到800~900℃，然后将步骤5）中扒渣后的原铁液在浇口杯中静置一段时间后在铸型中浇注，浇注温度为1600~1800℃；
7）.保温冷却后取出铸件，然后去除浇冒口，将所制得的铸件依次进行700-780℃淬火，保温3-4h，温度升到900-1050℃保温2-4h，然后空冷至室温，经回火200-400℃保温12-15h后空冷至室温，其升温速率都为50℃/h；
8）.将步骤7）得到的铸件进行清理后即可检验入库。
2.如权利要求1所述的一种壳型铸造工艺，其特征在于：所述步骤4）中的预处理剂的重量百分数为：C0.5%；Si0.37%，Mn1.5%，S0.02%，P0.01%，Cr2.4%，Ni0.4%，Mo2.2%，Cu1.5%。
3.如权利要求1所述的一种壳型铸造工艺，其特征在于：所述步骤5）中的孕育剂的重量配比为：碳20%、硅58%、钙0.36%、铝0.54%。
4.如权利要求1或3所述的一种壳型铸造工艺，其特征在于：所述步骤5）中的孕育剂的粒度为0.05-0.08mm。
5.如权利要求1所述的一种壳型铸造工艺，其特征在于：所述步骤6）中的浇注温度为1780℃。
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