CN108145077A - 一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，它包括潮模下砂型、潮模上砂型、设于所述潮模上下砂型界面处的铸型型腔和设置于所述铸型型腔内的包壳组件，它还包括一端设置于潮模上下砂型分型面与所述铸型型腔及包壳型腔连通，另一端伸出所述潮模上砂型的浇注组件，所述包壳组件包括包壳壳型、包壳砂芯、保温冒口。一方面浇注时潮模砂型、覆膜砂包壳壳型、包壳砂芯及保温冒口套与铁液反应，产生大量紊流氧化性气体，方便从第二排气棒中排出，降低气体与铁液中Mg反应的几率；另一方面在保温冒口底部设置有陶瓷冒口颈，阻挡了紊流氧化性气体对冒口颈处铸件球化的影响，有效的减少高镍球铁冒口颈处铸件反应层缺陷的产生。
Description
技术领域
本发明属于机械铸造领域，具体涉及一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构。
背景技术
包壳铸造是将含有铸件结构的外壳壳型、内腔砂芯及保温冒口的组件（囊芯）放置于潮模砂造型的型腔中，其主要浇注系统及排气系统部分等由潮模砂造型形成，潮模上下砂型合箱浇注而获得高精密、高质量铸件的较为先进的工艺方法。包壳铸造其实也是壳型铸造的一种形式。包壳铸造将壳型铸造和潮模砂铸造有机的结合在一起，适应于批量化自动化造型线生产，目前国内外铸造行业应用比较广泛，一般多应用于铸件结构复杂，质量要求高的中小型液压件、涡轮增压器零部件等。
包壳铸造发挥了壳型精密铸造复杂及高质量铸件的特点，克服了壳型铸造壳型厚大，覆膜砂用量大，生产成本较高的劣势；发挥了潮模砂铸造生产成本低、批量化自动化造型生产效率高的特点，克服了潮模砂铸造铸件表面及内在质量难以达到客户高质量要求的劣势，将二者很好的结合起来，是一种经济可靠的效率高的铸造工艺方法。
高镍奥氏体球墨铸铁的所有国家标准中对残留镁量都不作规定，霍尼韦尔等少数企标中规定Mg残≤0.09％,球化级别1-2级。常规球墨铸铁残留镁量为0.03％～0.04％，而高镍奥氏体球墨铸铁需要的残留镁量高，残留镁量越高，缩孔、缩松倾向越大。因此，在保证球化要求的前提下控制残留镁量，一般高镍球铁的最佳残留镁量为0.06％～0.09％，但铸件表层片状石墨始终困扰我们，残留镁量低时，会在铸件表层和基体内部出现片状石墨。
采用包壳铸造或壳型铸造生产高镍球铁铸件，如涡轮壳等，铸件表面会产生片状石墨（俗称反应层缺陷），特别是在保温冒口或发热冒口的冒口颈根部的铸件表面更容易产生反应层缺陷；随着产品的使用性能不断提高，客户对铸件的金相要求也越来越高，反应层缺陷已经成为了壳型生产高镍球铁的重要障碍。
研究发现，产生高镍球铁反应层缺陷的原因：其一是覆膜砂壳型、砂芯及保温冒口或发热冒口等发气量大，造成大量紊流氧化性气体氛围，加之铁液熔炼过程氧化严重,浇注时铁液充型不平稳，从而使高镍铁液中镁的烧损大，片状石墨层增厚，反应层缺陷严重；其二是铁液和潮模砂型、覆膜砂包壳及砂芯含有较高的S量，它受热分解产生SO2气体，SO2气体吸附在未凝固的铸件表面，从而使S原子扩散进入熔融铁液中，同时与其中的Mg、Fe等元素发生反应形成硫化物，导致高镍球铁件中Mg元素的有效量不足，导致铸件表层生出片状或非球状石墨。因此，需要调整包壳及壳型的砂型及冒口颈结构和严格控制高镍球铁的铸造工艺参数克服反应层缺陷。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，它包括潮模上砂型、潮模下砂型、设于潮模上下砂型界面处的铸型型腔和设置于所述铸型型腔内的包壳组件，它还包括一端设置于潮模上下砂型分型面及与所述铸型型腔及包壳型腔连通，另一端伸出所述潮模上砂型的浇注组件，所述包壳组件包括包壳壳型、包壳砂芯、保温冒口，所述包壳壳型内设有包壳型腔和包壳砂芯及冷铁，所述保温冒口设置于包壳壳型表面的凹槽内，所述保温冒口底部设置有陶瓷冒口颈，所述保温冒口顶部设置有第一排气棒，所述冷铁设置于包壳型腔侧面，并与包壳壳型预埋制芯成型在一起。
优化地，所述浇注组件包括与所述铸型型腔相连通且设置于所述潮模砂型分型面及包壳壳型侧部的内浇口、与所述内浇口相连通的横浇道以及与所述横浇道相连通且设置于所述潮模上砂型中的直浇道及浇口杯。
进一步地，所述潮模下砂型和所述潮模上砂型分型面处的所述直浇道内安装有陶瓷过滤片。
优化地，所述包壳砂芯芯头处设置有与大气连通的第二排气棒。
优化地，所述冷铁材质为灰铁材料。
优化地，所述陶瓷冒口颈为耐高温铝硅质耐火材料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，一方面将浇注组件的一端设置于潮模砂型分型面及包壳壳型侧部并分散与铸型型腔及包壳型腔相连通，使铁液流充型平稳，并方便将产生的氧化性气体如SO2从排气棒中排出，降低氧化性气体与铸件反应的几率，铁液中镁的烧损小，片状石墨层减薄，反应层缺陷减轻；另一方面在铸件易产生反应层的保温冒口或发热冒口颈根部地方，采用陶瓷冒口颈结构，即冒口颈采用陶瓷材料，而陶瓷冒口颈不与铁液反应，耐高温且保温性能好，也不发气、透气，能够阻挡紊流氧化性气体与铸件铁液反应的几率，进一步降低反应层缺陷的产生。
附图说明
附图1为本发明减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构示意图；
图2为图1的俯视图
其中：1、潮模下砂型；2、潮模上砂型；3、浇注组件；31、浇口杯；32、直浇道；33、陶瓷过滤片；34、横浇道；35、内浇道；4、铸型型腔；5、包壳组件；51、包壳壳型；52、包壳型腔；53、包壳砂芯；54、包壳砂芯芯头；6、保温冒口；61、陶瓷冒口颈；7、冷铁；8、第一排气棒；9、第二排气棒。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
如图1、图2所示的减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，主要包括潮模下砂型1、潮模上砂型2、浇注组件3、铸型型腔4、包壳组件5、包壳壳型51、包壳砂芯53、冷铁7、保温冒口6、陶瓷冒口颈61以及第一气眼棒8。
其中，潮模上砂型2设置在潮模下砂型1上，并与其对应定位合箱，这样在它们接触的界面处就形成了铸型型腔4，铸型型腔4与包壳壳型51结构对应，包壳型腔52与铸件的结构对应，（本实施例中包壳型腔的形状为涡轮壳的形状）；包壳砂芯53预先设置于包壳型腔52内，一方面用于形成铸件中部的空心结构，另一方面为了减缓铁液的充型速度。浇注组件3一端设置于潮模铸型分型面及包壳壳型51侧部并与铸型型腔4及包壳型腔52相连通的分散内浇道35，另一端延伸出潮模上砂型2，从而能够由潮模上砂型2浇注铁液并由铸型分型面及包壳壳型51侧部向型腔分散进液，虽然潮模砂型、覆膜砂包壳及砂芯与铁液接触发生反应，产生了SO2等氧化性气体，但浇注的铁液在后续浇注的铁液带动下处于流动状态，保证了Mg、Fe的效扩散，降低了其表面S元素的浓度；而且第一气眼棒8与包壳型腔52相连通，用于及时排除其内空气以及产生的SO2等氧化性气体，降低了SO2等氧化性气体与铸件反应的几率。保温冒口6底部（在本实施例中，保温冒口底部即为与涡轮壳上端需要补缩的铸件位置）设置有陶瓷冒口颈61，这样能够阻挡此位置的紊流氧化性气体直接和铁液接触，确保此位置处的Mg、Fe 有效浓度，从而进一步降低反应层缺陷的产生。
在本实施例中，包壳组件包括包壳壳型5、包壳砂芯53、冷铁7、保温冒口6及陶瓷冒口颈61、与铸型型腔4内浇道35相对应的包壳型腔52内浇道。预先将包壳砂芯53放置于包壳壳型51内定位合好并用胶水粘紧（相当于囊芯），再将粘有陶瓷冒口颈61的保温冒口6放置到包壳壳型51上表面规定凹槽内用胶水密封粘紧，即完成包壳组件5。
自动化造型时将包壳组件5放置到潮模砂下型1中的定位铸型型腔4中，潮模砂上下型自动合箱并加压铁，完成浇注前的铸型造型准备工作。
在本实施例中，浇注组件3包括与铸型型腔4相连通且设置于铸型分型面及包壳壳型51侧部的内浇道35、与内浇道35相连通的横浇道34以及与横浇道34相连通且设置于潮模上砂型2中的直浇道32及浇口杯31。潮模下砂型1和潮模上砂型2界面处的直浇道32内安装有陶瓷过滤片33，用于过滤铁液中的杂质，净化铁液质量。包壳型腔52法兰侧面设置有铸铁冷铁7，并与包壳壳型51预埋制芯成型在一起，用于加快涡轮壳较厚法兰处凝固冷却速度，减少铸件缩孔缩松倾向，提高铸件的球化级别。包壳砂芯53芯头处设置有与大气连通的第二排气棒9，用于及时排除紊流氧化性气体，进一步提高铸件的质量。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，包括潮模下砂型(1)、潮模上砂型(2)、设于潮模上下砂型界面处的铸型型腔(4)和设置于所述铸型型腔(4)内的包壳组件(5)，其特征在于：它还包括一端设置于潮模上下砂型分型面与所述铸型型腔(4)及包壳型腔(52)连通，另一端伸出所述潮模上砂型(2)的浇注组件(3)，所述包壳组件(3)包括包壳壳型(51)、包壳砂芯(53)、保温冒口(6)，所述包壳壳型(51)内设有包壳型腔(52)和包壳砂芯(53)及冷铁(7)，所述保温冒口(6)设置于包壳壳型(51)表面的凹槽内，所述保温冒口(6)底部设置有陶瓷冒口颈(61)，所述保温冒口(6)顶部设置有第一排气棒(8)，所述冷铁(7)设置于包壳型腔(52)侧面，并与包壳壳型(51)预埋制芯成型在一起。
2.根据权利要求1所述的一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，其特征在于：所述浇注组件(3)包括与所述铸型型腔(4)相连通且设置于所述潮模砂型分型面及包壳壳型(51)侧部的内浇道（35）、与所述内浇道（35）相连通的横浇道（34）以及与所述横浇道（34）相连通且设置于所述潮模上砂型（2）中的直浇道（32）及浇口杯（31）。
3.根据权利要求1所述的一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，其特征在于：所述潮模下砂型（1）和所述潮模上砂型（2）分型面处的所述直浇道（32）内安装有陶瓷过滤片（33）。
4.根据权利要求1所述的一种减少高镍球铁反应层缺陷的陶瓷冒口颈及砂型结构，其特征在于：所述包壳砂芯(53)芯头处设置有与大气连通的第二排气棒(9)。
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