CN108687306B - 一种合金浇铸的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合金浇铸的工艺，本浇铸工艺包括如下步骤：步骤100、熔炼炉预热烘干，金属料和辅料按组分比例入炉，分段提高熔炼炉的加热温度；步骤200、抽出熔炼炉内的空气，并且向熔炼炉内充入惰性气体增压，持续保持此温度和压强；步骤300、将步骤200抽出的空气与浇铸砂壳进行热交换，对浇铸砂壳进行预热，分段提高浇铸砂壳的温度直至接近合金溶液的温度；步骤400、将熔炼后的合金经浇铸砂壳的浇铸口导入型腔内；步骤500、按照分段冷却模式将合金铸件冷却；提高浇铸设备的使用寿命，控制合金溶液的吸气量，提高产品应力，同时循环利用热量，减少资源浪费，减少剧烈冷却产生的裂纹，从而提高生产质量。

Description

一种合金浇铸的工艺

技术领域

本发明涉及合金浇铸技术领域，具体为一种合金浇铸的工艺。

背景技术

铸造合金(包括铸铁、铸钢和铸造非铁合金)是重要的工程材料，在工农业生产、国防建设及人民日常生活中都占有相当重要的地位，特别是在机器制造业中占的比例就更大。

现代铸造合金种类及熔炼技术的飞速发展主要是在20世纪50年代以后，如孕育铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁退火周期的大幅度缩短、电炉熔炼铸铁技术的发展等。随着人们对各种铸造合金、铸造工艺方法及铸造合金熔炼用炉的广泛深入研究，许多新技术、新成果被不断地应用到生产中，特别是计算机在铸造生产中的应用，取得了令人满意的成果。

目前高温合金的应用很广，高温合金是指以铁、镍、钴为基体，能在600℃以上的温度范围及一定应力作用下长期工作的一种金属材料，其具有较高的高温强度，良好的抗氧化及抗腐蚀性能，良好的疲劳性能。高温合金是金属工业中重要的原材料，广泛应用于航空、航天、石油、核工业、舰船的一种重要材料。铸造高温合金是将各元素按照一定的生产工艺熔化与重新组合，通过调节各元素成分及合金化并进行浇注和凝固从而达到所需要的性能的目的，这些性能包括耐高温性、优异的高温强度和良好的疲劳性能等等；目前随着航空航天发动机以及工业燃气轮机等性能的提高，对高温合金材料的品质提出了越来越高的要求。

在现有的技术方案中，如申请号为CN201711360363.6公布的铜合金浇铸工艺：

其包括步骤一，混合覆膜砂；步骤二，制造砂壳；步骤三，制造沙芯：将步骤一中加热后的覆膜砂通过射芯机往砂箱射入覆膜砂形成砂芯；步骤四，装配砂芯以及砂壳：步骤五，浇铸：将铜水经浇铸口导入步骤四制成的砂壳型腔内；步骤六，取铸件、冷却：将步骤五后的砂壳内的铸件取出，冷却18至25分钟。其具有材料的利用率较高且成品率较高的优点。

在合金在浇铸过程中，要不断的进行温度控制和铸件的力学性能控制，但是目前的合金浇铸工艺中，没有对合金溶液的吸气控制，导致在铸件冷却时产生大量的气孔，影响铸件的应力质量，另外在对合金加热熔炼和铸件冷却时，温度控制不当会引起铸件裂缝，产生气孔、夹渣、缩孔等缺陷，并且长时间，高温度的熔炼条件导致电力燃料的资源浪费居多。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种合金浇铸的工艺，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种合金浇铸的工艺，本浇铸工艺包括如下步骤：

步骤100、熔炼炉预热烘干，金属料和辅料按组分比例入炉，分段逐步提高熔炼炉的加热温度；

步骤200、抽出熔炼炉内的空气，并且向熔炼炉内充入惰性气体增压，持续保持此温度和压强；

步骤300、将步骤200抽出的空气与浇铸砂壳进行热交换，对浇铸砂壳进行预热，分段提高浇铸砂壳的温度直至接近合金溶液的温度；

步骤400、将熔炼后的合金经浇铸砂壳的浇铸口导入型腔内；

步骤500、按照分段冷却模式将合金铸件冷却。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤100中，金属料和辅料都先经过破碎处理。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤100中，熔炼炉预热烘干的温度为200℃-250℃，蒸发熔炼炉内的水分，分段提高熔炼炉温度分为保质预热温度、外围熔融温度和全面熔化温度，所述保质预热温度的加热范围为250℃-600℃，外围熔融温度的加热范围为600℃-1200℃，全面熔化温度的加热范围为1200℃-1400℃。

作为本发明一种优选的技术方案，所述保质预热温度的加热速率为4℃/s-5℃/s，外围熔融温度的加热速率为10℃/s-12℃/s，全面熔化温度的加热速率为2℃/s-4℃/s。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，抽出熔炼炉内的空气设置在保质预热温度和外围熔融温度的加热时间内，抽出的热气通过热交换器对浇铸砂壳进行预热处理，蒸发浇铸砂壳内的水分。

作为本发明一种优选的技术方案，对浇铸砂壳进行热交换预处理的具体步骤为：

步骤301、将真空抽气泵的出气端通过保温管道与换热器连接，真空抽气泵的吸气端将熔炼炉内的空气完全抽离；

步骤302、在浇铸砂壳上增加数字温度测量仪；

步骤303、根据步骤302中测得的模具温度，分段提高浇铸砂壳温度。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，分段提高浇铸砂壳温度分为长时初升温、快速中升温和低速极限升温。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤500中，对合金铸件降温冷却的方式可以为关闭加热工作、通水冷却和通气冷却三种结合使用，分段冷却之后的温度为100℃-120℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在对熔炼炉和浇铸砂壳的加热处理，均为分段控制的方式，控制熔炼炉和浇铸砂壳的升温速度，可有效的对熔炼炉和浇铸砂壳起到保护的作用，防止多次温度剧烈变化影响熔炼炉和浇铸砂壳的使用寿命；

(2)本发明在对合金加热熔化时，控制合金溶液的吸气量，从而防止在铸件冷却时，气体逃逸产生气孔，提高生产质量，同时使用惰性气体增加，提高合金熔化的速率，缩短生产周期，提高生产效率，同时循环利用热量，减少资源浪费；

(3)本发明在对铸件冷却时，使用分段的冷却方式，并且控制分段冷却的冷却速率，可有效的控制铸件收缩，减少剧烈冷却产生的裂纹，从而提高生产质量。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种合金浇铸的工艺，本浇铸工艺包括如下步骤：

首先，将熔炼炉预热烘干，金属料和辅料按组分比例入炉，分段提高熔炼炉的加热温度，金属料和辅料都先经过破碎处理，增大在熔炼时的受热面积，从而提高金属料和辅料的熔化混合效率，减少合金熔炼的时间。

对熔炼炉预热烘干的温度为200℃-250℃，蒸发熔炼炉内的水分，从而减少金属料和辅料熔炼时的水杂质，进而提高后期铸件质量，防止产生气孔、夹渣、缩孔等缺陷。

分段提高熔炼炉温度分为保质预热温度、外围熔融温度和全面熔化温度，所述保质预热温度的加热范围为250℃-600℃，外围熔融温度的加热范围为600℃-1200℃，全面熔化温度的加热范围为1200℃-1400℃，所述保质预热温度的加热速率为4℃/s-5℃/s，外围熔融温度的加热速率为10℃/s-12℃/s，全面熔化温度的加热速率为2℃/s-4℃/s。

对熔炼炉进行分段加热，可防止对熔炼炉过快急速加热引起熔炼炉开裂，保质预热温度的温度和升率比较低，先使熔炼炉缓慢升温，适应加热产生的应力，外围熔融温度的目的是让位于熔炼炉边缘的先进行熔化，外围熔化后带动内部原料熔化，全面熔化温度是保持熔炼炉内所有的原料受热熔化。

然后，抽出熔炼炉内的空气，并且向熔炼炉内充入惰性气体增压，增加熔炼炉内的压强，持续保持此温度和压强，使用惰性气体增加熔炼炉内的压强，可有效的避免在加热时液体合金吸入气体，引起铸件质量问题。

需要补充说明的是，蒸发熔炼炉内的水分和抽出熔炼炉内的空气的原因在于：炉料、有机物燃烧产物、残余水分与液态合金发生反应会产生氢气，而氢气又会被液态合金吸收，合金溶液的温度越高，气体的溶解度越高，在1000℃时，每100g合金中氢的溶解度为0.3-0.8，温度升高到1200℃时，氢的溶解度增加2-3倍，当合金溶液内含碱金属杂质时，氢在合金溶液内的溶液度会显著增加。

在对合金溶液进行铸件时，也会吸入铸件空腔内的气体，对合金铸件进行冷却室，气体的溶解度下降，析出多余的气体，而无法逸出的气体会在铸件内形成气孔，通常称为“针孔”，合金铸件中的针孔，不仅降低了铸件的气密性和耐蚀性，还降低了合金的力学性能。

蒸发熔炼炉内的水分和抽出熔炼炉内的空气会最大程度的减少熔炼炉内的氢，从而减少合金对气体的吸收，而惰性气体的物理性能和化学性能都比较稳定，一般不会溶解在合金溶液内，所以利用惰性气体增加熔炼炉内的压强，一方面增加金属合金的加热熔化速率，同时也保证熔炼炉在熔炼时的稳定性。

另外需要进一步充说明的是，为了避免合金溶液对气体的吸收量，可在熔炼时添加覆盖剂，在合金溶液的上表面形成保护隔离膜，可大大减少合金溶液的吸气量。

抽出熔炼炉内的空气操作设置在保质预热温度和外围熔融温度的加热时间内，抽出的热气通过热交换器对浇铸砂壳进行预热处理，蒸发浇铸砂壳内的水分，保质预热温度和外围熔融温度的温度范围为250℃-1200℃，此时合金没有完全熔化，可控制熔炼炉内的氢气剩余量，进而控制合金溶液的吸气量，抽出的空气具有热量，通过换热器热交换器对浇铸砂壳进行预热处理，减少燃料电力耗费，减少热量浪费，提高热量利用率。

其次，将步骤200抽出的空气与浇铸砂壳进行热交换，对浇铸砂壳进行预热，分段提高浇铸砂壳的温度直至接近合金溶液的温度。

对浇铸砂壳进行热交换预处理的具体步骤为：将真空抽气泵的出气端通过保温管道与换热器连接，真空抽气泵的吸气端将熔炼炉内的空气完全抽离；在浇铸砂壳上增加数字温度测量仪；根据浇铸砂壳的预热温度，分段提高浇铸砂壳温度。

分段提高浇铸砂壳温度分为长时初升温、快速中升温和低速极限升温，长时初升温的温度范围窄，并且升温速率低，一般长时初升温的加热范围为250℃-600℃，加热速率为4℃/s-5℃/s，主要是使得浇铸砂壳适应加热温度，可有效的防止浇铸砂壳产生裂痕；

快速中升温是将浇铸砂壳快速升温到接近极限温度，提高加热速率，减少操作时间，缩短生产周期，一般快速中升温的加热范围为600℃-1000℃，加热速率为10℃/s-12℃/s；

低速极限升温是将浇铸砂壳的温度升温至接近合金溶液的温度，从而保证合金溶液在浇铸时的流动性，流动性是指合金液体充填铸型的能力，流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件，从而要准确的控制温度，从而要降低加热的速率，一般低速极限升温的加热范围为1000℃-1200℃，加热速率为2℃/s-4℃/s。

再其次，将熔炼后的合金经浇铸砂壳的浇铸口导入模具型腔内，在浇铸的时候，需要先对合金溶液进行过滤处理，减少合金溶液夹渣。

合金在熔炼的时候，炉料中的石灰石在高温炉气的作用下分解成石灰和二氧化碳。石灰是碱性氧化物，它能和焦炭中的灰分和炉料中的杂质、金属氧化物等酸性物质结合成熔点较低的炉渣，熔化的炉渣也下落到炉缸，并浮在合金溶液上，炉渣在浇铸的时候进行模型内，影响铸件的应力，则会降低合金铸件的质量。

最后，对合金铸件降温冷却，按照分段冷却模式将模具冷却，对合金铸件降温冷却的方式可以为关闭加热工作、通水冷却和通气冷却三种结合使用，分段冷却之后的温度为100℃-120℃。

对合金铸件分段冷却，防止铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，在铸件上形成热裂纹，减少合金铸件的线收缩，降低铸件产生裂纹与应力的趋向的情况。

降温冷却的方式为首先关闭加热工作，不再对浇铸砂壳以及合金铸件加热，从而使得浇铸砂壳和合金铸件自然冷却一段时间，此方式冷却之后的温度范围为900℃-1000℃，防止对浇铸砂壳以及合金铸件的冷却效率过高，从而避免铸件裂缝的出现，提高合金铸件的质量。

然后对浇铸砂壳进行通水冷却，此方式冷却之后的温度范围为400℃-500℃。

最后对浇铸砂壳进行通气冷却，冷却之后的温度为100℃-120℃，冷却完成之后，铸件形成固定的形状和稳定的工作性能，在自然冷却一段时间，即可进行脱件处理，完成整个合金浇铸成型的过程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种合金浇铸的工艺，其特征在于，本浇铸工艺包括如下步骤：

步骤100、熔炼炉预热烘干，金属料和辅料按组分比例入炉，分段逐步提高熔炼炉的加热温度，所述加热温度分为保质预热温度、外围熔融温度和全面熔化温度，所述保质预热温度的加热范围为250℃-600℃，外围熔融温度的加热范围为600℃-1200℃，全面熔化温度的加热范围为1200℃-1400℃；

步骤200、抽出熔炼炉内的空气，并且向熔炼炉内充入惰性气体增压，持续保持此温度和压强；

抽出熔炼炉内的空气设置在保质预热温度和外围熔融温度的加热时间内，抽出的热气通过热交换器对浇铸砂壳进行预热处理，蒸发浇铸砂壳内的水分；

步骤300、将步骤200抽出的空气与浇铸砂壳进行热交换，对浇铸砂壳进行预热，分段提高浇铸砂壳的温度直至接近合金熔液的温度；

对浇铸砂壳进行热交换预处理的具体步骤为：

步骤301、将真空抽气泵的出气端通过保温管道与换热器连接，真空抽气泵的吸气端将熔炼炉内的空气完全抽离；

步骤302、在浇铸砂壳上增加数字温度测量仪；

步骤303、根据步骤302中测得的模具温度，分段提高浇铸砂壳温度；

步骤400、将熔炼后的合金经浇铸砂壳的浇铸口导入型腔内；

步骤500、按照分段冷却模式将合金铸件冷却。

2.根据权利要求1所述的一种合金浇铸的工艺，其特征在于：在步骤100中，金属料和辅料都先经过破碎处理。

3.根据权利要求1所述的一种合金浇铸的工艺，其特征在于：所述保质预热温度的加热速率为4℃/s-5℃/s，外围熔融温度的加热速率为10℃/s-12℃/s，全面熔化温度的加热速率为2℃/s-4℃/s。

4.根据权利要求1所述的一种合金浇铸的工艺，其特征在于：在步骤300中，分段提高浇铸砂壳温度分为长时初升温、快速中升温和低速极限升温。

5.根据权利要求1所述的一种合金浇铸的工艺，其特征在于：在步骤500中，对合金铸件降温冷却的方式为关闭加热工作、通水冷却和通气冷却三种结合使用，分段冷却之后的温度为100℃-120℃。

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