CN108723298A - 一种低气孔率不锈钢件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低气孔率不锈钢件的制备方法：步骤一，将蜡按照待加工钢件形状制成蜡型；步骤二，重复涂刷一层石蜡粘结剂、撒型砂进行干燥步骤；步骤三，在蜡型外层再涂刷一层石蜡粘结剂，然后喷涂一层聚氨酯泡沫，然后干燥；步骤四，将蜡型置于真空炉中加热至50‑65℃，剥离聚氨酯泡沫层，然后升温至90‑110℃脱蜡，脱蜡完毕后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳；步骤五，利用步骤四中的型壳进行钢制件的型模铸造。在本发明中，制备出的型壳具有有序气孔，在铸造过程中不仅能够有效进行排气，同时对不锈钢熔液表面具有较低的表面能，从而使铸造的刀的不锈钢件表面平滑致密、内部气孔率低。

Description

一种低气孔率不锈钢件的制备方法

技术领域

本发明属于钢材制造加工领域，具体涉及一种低气孔率不锈钢件的制备方法。

背景技术

在汽车制造领域，越来越多的结构件使用不锈钢材料。不锈钢材料防腐蚀性能好、结构强度高，经过打磨加工以后表面金属光泽度高，作为外观构件也具有非常抢眼的效果。在车辆使用的过程中，结构件不仅要承受在使用过程中的摩擦、摔打、碰撞等外力所带来的局部损坏，也还要防止由于内部应力集聚所产生的突然损坏，如使用过程中的应力开裂、使用次数过多后产生的疲劳腐蚀等。传统工艺中车用不锈钢制件许多使用锻造合金技术进行制造，相比起成本高、低效率的锻造技术，砂型铸造工艺具有近终成型性好、生产成本低、加工工时短、抗裂纹扩展能力强等特点，但是在铸造过程中，由于结构制件尺寸过大或者形状复杂所带来的原料凝固过程不均匀，从而易产生缺陷点，尤其是在铸造过程中一旦操作工艺不能控制得当，则很容易在铸件内部或者表面产生气孔，形成缺陷点。如何改进砂型铸造工艺，从而获得一种低气孔率的不锈钢制件的制备方法对不锈钢制件在汽车制造领域中的应用扩展具有非常积极的意义。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种整体低气孔率的不锈钢件的制备方法。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的低气孔率不锈钢件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将蜡按照待加工不锈钢件形状制成蜡型；

步骤二，在蜡型外层涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥，再重复涂刷一层石蜡粘结剂、撒型砂进行干燥步骤2-3次；

步骤三，在步骤二中制得的蜡型外层再涂刷一层石蜡粘结剂，然后喷涂一层聚氨酯泡沫，然后进行干燥；干燥的工艺为，将蜡型置于密封的箱体内，并对箱体进行抽真空至箱体真空度为100-1000Pa，并在上述真空度条件下保持6-8h；

步骤四，将步骤三中制得的蜡型置于真空炉中加热至50-65℃，待蜡型外层的聚氨酯泡沫与蜡型本体脱离后剥离聚氨酯泡沫层，然后升温至90-110℃脱蜡，脱蜡完毕后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳；

步骤五，利用步骤四中的型壳进行不锈钢制件的型模铸造。

本发明中对蜡型的处理依照现有技术，将蜡按照待加工钢件形状制成蜡型，但是该蜡型可设为待加工不锈钢件立体形状的的一半或者一部分，即如果是体积较大的加工件制造，可分部进行蜡型的制造，其数量以及厚度可根据实际需要进行设计。进一步地，步骤一中，所述蜡型利用对待加工不锈钢件3D建模，利用增材制造技术或者快速成型机制成。

蜡型制备完毕后即进行型壳的制备，步骤二中利用涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥的重复步骤形成整齐有序的型砂结构，然后步骤三中在蜡型外层涂刷一层石蜡粘结剂，然后喷涂一层聚氨酯泡沫，其目的在于阻挡后续干燥步骤中型砂的脱落。在干燥步骤中，多层型砂由于粒度分布不同，粗颗粒构成整体架构，细颗粒则主要作为填充，石蜡粘结剂均匀粘结所有型砂，使多层型砂形成分布均匀的整体，干燥后更为致密，外层聚氨酯泡沫层透气性好能够促进干燥的同时阻止型砂掉落。步骤二中涂刷石蜡粘结剂、撒型砂干燥的步骤控制在2-4次之间完成，一方面控制工艺耗时，另一方面较为容易控制型壳厚度。

步骤四中，加热至50-65℃时，剥离聚氨酯泡沫层，然后继续加热至90-110℃进行脱蜡，最后焙烧、保温、随炉冷却后得到最终所需的型壳，然后进行型模铸造。由于采用的是石蜡粘结剂多层粘结型砂，且型砂粒度分布为特殊分布，制备出的型壳具有有序气孔，铸造过程中对不锈钢熔液表面具有较低的表面能，从而使钢件表面平滑致密、气孔率低，同时制成的型壳由于内部气孔有序，在铸造的过程中能够及时对不锈钢熔液进行排气，使制成的不锈钢制件内部气孔率更低。

进一步地，步骤二中，所述型砂原料为石英砂、膨润土、氧化锆纤维的混合物，且石英砂、膨润土、氧化锆纤维的质量比为1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）。膨润土颗粒的添加调整了型壳的硬度和型砂的可塑性，氧化锆纤维的添加提升了型壳的整体韧性以及致密程度。

进一步地，步骤二中，每次使用的型砂粒度分布不同，前一层铺撒的型砂比后一层铺撒的型砂平均粒度大2-5μm。

进一步地，步骤二中，第一层铺撒的型砂粒度分布为：D10=1μm，D20=2-2.5μm，D50=5-5.5μm，D80=8-8.5μm，D100=12μm。型砂的粒度分布不同，粗颗粒构成整体架构，细颗粒则主要作为填充，这样才能形成有序的多孔结构。

进一步地，步骤三中，聚氨酯泡沫厚度为1-3mm。

进一步地，步骤三中，干燥温度为25-30℃。

进一步地，所述石蜡粘结剂熔化温度为50-65℃。

进一步地，所述蜡型的原料蜡熔化温度为105-110℃，保温温度为55-60℃。

本发明具有以下优点：

本发明中提供了一种低气孔率不锈钢件的制备方法。在本发明中，利用将蜡按照待加工钢件形状制成蜡型，然后在蜡型上利用涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥的重复步骤形成整齐有序的型砂结构，从而使制备出的型壳具有有序气孔，在铸造过程中不仅能够有效进行排气，同时对不锈钢熔液表面具有较低的表面能，从而使铸造的刀的不锈钢件表面平滑致密、内部气孔率低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

本实施例中以304不锈钢作为原料制备柱状构件，具体步骤如下：

步骤一，对柱状构件进行3D建模，然后利用3D打印机将铸造蜡按照待加工钢件形状制成整体的完整蜡型。在制备蜡型之初需进行建模计算，将蜡型在制备过程中形状可能发生的细微变化计算其中，这些通过建模和热分析可以得到精确的结构，在此不加赘述。所使用的原料蜡熔化温度为108℃，保温温度为58℃。

步骤二，在蜡型外层涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥，再重复涂刷一层石蜡粘结剂、撒型砂进行干燥步骤3次。该步骤中的干燥利用室温流动空气吹干或者自然干燥均可（自然干燥耗时较长）。

型砂原料为石英砂、膨润土、氧化锆纤维的混合物，且石英砂、膨润土、氧化锆纤维的质量比为1：0.25：0.05。

每次使用的型砂粒度分布不同，前一层铺撒的型砂比后一层铺撒的型砂平均粒度大3μm，以形成层次分明的型砂层，从而构成均匀的透气通道。且第一层铺撒的型砂粒度分布为：D10=1μm，D20=2.5μm，D50=5.5μm，D80=8.5μm，D100=12μm。

步骤三，在步骤二中制得的蜡型外层再涂刷一层石蜡粘结剂，然后喷涂一层聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫厚度为1mm，然后进行干燥；干燥的工艺为，将蜡型置于密封的箱体内，并对箱体进行抽真空至箱体真空度为500Pa，并在上述真空度条件下保持8h。干燥温度为25℃。

步骤二和步骤三中使用的石蜡粘结剂和聚氨酯喷涂泡沫均为市售产品，且石蜡粘结剂熔化温度为60℃。

步骤四，将步骤三中制得的蜡型置于真空炉中加热至60℃，待蜡型外层的聚氨酯泡沫与蜡型本体脱离后剥离聚氨酯泡沫层，然后升温至108℃脱蜡，脱蜡完毕后经焙烧（1050-1080℃）、保温、随炉冷却后得到所需型壳。

步骤五，利用步骤四中的型壳进行不锈钢制件的型模铸造。

实施例2

本实施例中柱状构件的制备方法与实施例1基本相同，其区别在于：聚氨酯泡沫厚度为3mm。聚氨酯泡沫厚度提升后，会使干燥过程所需时间延长。

实施例3

本实施例中柱状构件的制备方法与实施例1基本相同，其区别在于：

型砂原料为石英砂、膨润土、氧化锆纤维的混合物，且石英砂、膨润土、氧化锆纤维的质量比为1：0.3：0.08。膨润土与氧化锆纤维所占比例的提升可略降低型砂烧结后的致密程度，使型壳整体透气性更好。

本发明实施例1-3中制备出的不锈钢制柱状构件表面光滑致密，无需进行过多的后续加工处理即可获得光滑的表面，表面气孔率为普通型砂铸造工艺制备出的柱状构件的不到20%，而且内部气孔率同样非常低。由上述实施例可以看出，本发明中，利用将蜡按照待加工钢件形状制成蜡型，然后在蜡型上利用涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥的重复步骤形成整齐有序的型砂结构，从而使制备出的型壳具有有序气孔，在铸造过程中不仅能够有效进行排气，同时对不锈钢熔液表面具有较低的表面能，从而使铸造的刀的不锈钢件表面平滑致密、内部气孔率低。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，将蜡按照待加工不锈钢件形状制成蜡型；

步骤二，在蜡型外层涂刷一层石蜡粘结剂，然后撒型砂干燥，再重复涂刷一层石蜡粘结剂、撒型砂进行干燥步骤2-3次；

步骤三，在步骤二中制得的蜡型外层再涂刷一层石蜡粘结剂，然后喷涂一层聚氨酯泡沫，然后进行干燥；干燥的工艺为，将蜡型置于密封的箱体内，并对箱体进行抽真空至箱体真空度为100-1000Pa，并在上述真空度条件下保持6-8h；

步骤四，将步骤三中制得的蜡型置于真空炉中加热至50-65℃，待蜡型外层的聚氨酯泡沫与蜡型本体脱离后剥离聚氨酯泡沫层，然后升温至90-110℃脱蜡，脱蜡完毕后经焙烧、保温、随炉冷却后得到所需型壳；

步骤五，利用步骤四中的型壳进行不锈钢制件的型模铸造。

2.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述蜡型为待加工不锈钢件立体形状的的一半或者一部分。

3.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述蜡型利用对待加工不锈钢件3D建模，利用增材制造技术或者快速成型机制成。

4.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述型砂原料为石英砂、膨润土、氧化锆纤维的混合物，且石英砂、膨润土、氧化锆纤维的质量比为1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）。

5.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤二中，每次使用的型砂粒度分布不同，前一层铺撒的型砂比后一层铺撒的型砂平均粒度大2-5μm。

6.如权利要求5所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤二中，第一层铺撒的型砂粒度分布为：D10=1μm，D20=2-2.5μm，D50=5-5.5μm，D80=8-8.5μm，D100=12μm。

7.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤三中，聚氨酯泡沫厚度为1-3mm。

8.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤三中，干燥温度为25-30℃。

9.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：所述石蜡粘结剂熔化温度为50-65℃。

10.如权利要求1所述低气孔率不锈钢件的制备方法，其特征在于：所述蜡型的原料蜡熔化温度为105-110℃，保温温度为55-60℃。