CN114042863B - 一种铝镍钴磁环熔模的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，包括步骤：第一步制备铸造壳型：A1蜡料配置、A2制作磁环型模和直浇口棒型模、A3压制磁环蜡模和直浇口棒蜡模、A4修整蜡模并组合蜡模、A5制壳、A6脱蜡：第二步熔炼、浇注磁环熔模：B1铸造壳型焙烧、B2配制熔模原料、B3熔炼、B4浇注、B5热断、清砂；第三步中温热处理：C1固溶处理、C2磁场控温冷却、C3三级回火处理；第四步：退磁。采用本方法制备铝镍钴磁环熔模，熔模外形光洁度和尺寸精度高、外观质量好，可减少后期的机械加工余量，同时可避免铝镍钴磁环铸件产生气孔、砂眼、错箱等铸造缺陷；本方法采用中温热处理不仅降低了能耗、提高了生产效率，而且避免了铸件表面过度氧化。

Description

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法

技术领域

本发明涉及一种熔模铸造方法，尤其是一种铝镍钴磁环熔模的制造方法。

背景技术

铸造铝镍钴永磁合金是一种高剩磁、高温稳定性较好的永磁材料，广泛应用在军用航空航天等领域，虽然其磁性能不如钕铁硼，但因其拥有良好的高温稳定性一直难以被替代。目前在铝镍钴生产行业，生产铝镍钴磁环都是使用砂型铸造工艺，虽然该工艺具有生产周期短、成本低、工艺过程简单等特点，但存在以下问题：

（1）铸件外观质量较差，特别是表面光洁度不高，手工造型一致性差，难以控制；

（2）由于铝镍钴磁环材料质地硬脆，加工难度大，而砂型铸造所得铝镍钴磁环铸件外观缺陷多，尺寸精度差，给后续机械加工增加加工难度，使加工周期延长、成本增加。

发明内容

本发明在于提供一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，以解决现有技术所存在的磁环铸件外观质量较差，表面光洁度不高，尺寸精度较低，手工造型一致性差，难以控制等问题。

为解决上述技术问题本发明采取的技术方案是：

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，包括以下步骤：

第一步：制备铸造壳型

A1蜡料配置

取石蜡和硬脂酸各半组成蜡料，将蜡料加热到75℃～80℃，然后冷却到40℃～45℃，在该温度下蜡料呈糊状，把它装在注射器中待用，恒温装置保存；

A2制作磁环型模和直浇口棒型模

根据所需产品规格制作磁环型模和直浇口棒型模；

A3压制磁环蜡模和直浇口棒蜡模

A31在磁环压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入磁环模腔得到磁环蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A32在直浇口棒压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入直浇口棒压型模腔得到直浇口棒蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A4修整蜡模并组合蜡模

A41去除成型蜡模表面飞边毛刺，进行组粘、检验；

A42将磁环蜡模焊接在直浇口棒蜡模两侧得到蜡模组合，焊接位置和数量根据磁环尺寸大小而定；

A5制壳

A51制备面层涂料：将400目、320目刚玉粉按3：1比例和硅溶胶粘结剂同时混合在一起制得面层涂料；

A52在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂，制得刚玉砂壳型；

A6脱蜡：将经步骤A5制作的刚玉砂壳型放入蒸汽脱蜡釜中，利用高压蒸汽将蜡料溶解流出刚玉砂壳型型腔从而得到铸造壳型；

第二步 熔炼、浇注磁环熔模

B1铸造壳型焙烧

提前将铸造壳型放在850℃～900℃焙烧炉内，保温焙烧2.5h～3h，浇注前迅速取出固定在浇注台上，在冒口、即直浇口棒的喇叭口上放入陶瓷滤网，用于浇注时除去钢液浮渣；

B2配制熔模原料

B21按如下百分比配制熔模原料：

Al：8%～9%，Ni：14%～15%，Co：24%～25%，Cu：3%～4%，Ti：0.3%～0.6%，Nb：0.3%～0.6%，FeS：0.1%～0.4%，Si：0.3%～0.8%，Fe：余量；

其中铝、镍、钴、铜、纯铁为主要金属元素，钛、铌、硅、硫化亚铁为微量元素；

B22对上述每种材料进行吹砂去除表面氧化皮及附着物，然后在100℃～150℃的温度下烘干2小时；

B3熔炼

B31炉料装填：将B2配制的原料依次加入中频熔炼炉，装入原则：难熔金属先装，易烧损的金属后装，棒状材料垂直并且贴近坩埚壁；

B311将铁、镍、钴、铜、铌依顺序装入中频熔炼炉底部后通电加到最大功率进行熔炼，为防止熔炼过程中产生“搭桥”现象而使坩埚底部过热，要经常使用炉钎捅料；

B312待B311所加金属全部熔化后，加入经过预热的硫化亚铁、钛和硅并进行均匀搅拌，加入50g玻璃和150g石灰造渣，扒渣前一定要沿着坩埚壁充分搅拌，使渣子上浮，如果渣子太过粘稠，则加入萤石粉5g～10g使渣子变松，然后将渣子扒干净；

B313扒渣干净后，最后加铝，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃；

B4浇注

将经B3熔炼得到的金属液，经冒口浇注到经步骤B1焙烧的铸造壳型型腔内，得到磁环熔模铸件；

B5热断、清砂

B51将步骤B4所得磁环熔模铸件进行鼓风快速冷却至200℃～300℃左右进行热断，使铸件从浇口棒上震落下来；

B52铸件清砂打磨：将磁环熔模铸件放置到保温盒中，然后逐一取出进行清砂，打磨浇口；

第三步：中温热处理

C1固溶处理

将经步骤B5处理的磁环熔模铸件放入箱式炉，首先在500℃的温度下预热35分钟，然后升温到910℃～930℃保温20～30分钟进行固溶处理；

C2磁场控温冷却

将固溶处理完成的磁环熔模铸件从箱式炉取出，迅速转移至磁感应强度为2500oe～3000oe的平行磁场中，使用硅酸铝保温棉覆盖铸件，控制磁环熔模铸件在900℃～600℃、冷却速度为0.8℃/s～1.5℃/s，磁场处理20～25分钟后取出缓冷到室温；

C3三级回火处理

第一级将磁环熔模铸件转入回火炉，采用610℃～630℃保温2～3小时出炉降温到室温；

第二级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度580℃～600℃保温4～6小时出炉降温到室温；

第三级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度540℃～560℃保温8～10小时出炉降温到室温；

第四步：退磁

打开充退磁机，直流电压设置900V，磁环铸件N、S极保持与退磁性方向一致连续进行三次退磁，以保证退磁干净。

其进一步的技术方案是：在进行步骤A6蜡模组合时，同时在直浇口棒中间位置焊接试样，用于该炉次永磁性能检测，作为交付依据。

更进一步：在进行步骤A72时，在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂五层，前三层挂砂采用46目精制刚玉砂，后两层挂砂采用20目精制刚玉砂，壳厚度7mm。

又进一步：在进行步骤B312最后加铝时，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃，以减少磁环铸件气孔、夹渣。

又进一步：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：8.0%，Ni：14.0%，Co:24.0%,Cu：3.0%，Ti：0.3%，Nb：0.3%，FeS：0.1%，Si：0.3%，Fe：余量。

又进一步：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：8.5%，Ni：14.5%，Co:24.5%,Cu：3.5%，Ti：0.4%，Nb：0.4%，FeS：0.25%，Si：0.5%，Fe：余量。

又进一步：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：9.0%，Ni：15.0%，Co:25.0%,Cu：4.0%，Ti：0.6%，Nb：0.6 %，FeS：0.4%，Si：0.8%，Fe：余量。

由于采用上述结构，与现有技术相比，本发明之一种铝镍钴磁环熔模的制造方法具有以下有益效果：

1.采用本方法制备铝镍钴磁环熔模，具有熔模外形光洁度高、尺寸精度高、外观质量好的优点；

2.采用本方法制备铝镍钴磁环熔模，可减少后期的机械加工余量，同时可避免铝镍钴磁环铸件产生气孔、砂眼、错箱等铸造缺陷；

3.通常情况下因为要消除γ相固溶温度必须达到1250℃以上，本方法在铸型浇注结束后进行快速冷却从而避免γ相析出，因此可以将固溶处理温度由传统工艺制度1250℃～1300℃降至910℃～930℃，不仅降低了能耗、提高了生产效率，而且避免了铸件表面过度氧化，经处理的铝镍钴磁环熔模性能指标可达到：Br=1200～1260（mT）、Hc=51～55（KA/m）、（BH）max=38～40（KJ/m³）；

4.采用本方法制备铝镍钴磁环熔模，造型易于控制、产品一致性好、适合于批量生产。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种铝镍钴磁环熔模的制造方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1～图2为磁环毛坯结构图：

图1为主视图，图2为俯视图；

图3为磁环蜡模与直浇口棒蜡模的蜡模组合示意图（焊接有试样）；

图4为本发明之一种铝镍钴磁环熔模的制造方法工艺流程图；

图中：1-磁环蜡模，2-直浇口棒蜡模，21-冒口（即喇叭口），3-试样，4-磁环毛坯。

具体实施方式

实施例一

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，包括以下步骤：

第一步：制备铸造壳型

A1蜡料配置

取石蜡和硬脂酸各半组成蜡料，将蜡料加热到75℃～80℃，然后冷却到40℃～45℃，在该温度下蜡料呈糊状，把它装在注射器中待用，恒温装置保存（保持蜡料温度恒定在40℃～45℃之间）；

A2制作磁环型模和直浇口棒型模

根据所需产品规格制作磁环型模和直浇口棒型模；

A3压制磁环蜡模和直浇口棒蜡模

A31在磁环压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入磁环模腔得到磁环蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A32在直浇口棒压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入直浇口棒压型模腔得到直浇口棒蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A4修整蜡模并组合蜡模

A41去除成型蜡模表面飞边毛刺，进行组粘、检验；

A42将磁环蜡模焊接在直浇口棒蜡模两侧得到蜡模组合，焊接位置和数量根据磁环尺寸大小而定；

A5制壳

A51制备面层涂料：将400目、320目刚玉粉按3：1比例和硅溶胶粘结剂同时混合在一起制得面层涂料；

A52在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂，制得刚玉砂壳型；

A6脱蜡：将经步骤A5制作的刚玉砂壳型放入蒸汽脱蜡釜中，利用高压蒸汽将蜡料溶解流出刚玉砂壳型型腔从而得到铸造壳型；

第二步 熔炼、浇注磁环熔模

B1铸造壳型焙烧

提前将铸造壳型放在850℃～900℃焙烧炉内，保温焙烧2.5h～3h，浇注前迅速取出固定在浇注台上，在冒口、即直浇口棒的喇叭口上放入陶瓷滤网，用于浇注时除去钢液浮渣；

B2配制熔模原料

B21按如下百分比配制熔模原料：

Al：8%～9%，Ni：14%～15%，Co：24%～25%，Cu：3%～4%，Ti：0.3%～0.6%，Nb：0.3%～0.6%，FeS：0.1%～0.4%，Si：0.3%～0.8%，Fe：余量；

其中铝、镍、钴、铜、纯铁为主要金属元素，钛、铌、硅、硫化亚铁为微量元素；

B22对上述每种材料进行吹砂去除表面氧化皮及附着物，然后在100℃～150℃的温度下烘干2小时；

B3熔炼

B31炉料装填：将B2配制的原料依次加入中频熔炼炉，装入原则：难熔金属先装，易烧损的金属后装，棒状材料垂直并且贴近坩埚壁；

B311将铁、镍、钴、铜、铌依顺序装入中频熔炼炉底部后通电加到最大功率进行熔炼，为防止熔炼过程中产生“搭桥”现象而使坩埚底部过热，要经常使用炉钎捅料；

B312待B311所加金属全部熔化后，加入经过预热的硫化亚铁、钛和硅并进行均匀搅拌，加入50g玻璃和150g石灰造渣，扒渣前一定要沿着坩埚壁充分搅拌，使渣子上浮，如果渣子太过粘稠，则加入萤石粉5g～10g使渣子变松，然后将渣子扒干净；

B313扒渣干净后，最后加铝，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃；

B4浇注

将经B3熔炼得到的金属液，经冒口浇注到经步骤B1焙烧的铸造壳型型腔内，得到磁环熔模铸件；

B5热断、清砂

B51将步骤B4所得磁环熔模铸件进行鼓风快速冷却至200℃～300℃左右进行热断，使铸件从浇口棒上震落下来；

本环节铸型快冷目的是为了避免铸件在凝固冷却过程中组织析出有害相γ相，为后续中温热处理奠定基础；

B52铸件清砂打磨：将磁环熔模铸件放置到保温盒中，然后逐一取出进行清砂，打磨浇口；

第三步：中温热处理

C1固溶处理

将经步骤B5处理的磁环熔模铸件放入箱式炉，首先在500℃的温度下预热35分钟，然后升温到910℃～930℃保温20～30分钟进行固溶处理；

C2磁场控温冷却

将固溶处理完成的磁环熔模铸件从箱式炉取出，迅速转移至磁感应强度为2500oe～3000oe的平行磁场中，使用硅酸铝保温棉覆盖铸件，控制磁环熔模铸件在900℃～600℃、冷却速度为0.8℃/s～1.5℃/s，磁场处理20～25分钟后取出缓冷到室温；

C3三级回火处理

第一级将磁环熔模铸件转入回火炉，采用610℃～630℃保温2～3小时出炉降温到室温；

第二级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度580℃～600℃保温4～6小时出炉降温到室温；

第三级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度540℃～560℃保温8～10小时出炉降温到室温；

第四步：退磁

打开充退磁机，直流电压设置900V，磁环铸件N、S极保持与退磁性方向一致连续进行三次退磁，以保证退磁干净。

在进行步骤A6蜡模组合时，同时在直浇口棒中间位置焊接试样，用于该炉次永磁性能检测，作为交付依据。

在进行步骤A72时，在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂五层，前三层挂砂采用46目精制刚玉砂，后两层挂砂采用20目精制刚玉砂，壳厚度7mm。

在进行步骤B312最后加铝时，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃，以减少磁环铸件气孔、夹渣。

实施例二

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，工艺步骤与实施例一基本相同，只是：

配制熔模原料时具体百分比如下：

Al：8.0%，Ni：14.0%，Co:24.0%,Cu：3.0%，Ti：0.3%，Nb：0.3%，FeS：0.1%，Si：0.3%，Fe：余量。

固溶、磁场控温冷却处理见表1，三级回火处理见表2：

实施例三

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，工艺步骤与实施例一基本相同，只是：

配制熔模原料时具体百分比如下：

Al：8.5%，Ni：14.5%，Co:24.5%,Cu：3.5%，Ti：0.4%，Nb：0.4%，FeS：0.25%，Si：0.5%，Fe：余量。

固溶、磁场控温冷却处理见下表4，三级回火处理见表5：

实施例四

一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，工艺步骤与实施例一基本相同，只是：

配制熔模原料时具体百分比如下：

Al：9.0%，Ni：15.0%，Co:25.0%,Cu：4.0%，Ti：0.6%，Nb：0.6 %，FeS：0.4%，Si：0.8%，Fe：余量。

固溶、磁场控温冷却处理见下表7，三级回火处理见表8：

注：以上磁性能测量用永磁测量仪进行测定，由国家计量单位标定的传递样品进行校准，结果可靠。

Claims (7)

1.一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：制备铸造壳型

A1蜡料配置

取石蜡和硬脂酸各半组成蜡料，将蜡料加热到75℃～80℃，然后冷却到40℃～45℃，在该温度下蜡料呈糊状，把它装在注射器中待用，恒温装置保存；

A2制作磁环型模和直浇口棒型模

根据所需产品规格制作磁环型模和直浇口棒型模；

A3压制磁环蜡模和直浇口棒蜡模

A31在磁环压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入磁环模腔得到磁环蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A32在直浇口棒压型模腔内表面涂抹松节油，将注射器中的蜡料压入直浇口棒压型模腔得到直浇口棒蜡模，将蜡模放入冷水中浸泡防止变形；

A4修整蜡模并组合蜡模

A41去除成型蜡模表面飞边毛刺，进行组粘、检验；

A42将磁环蜡模焊接在直浇口棒蜡模两侧得到蜡模组合，焊接位置和数量根据磁环尺寸大小而定；

A5制壳

A51制备面层涂料：将400目、320目刚玉粉按3：1比例和硅溶胶粘结剂同时混合在一起制得面层涂料；

A52在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂，制得刚玉砂壳型；

A6脱蜡：将经步骤A5制作的刚玉砂壳型放入蒸汽脱蜡釜中，利用高压蒸汽将蜡料溶解流出刚玉砂壳型型腔从而得到铸造壳型；

第二步：熔炼、浇注磁环熔模

B1铸造壳型焙烧

提前将铸造壳型放在850℃～900℃焙烧炉内，保温焙烧2.5h～3h，浇注前迅速取出固定在浇注台上，在冒口、即直浇口棒的喇叭口上放入陶瓷滤网，用于浇注时除去钢液浮渣；

B2配制熔模原料

B21按如下百分比配制熔模原料：

Al：8%～9%，Ni：14%～15%，Co：24%～25%，Cu：3%～4%，Ti：0.3%～0.6%，Nb：0.3%～0.6%，FeS：0.1%～0.4%，Si：0.3%～0.8%，Fe：余量；

其中铝、镍、钴、铜、纯铁为主要金属元素，钛、铌、硅、硫化亚铁为微量元素；

B22对上述每种材料进行吹砂去除表面氧化皮及附着物，然后在100℃～150℃的温度下烘干2小时；

B3熔炼

B31炉料装填：将B2配制的原料依次加入中频熔炼炉，装入原则：难熔金属先装，易烧损的金属后装，棒状材料垂直并且贴近坩埚壁；

B311将铁、镍、钴、铜、铌依顺序装入中频熔炼炉底部后通电加到最大功率进行熔炼，为防止熔炼过程中产生“搭桥”现象而使坩埚底部过热，要经常使用炉钎捅料；

B312待B311所加金属全部熔化后，加入经过预热的硫化亚铁、钛和硅并进行均匀搅拌，加入50g玻璃和150g石灰造渣，扒渣前一定要沿着坩埚壁充分搅拌，使渣子上浮，如果渣子太过粘稠，则加入萤石粉5g～10g使渣子变松，然后将渣子扒干净；

B313扒渣干净后，最后加铝，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃；

B4浇注

将经B3熔炼得到的金属液，经冒口浇注到经步骤B1焙烧的铸造壳型型腔内，得到磁环熔模铸件；

B5热断、清砂

B51将步骤B4所得磁环熔模铸件进行鼓风快速冷却至200℃～300℃左右进行热断，使铸件从浇口棒上震落下来；

B52铸件清砂打磨：将磁环熔模铸件放置到保温盒中，然后逐一取出进行清砂，打磨浇口；

第三步：中温热处理

C1固溶处理

将经步骤B5处理的磁环熔模铸件放入箱式炉，首先在500℃的温度下预热35分钟，然后升温到910℃～930℃保温20～30分钟进行固溶处理；

C2磁场控温冷却

将固溶处理完成的磁环熔模铸件从箱式炉取出，迅速转移至磁感应强度为2500oe～3000oe的平行磁场中，使用硅酸铝保温棉覆盖铸件，控制磁环熔模铸件在900℃～600℃、冷却速度为0.8℃/s～1.5℃/s，磁场处理20～25分钟后取出缓冷到室温；

C3三级回火处理

第一级将磁环熔模铸件转入回火炉，采用610℃～630℃保温2～3小时出炉降温到室温；

第二级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度580℃～600℃保温4～6小时出炉降温到室温；

第三级将磁环熔模铸件转入回火炉，回火温度540℃～560℃保温8～10小时出炉降温到室温；

第四步：退磁

打开充退磁机，直流电压设置900V，磁环铸件N、S极保持与退磁性方向一致连续进行三次退磁，以保证退磁干净。

2.如权利要求1所述的一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤A6蜡模组合时，同时在直浇口棒中间位置焊接试样。

3.如权利要求2所述一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤A72时，在蜡模组合表面涂上面层涂料后进行挂砂五层，前三层挂砂采用46目精制刚玉砂，后两层挂砂采用20目精制刚玉砂，壳厚度7mm。

4.如权利要求3所述一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤B312最后加铝时，迅速将铝压入钢液底部，并充分搅拌10余次以上，严格控制加铝到出钢时间在45秒～70秒之间，出钢浇注温度控制在1620℃，以减少磁环铸件气孔、夹渣。

5.如权利要求4所述一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：8.0%，Ni：14.0%，Co:24.0%,Cu：3.0%，Ti：0.3%，Nb：0.3%，FeS：0.1%，Si：0.3%，Fe：余量。

6.如权利要求4所述一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：8.5%，Ni：14.5%，Co:24.5%,Cu：3.5%，Ti：0.4%，Nb：0.4%，FeS：0.25%，Si：0.5%，Fe：余量。

7.如权利要求4所述一种铝镍钴磁环熔模的制造方法，其特征在于：在进行步骤B2时，按如下百分比配制熔模原料：

Al：9.0%，Ni：15.0%，Co:25.0%,Cu：4.0%，Ti：0.6%，Nb：0.6 %，FeS：0.4%，Si：0.8%，Fe：余量。