CN114346165A - 一种低碳钢的消失模铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳钢的消失模铸造工艺，步骤一：制备白模；步骤二：白模粘接组装；设计的浇注系统结合横浇道和内浇道的结构和尺寸，通过减小直浇道的横截面积，实现浇注时充满直浇道，促进型腔内形成真空状态，从而达到快速排气、充分排碳和吸附固态残留物的目标；本发明提高砂箱及真空负压系统的排气效率，包括砂箱排气孔、砂箱排气通道、排气主管路、真空负压系统，较高的浇注负压值，透气性能优良的涂层；加大瞬时排气量，保证钢液到达之前白模分解产生的气体及时充分排出型腔；促进游离碳随排气过程被涂层更大量吸收，或被吸附在涂层表面，避免其卷入钢液内部而形成增碳；本专利工艺可将白模消失产物对组织的增碳控制在0.03％以下。
Description
技术领域
本发明属于消失模铸造技术领域，具体涉及一种低碳钢的消失模铸造工艺。
背景技术
消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。
低碳钢含碳量较低，一般0.3％以下。浇注过程中白模分解产物导致铸件不同程度增碳，极易使含碳量超出上限。因此，如何降低白模分解造成的增碳，将其对碳含量的影响降低至不超出标准的上限，从而保证材质和机械性能，是消失模直接浇注技术尚未突破的瓶颈。
为克服白模分解带来的增碳，目前广泛采用的是先烧后浇技术，虽有效克服了增碳问题，但同时放大和增加了其它方面的不利影响，严重制约成品率的提高：
1、白模富氧燃烧，残留的固态碳化物大量增加，铸件内部和表面碳缺陷大量产生；
2、白模浇注前先烧导致大量进气，浇注负压严重下降，排气能力不足，造成砂型强度大幅度降低，涨箱、塌箱风险很高，砂眼、气孔缺陷大量产生；3、增加了浇注前的烧白模工序，提高了燃料和工时成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低碳钢的消失模铸造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低碳钢的消失模铸造工艺，步骤一：将原始珠粒预发到一定尺寸的泡沫颗粒，充入模型内腔，通过蒸汽加热使泡沫珠粒在模腔的有限空间内软化膨胀，并相互融合，形成和模腔相似的白模；
步骤二：白模粘接组装；白模充分烘干后，按工艺设计方案，通过封闭式浇注系统，白模共同粘接组装成白模组；封闭式浇注系统根据浇注速度设计直浇道横截面积，可以通过的最大流量小于浇注流量，并保持直浇道始终处于充满状态，保证浇注系统有效封闭，从而快速排气、充分排碳和吸附固态残留物；
步骤三：白模及白模组表面形成耐火涂层；将耐火骨料与粘结剂按照9：1的配比加水搅拌均匀，波美度控制在63-65之间，将白模及白模组表面浸涂3次；充分烘干，得到1.3-1.5mm厚度的涂层；
步骤四：模组装箱造型；选用排气孔数量多、气体可通过面积大的砂箱，充分烘干的黄模组转序装箱造型，按装箱工艺放置在砂箱内，加砂震动紧实，砂型上表面覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上表面均匀覆盖厚度70-80mm的型砂，以保护塑料薄膜不被飞溅的液态金属烫穿进气，完成装箱造型；
步骤五：完成装箱造型的砂箱，转序至浇注工位；自动对接设备完成和砂箱外排气管路的对接，砂箱排气通道和真空负压系统完成连接；开启排气动力设备，并将负压值调整至0.07-0.075Mp，进入浇注状态；浇注时，在最短的时间内将流量加大至直浇道充满状态，最大程度抑制外部空气随金属液流进入型腔，以保持型腔内始终处于高负压、趋向真空的状态。
优选的，制备白模的原始珠粒为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
优选的，耐火骨料配比：Al2O3含量75％的铝矾土粉，粒度200目，使用量90％；Al2O3含量95％的棕刚玉粉，粒度240目，使用量10％。
优选的，步骤四中的砂箱内壁设置一定数量和尺寸的排气孔，排气孔连通密闭的排气隔层，排气隔层相互连通成整体的砂箱排气通道，并可与真空负压系统的排气通道连通；砂箱的排气孔总面积占砂箱内壁面积20％，并均匀分布；排气隔层横截面积大于等于所覆盖区域排气孔总面积；砂箱与真空负压系统连接的外排管路的横截面积，按每立方米砂箱内体积5000mm2设计。
优选的，步骤五中每立方米体积的砂箱，真空泵配置为排气量≥20m3/分钟；排气主管路截面积根据真空泵的排气量设计，超过900mm2/m3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明选用组分合理、含碳量较低的泡沫珠粒制备白模，设计的浇注系统结合横浇道和内浇道的结构和尺寸，通过减小直浇道的横截面积，实现浇注时充满直浇道，促进型腔内形成真空状态，从而达到快速排气、充分排碳和吸附固态残留物的目标；
本发明提高砂箱及真空负压系统的排气效率，包括砂箱排气孔、砂箱排气通道、排气主管路、真空负压系统，较高的浇注负压值，透气性能优良的涂层；加大瞬时排气量，保证钢液到达之前白模分解产生的气体及时充分排出型腔；促进游离碳随排气过程被涂层更大量吸收，或被吸附在涂层表面，避免其卷入钢液内部而形成增碳；
本发明工艺可将白模消失产物对组织的增碳控制在0.03％以下。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供一种技术方案：一种低碳钢的消失模铸造工艺，步骤一：将原始珠粒预发到一定尺寸的泡沫颗粒，充入模型内腔，通过蒸汽加热使泡沫珠粒在模腔的有限空间内软化膨胀，并相互融合，形成和模腔相似的白模；
步骤二：白模粘接组装；白模充分烘干后，按工艺设计方案，通过封闭式浇注系统，白模共同粘接组装成白模组；封闭式浇注系统根据浇注速度设计直浇道横截面积，可以通过的最大流量小于浇注流量，并保持直浇道始终处于充满状态，保证浇注系统有效封闭，从而快速排气、充分排碳和吸附固态残留物；
步骤三：白模及白模组表面形成耐火涂层；将耐火骨料与粘结剂按照9：1的配比加水搅拌均匀，波美度控制在65，将白模及白模组表面浸涂3次；充分烘干，得到1.5mm厚度的涂层；
步骤四：模组装箱造型；选用排气孔数量多、气体可通过面积大的砂箱，充分烘干的黄模组转序装箱造型，按装箱工艺放置在砂箱内，加砂震动紧实，砂型上表面覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上表面均匀覆盖厚度80mm的型砂，以保护塑料薄膜不被飞溅的液态金属烫穿进气，完成装箱造型；
步骤五：完成装箱造型的砂箱，转序至浇注工位；自动对接设备完成和砂箱外排气管路的对接，砂箱排气通道和真空负压系统完成连接；开启排气动力设备，并将负压值调整至0.075Mp，进入浇注状态；浇注时，在最短的时间内将流量加大至直浇道充满状态，最大程度抑制外部空气随金属液流进入型腔，以保持型腔内始终处于高负压、趋向真空的状态。
本实施例中，优选的，制备白模的原始珠粒为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物；苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物也叫STMMA系列共聚树脂；苯乙烯和一定量的甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)共同参与聚合反应，共聚过程中浸入发泡剂，形成可发性共聚树脂，就是STMMA系列共聚树脂；分子式：[(C5H8O2)x(C8H8)y]m；
结构式：
甲基丙烯酸甲酯属于易分解的分子链结构，没有结合苯环，气化能力非常强。苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯共聚后，共聚分子链苯环占比降低，有利于催化分解；所以，STMMA系列共聚树脂的分解更充分，气化程度高，分解产生的固态残留少，可大幅度降低增碳，并减少碳缺陷；STMMA系列共聚树脂是浙江凯斯特新材料股份有限公司的专利产品。
本实施例中，优选的，耐火骨料配比：Al2O3含量75％的铝矾土粉，粒度200目，使用量90％；Al2O3含量95％的棕刚玉粉，粒度240目，使用量10％。
本实施例中，优选的，步骤四中的砂箱内壁设置一定数量和尺寸的排气孔，排气孔连通密闭的排气隔层，排气隔层相互连通成整体的砂箱排气通道，并可与真空负压系统的排气通道连通；砂箱的排气孔总面积占砂箱内壁面积20％，并均匀分布；排气隔层横截面积大于等于所覆盖区域排气孔总面积；砂箱与真空负压系统连接的外排管路的横截面积，按每立方米砂箱内体积5000mm2设计。本实施例中，优选的，步骤五中每立方米体积的砂箱，真空泵配置为排气量≥20m3/分钟；排气主管路截面积根据真空泵的排气量设计，超过900mm2/m3。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种低碳钢的消失模铸造工艺，其特征在于：步骤一：将原始珠粒预发到一定尺寸的泡沫颗粒，充入模型内腔，通过蒸汽加热使泡沫珠粒在模腔的有限空间内软化膨胀，并相互融合，形成和模腔相似的白模；
步骤二：白模粘接组装；白模充分烘干后，按工艺设计方案，通过封闭式浇注系统，白模共同粘接组装成白模组；封闭式浇注系统根据浇注速度设计直浇道横截面积，可以通过的最大流量小于浇注流量，并保持直浇道始终处于充满状态，保证浇注系统有效封闭，从而快速排气、充分排碳和吸附固态残留物；
步骤三：白模及白模组表面形成耐火涂层；将耐火骨料与粘结剂按照9：1的配比加水搅拌均匀，波美度控制在63-65之间，将白模及白模组表面浸涂3次；充分烘干，得到1.3-1.5mm厚度的涂层；
步骤四：模组装箱造型；选用排气孔数量多、气体可通过面积大的砂箱，充分烘干的黄模组转序装箱造型，按装箱工艺放置在砂箱内，加砂震动紧实，砂型上表面覆盖塑料薄膜，塑料薄膜上表面均匀覆盖厚度70-80mm的型砂，以保护塑料薄膜不被飞溅的液态金属烫穿进气，完成装箱造型；
步骤五：完成装箱造型的砂箱，转序至浇注工位；自动对接设备完成和砂箱外排气管路的对接，砂箱排气通道和真空负压系统完成连接；开启排气动力设备，并将负压值调整至0.07-0.075Mp，进入浇注状态；浇注时，在最短的时间内将流量加大至直浇道充满状态，最大程度抑制外部空气随金属液流进入型腔，以保持型腔内始终处于高负压、趋向真空的状态。
2.根据权利要求1所述的一种低碳钢的消失模铸造工艺，其特征在于：制备白模的原始珠粒为苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种低碳钢的消失模铸造工艺，其特征在于：耐火骨料配比：Al2O3含量75％的铝矾土粉，粒度200目，使用量90％；Al2O3含量95％的棕刚玉粉，粒度240目，使用量10％。
4.根据权利要求1所述的一种低碳钢的消失模铸造工艺，其特征在于：步骤四中的砂箱内壁设置一定数量和尺寸的排气孔，排气孔连通密闭的排气隔层，排气隔层相互连通成整体的砂箱排气通道，并可与真空负压系统的排气通道连通；砂箱的排气孔总面积占砂箱内壁面积20％，并均匀分布；排气隔层横截面积大于等于所覆盖区域排气孔总面积；砂箱与真空负压系统连接的外排管路的横截面积，按每立方米砂箱内体积5000mm2设计。
5.根据权利要求1所述的一种低碳钢的消失模铸造工艺，其特征在于：步骤五中每立方米体积的砂箱，真空泵配置为排气量≥20m3/分钟；排气主管路截面积根据真空泵的排气量设计，超过900mm2/m3。
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