CN1174770A - 气化模铸造低碳钢的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种低碳铸钢的气化模铸造低碳钢的工艺方法,尤其是浇注含碳0.25%以下的阀体和泵体铸钢,先制作泡沫聚苯乙烯模型,在模型上涂以铸钢涂料并烘干后,然后用铸钢型砂覆盖和填实模型,组合浇注系统,其特征是内浇口设在模型的底中部,冒口设于模型的中上部,铸钢的浇注温度为1550—1600℃,工艺出品率取35—63%,模型的密度取0.014—0.030kg/l.本发明能生产高耐压的低碳钢铸钢泵体、阀门壳体,这些铸钢件还能达到尺寸精度高、表面光洁、以及成本明显降低的要求。

Description

气化模铸造低碳钢的工艺方法

本发明涉及一种金属铸造的工艺方法，尤其涉及黑色金属及低碳钢的铸造工艺方法。

铸铁尤其是球墨铸铁虽然具有良好的性能，但在耐压等性能上远不及铸钢，铸钢件在许多应用上性能更优。用气化模铸造的工艺方法是铸造上的一件新工艺，铸钢件也能够生产，铸钢件尤其是低碳钢在很多场合有优化的应用，低碳铸钢合金有多种组分，如CN85105274给出一种稀土铬锰硅钼耐磨铸钢及其生产工艺，是由碳、铬、锰、硅、钼、稀土元素构成。CN85105281给出一种稀土锰硅钼钛硼耐磨铸钢，由碳、锰、硅、钛、钼、硼，稀土元素构成。CN85105282给出一种稀土铬锰硅钼钛硼耐磨铸钢，由碳、铬、锰、硅、钼、钛、硼和稀土元素构成。CN87106700给出稀土钙高强韧铸钢。再如CN92105228给出的一种含稀土的抗磨损抗腐蚀抗气蚀的铸钢。CN93103220给出稀土多元超高温耐硫抗磨钢。

但上述铸钢及其合金在成本和工艺上均太高或过于复杂，技术经济指标不高，一般没有最大的适应和应用面。

气化模铸造的工艺方法在生产异型铸件具有特殊的优点：工艺工序少、铸件精度高、最后工序的加工量减少、容易实现机械化生产、尤其是能生产出形状或结构比较复杂的零件----用一般铸造工艺无法生产符合要求的铸件。但是在气化模的铸造工艺中，先以高分子材料制成的模型，然后再以铸钢用的耐火材料型砂。

气化模铸造(亦称实型铸造)的工艺方法已经过了相当的发展，铸钢件也能够生产，如苏联专利SU1210952、1234038、1444067、4805737、1616758、RU2029653涉及到气化模工艺的基本过程、浇注时间的控制、真空浇注工艺、V型浇注和浇注的自动工艺设备等，欧洲专利EP396483、152754和英国专利GB2282554给出了精密高分子材料造型后夯实无粘结型砂和高温浇注时使高分子型模气化和碳化，于是在型腔里铸件生成，还涉及具体工艺和型砂及其树脂等。美国专利US4448235给出了用于实型铸造的可变透气性及模型涂料的制作，US4451529给出了涂层聚苯乙烯泡沫及其生产成分和工艺等等。

但现有技术还未能给出低碳钢的铸造工艺方法，亦未见有用实型铸造生产低碳钢铸件产品。原因要于高分子材料制成的模型为含碳量较高的物质，尤其是用工艺性能好且价格便宜的EPS或其共聚物(可发性聚苯乙烯)来生产低碳铸钢更为困难，因为在铸造过程中增碳量极难控制，虽然有过用较昂贵的高分子材料来进行实型铸造增碳量小的报道，并可望用于铸钢，但还未见工艺上的报道。

在生产高磅级高耐压的泵体、阀门壳体时，一般铸铁很难达到耐压要求，如欲在尺寸精度高、表面光洁、以及成本诸方面都能满足要求，用任何其它工艺方法也是很困难的，例如用熔模铸造一般只能铸造5.0MPa(300磅级)压力的铸件，用砂型铸造表面粗糙、尺寸精度不能达到要求。

本发明的目的是提供一种应用面广的低碳钢铸钢及其合金，在成本和工艺上有优化的技术经济指标，能制成多种用途的铸钢件，尤其是低碳钢及其合金的铸钢件。

本发明的目的还在于提供一种低碳钢及其合金的铸造工艺方法，克服现有的工艺条件无法生产低碳钢铸钢件或生产成本太高的不足，用以生产出更高质量和性能的低碳钢铸钢件。

本发明的目的还在于用本发明低碳钢铸造工艺方法生产各种铸钢件，尤其是高磅级高耐压的低碳钢铸钢泵体、阀门壳体，这些铸钢件还能达到尺寸精度高、表面光洁、以及成本明显降低的要求。本发明的其它发明目的在说明书中还有给出。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：首先制作泡沫聚苯乙烯模型，在模型上涂以铸钢涂料并烘干后，然后用铸钢型砂复盖和填实模型，组合浇注系统，其特征是内浇口设在模型的底中部，冒口设于模型的中上部，铸钢的浇注温度为1550-1600℃，工艺出品率(亦称实收率)取35-63％，模型的密度取0.014-0.030Kg/l。

本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.02～0.25％，另可添加其它元素成分如Mn、MO、Ti、Cr、Ni、V等，其余为Fe。通过添加其它金属元素使铸钢成为合金钢，提高抗压和拉伸强度的指标。

本发明具有如下特点：由于模型可以在金属模内发泡制作，因此铸件的的尺寸精度高，表面光洁，造型简便，便于大批量生产，降低了成本，尤其是能大量生产异型和复杂造型结构的铸钢件，如薄壁状泵和阀门壳体，所制成的泵和阀门能经受更大的压力。还有清砂和后处理的成本较任何其它铸造工艺简单和便宜，此外，考虑到可以使用无粘结干砂造型，造型和清砂简单，型砂材料可以反复使用。

利用本发明能制造低碳钢铸件，尤其是利用低成本的可发性聚苯乙烯(EPS)作为模型，大量生产的成本低，铸钢的含碳量可以控制在0.25％以下，增碳量可以控制在0.02-0.06％的范围，由于低碳钢铸钢制品的物理性质更适于用在常用机械、汽车、电器的结构件上，因此用途更为广泛，即使有过用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可以减低增碳量的报道，本发明仍然具有很突出的优点和实用价值。

利用本发明能制造低碳钢合金的材料及其铸件，尤其是利用低成本的可发性聚苯乙烯(EPS)作为模型来生产使铸钢的性能指标进一步延伸，添加其它合金元素在抗压和拉伸强度升高，耐磨耐温性能变好，这些并没有超出本实用新型的范围。

以下结合实施例进本发明作进一步说明：

采用发泡聚苯乙烯(EPS)作为铸造用模型的实型铸造工艺成批生产低碳钢铸件.EPS一般是在金属模具中成型的。这种成型是在成型机内进行，EPS珠粒的尺寸为30-70目，成型前先去除EPS珠粒中的水分，使泡沫珠粒的内压均衡，增强其发泡能力，经熟化干燥后，充填入所需形状和尺寸的模具(一般为铝合金金属模具)，并将其发泡到30-50倍，达到EPS模型密度的使用范围，一般控制在0.014-0.03Kg/l较好。发泡温度130-145℃，蒸汽压力为1-2kg/cm²，发泡的倍率愈高对增碳量和残渣问题愈有利，但容易使模型产生变形和不平整、不光洁。

然后在模型上复盖铸钢涂料和型砂，现有的铸钢涂料有多种选择，如水基和醇基(如以甲醇为溶剂)涂料，但以水基涂料更为经济，如长春产SG-1、SG-2号涂料，要求透气性好，强度高，与泡沫EPS的粘附性能好，干燥速度快、不龟裂，能形成厚的复盖层，铸钢型砂用的耐火材料有：石英砂、氧化铝、锆英砂或其混和砂，型砂的粘结树脂为松香、醋酸聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或其混和物等等，与常规铸钢所用的粘接剂类同。

在模型上型砂采用干砂也具有很好的效果，干砂选用石英砂、氧化铝砂等，与粘结砂填实的工艺相同，干砂造型时一般采用三维震动，使型砂紧实。

浇口和冒口的设计十分重要，浇口设在模型的底部或中部，也可以是阶梯浇口，冒口主要设于模型的中上部，冒口有多个，视铸钢件的体积和重量以及铸件的形状而定，一般需要比较均匀的1-6个冒口，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣在浇注时迅速冒出，迅速降低浇注时的压力，铸钢浇注时的温度为1550-1600℃，工艺出品率取35-63％，工艺出品率的取值主要由铸钢件的体积和重量以及铸件的形状而定，质量大的且厚型铸件(100KG以上)工艺出品率取46-62％。而质量小且为薄型铸件(100KG以下)的工艺出口率取38-55％较好。真空浇注亦是常采用的工艺，真空浇注使表面质量更好，抽真空至0.02-0.06MPa。经组型后浇注。本发明尤其用于浇注含碳0.25％以下的低碳铸钢。干砂制作铸型时更宜采用真空浇铸。

实施例1，浇注阀门壳体，口径为100mm，铸钢件重量35kg，其工艺条件为：制作泡沫聚苯乙烯模型，采用发泡聚苯乙烯(EPS)作为铸造用模型的实型铸造工艺成批生产低碳钢铸件。EPS一般是在金属模具中成型的。这种成型是在成型机内进行，EPS珠粒的尺寸为30-60目，成型前先去除EPS珠粒中的水分，使泡沫珠粒的内压均衡，增强其发泡能力，经干燥熟化后，充填入所需形状和尺寸的铝合金模具，并将其发泡到30-50倍达到EPS模型密度的使用范围，控制在0.016-0.03Kg/l。发泡温度130-145℃，蒸汽压力为1-2kg/cm2。

然后在模型上复盖铸钢涂料和型砂，如上所述牌号涂料，与泡沫EPS的粘附性能好，干燥速度快、不龟裂，铸钢型砂用的耐火材料为石英砂，型砂的粘结树脂为松香和聚乙烯醇缩丁醛的混和物，与常规铸钢所用的粘接剂类同。并经振动紧实型砂。石英砂干砂亦完全可用于此实施例，但经过三维振动紧实，在真空条件下浇铸效果更佳。

浇口设在模型的底部或中部，浇口主要设于模型的中上部，冒口有多个，并设有比较均匀的2-4个冒口，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣浇注时迅速冒出，迅速降低浇注时的压力，铸钢浇注时的温度为1550-1580℃，工艺出品率取38-55％，本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.25％以下，其余为Fe。浇注过程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范围。

以上实施例完全适用于30-100Kg的各种阀门壳体，如闸阀、球阀、截止阀等，其耐压等级可以达到25MPa(1500磅级)，试压可达到30-40MPa。

在钢水中添加其它元素成分如Mn、Mo、Ti、Cr、Ni、V或其混合物各有其利，如添加2％左右可以增加耐磨，耐热，耐化学腐蚀的性能，增加强度等。

实施例2，浇注泵壳体，口径为20mm，铸钢件重量3kg，其工艺条件为：先制作泡沫聚苯乙烯模型，亦采用发泡聚苯乙烯(EPS)作为铸造用模型的实型铸造工艺成批生产低碳钢铸件。EPS珠粒的尺寸为60-70目，经熟化干燥后，充填入所需形状和尺寸的模具(合金金属模具)，并将其发泡达到EPS模型密度的使用范围。一般控制在0.02-0.03Kg/l较好。发泡温度130-145℃，蒸汽压力为1-2kg/cm2。

然后在模型上涂复铸钢涂料和充填型砂，涂料同实施例1，铸钢型砂用的耐火材料有：石英砂、锆英砂或混和砂，型砂的粘结树脂为松香、醋酸聚乙烯、常规铸钢所用的粘接剂。并经振动紧实型砂。同例1，石英砂干砂亦完全可用于此实施例，但经过三维振动紧实，在真空条件下浇铸效果更佳。

预留浇口和冒口的设计中：浇口设在模型的底部，底浇口方式为内浇口，冒口主要设于模型的上部，冒口有1-2个，浇冒同口设计亦可，设在零件上部，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣浇注迅速冒出，迅速降低浇注时的压力，铸钢浇注时的温度为1550-1600℃，工艺出品率取38-45％，本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.1～0.25％。增碳量在0.02％以下。

实施例3：浇注大型阀门壳体，口径为250mm，铸钢件重量200kg，其工艺条件为：用EPS制作泡沫模型，并成批生产低碳钢铸件。EPS一般是在金属模具中成型的。这种成型是在成型机内进行，EPS珠粒的尺寸为30-60目，成型前先去除珠粒中的水分，使泡沫珠粒的内压均衡，增强其发泡能力，经干燥熟化后，充填入所需形状和尺寸的铝合金金属模具，并将其发泡到30-50倍达到EPS模型密度的使用范围，控制在0.016-0.036Kg/l。发泡温度130-145℃，蒸汽压力为1-2kg/cm2。冷却时间延长。

然后在模型上复盖铸钢涂料和型砂，亦以上述水基涂料，铸钢型砂用的耐火材料和粘接剂同实施例2。

浇口设在模型的底部，浇口主要设于模型的中上部，冒口有多个，并设有位置均匀的5个冒口，铸钢浇注时的温度为1550-1580℃，工艺出品率取48-62％，总之，有关工艺条件的规律如下：工艺出品率在浇注大型产品时要高些，而铸型密度要低些。本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.2％以下，其余为Fe。浇注过程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范围。本实施例类似的条件用于100-500KG以上的低碳钢的浇注。

本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.1～0.25％。更大型的铸钢件均可用此工艺条件。以上实施例均能使铸件的表面不平整度(粗糙度)在Ra12以下。

实施例4：浇注高压柱塞泵泵体，铸钢件为双缸四进口重量200kg，耐压63MPa，其工艺条件为：制作泡沫聚苯乙烯模型，采用发泡聚苯乙烯(EPS)作为铸造用模型的实型铸造工艺成批生产低碳钢铸件。成型条件同实施例1或2。模型上涂复铸钢涂料亦同上，采用干砂三维振实，真空浇注。

浇口设在模型的底部和中部，冒口主要设于模型的中部和上部，冒口有4-5个，分布均匀的冒口，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣浇注迅速冒出，铸钢浇注时的温度为1550-1580℃，工艺出品率取45-62％。性能明显优于球墨铸铁的产品，比锻造的产品亦有更多的优点。浇注过程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范围。

实施例5：浇注小型的泵体铸件，其重量30kg，其工艺条件为：制作泡沫聚苯乙烯模型，采用发泡聚苯乙烯(EPS)作为铸造用模型的实型铸造工艺成批生产低碳钢铸件。成型条件同实施例1或2.在模型上涂复铸钢涂料和采用干砂型砂亦同上。

浇口设在模型的底部和中部，底浇口方式为内浇口，冒口主要设于模型的中部和上部，冒口有2-3个，分布均匀的冒口，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣浇注迅速冒出，铸钢浇注时的温度为1550-1580℃，工艺出品率取38-55％，本发明的低碳钢及其合金的成分如下，含C为0.2～0.3％，其余为Fe。

实施例6：浇注时加入Mn 1-5％(重量％)也是一种很经济的增加材料性能的手段，主要体现在增加铸件的力学性能。增碳量可以控制在0.02-0.06％的范围。可以使用无粘结干砂造型，造型和清砂简单，型砂材料可以半永久性的反复使用。

要求有相当耐压的铸钢泵体的种类很多，如压力达到0.5MPa以上的各种柱塞泵体，包括油泵、水泵等。

Claims (8)

1.一种低碳铸钢的气化模铸造工艺方法，尤其是浇注含碳0.25％以下的阀体和泵体铸钢，先制作泡沫聚苯乙烯模型，在模型上涂以铸钢涂料并烘干后，然后用铸钢型砂复盖和填实模型，组合浇注系统，其特征是内浇口设在模型的底中部，冒口设于模型的中上部，铸钢的浇注温度为1550-1600℃，工艺出品率取35-63％，模型的密度取0.014-0.030Kg/l。

2.由权利要求1所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是底浇口方式为内浇口，冒口主要设于模型的中部和上部，冒口为1-6个，且均匀设置冒口，使得在浇注时EPS气化后的气体和残渣浇注迅速冒出。

3.由权利要求1、2所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是在模型上型砂采用石英砂干砂，经三维震动使型砂紧实。

4.由权利要求1、3所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是采用真空浇注工艺，抽真空至0.02-0.06MPa，经组型后浇注。

5.由权利要求1、2所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是100KG以上铸件的EPS铸型密度的使用范围，控制在0.014-0.024Kg/l。

6.由权利要求1所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是100KG以下铸件的EPS铸型密度的使用范围，控制在0.02-0.03Kg/l。

7.由权利要求1所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是100KG以上铸件的质量大的且厚型铸件工艺出品率取46-62％。而质量小且为薄型100KG以下铸件的工艺出口率取38-55％

8.由权利要求1、2所述的铸造低碳钢的工艺方法，其特征是在钢水中添加其它元素成分：Mn、Mo、Ti、Cr、Ni、V或其混合物0.5-5％。