CN1446650A - 一种消失模铸造浇注过程的气体保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消失模铸造浇注过程的气体保护方法，属于一种铸造技术，涉及消失模铸造浇注过程的气体保护方法。本发明的目的是提供一种可以使消失模铸造过程中模型气化产物对金属污染减少的有效方法。采用了在消失模铸造浇注过程中进行气体保护的技术，其保护气体选用氧气，使与金属液体接触的气体中氧气体积含量控制在50－85％之间，最好为60－65％之间。采用该方法后，使消失模铸造中模型产物对金属污染的问题得到进一步解决，拓宽了消失模铸造的应用范围。

Description

一种消失模铸造浇注过程的气体保护方法

技术领域：本发明属于一种铸造技术，涉及消失模铸造浇注过程的气体保护方法。

背景技术：随着消失模铸造技术的发展及其优越性的充分体现，人们对将该工艺应用于重要或大型铸钢件生产中的需求越来越迫切。消失模铸造生产高质量要求的铸钢件，其最大的工艺难点在于：模型气化过程产生的各种固液相产物可能残留于金属液体中污染金属液体，造成增碳、增氢等缺陷使金属机械性能下降、化学成分超标，这种情况在铸件的表层一般更为严重，经常造成铸件报废，使消失模的应用范围受到很大限制。

为解决这一难题，人们通常从以下两方面入手：

1、尽量减少模型中的碳含量；

2、尽量使模型裂解充分。

为此采用的具体工艺方法有：

1、尽量降低模型密度或将铸件及浇注系统模型制成空心，使其在金属液体充型过程中产生最少的残留物；

2、尽量提高浇注温度，使模型充分裂解，生成更多的气相产物排除铸型；

3、选用碳含量较少的有机高分子材料制成发泡模型，降低增碳的可能性，如目前很多生产企业和研究机构都采用EPMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)作为消失模模型发泡材料。

4、提高铸型排除气体能力，使模型裂解反应向有利于生成气体方向发展，具体的方法是对铸型施加较高的负压或提高涂层的透气性。

5、在铸件顶部加大排渣冒口，使铸件内的污染物排入冒口内。

上述方法的应用都一定程度上减少了模型气化产物对金属的污染，提高了铸件质量，但目前为止真正解决该问题还需要更进一步的工作，主要原因在于：有机高分子聚合物材料在高温下发生裂解反应，其产物可能包括：分子量较小的聚合物、聚合物的单体、小分子有机物或无机物(例如一氧化碳、二氧化碳、氢气、水蒸气和游离碳)等；在消失模铸造过程中，金属液体对模型材料的置换过程同时发生着模型高分子材料裂解的过程，为避免增碳、增氢，我们最希望这一裂解反应的产物主要是各种气态的小分子有机物或气态无机物，从而方便从铸型排除。如果裂解产物主要是液相、固相有机物或游离碳就势必对金属产生污染。有机高分子裂解最充分产物应该是游离碳和氢气，游离碳最容易与金属液体结合形成增碳，氢气更是增氢的最主要原因，这事实上并不是我们希望得到的结果。上述方法中仅设法使模型材料裂解尽量充分显然没有考虑游离碳和氢气的产生及其对金属液体的污染的严重性，这恰恰是问题得不到很好解决的原因。

在传统铸造工艺的铸钢件浇注过程中，人们通常采用惰性气体保护的办法来防止空气卷入金属液体使金属液体发生氧化，同时避免了氧化铝沉积物聚集于浇注系统内造成其横截面积减小来影响浇注效率，中国专利公告公开了“具有惰性气体分配器的水口系统(公开号1203543、公开日1998.12.30)”，其中公开了具有上述功能的浇注系统或浇注工艺方案，其具体内容是：一种耐火水口系统，该水口系统能有效地防止氧化铝沉积物聚集在该水口系统接收塞棒的上部顶边周围。该水口系统包括一个具有上部和下部的耐火水口主体。一个孔贯穿所述上部和下部并具有用于接收和排出熔融金属的接收端和排出端。一个惰性气体分配器环绕所述水口主体的上部。一种由阻碍气体流动的耐火材料制成的衬套覆盖所述孔的孔壁，并且在所述孔的上部限定了一个安装部分。一个金属外壳基本上围绕着所述上部的外表面。在所述阻碍气体流动的衬套和金属外壳的引导下，利用气体分配系统使压缩的惰性气体导入到所述水口主体的可透气的上部，以使惰性气体主要通过所述上部的顶边流动。所产生的惰性气体流使孔的安装部分与外界氧气隔离，从而防止氧化铝沉积物聚集在与塞棒控制熔融金属流动能力相关的安装部分上。一些其它技术文献和专利也都公开了相近似的技术，但其实质都是在金属液体进入铸型前使其处于惰性气体保护下与空气(主要是其中的氧气)隔绝的方法或工艺装备，这些技术方案的采用在一定程度上提高了铸件的质量，保证了金属液体的顺利充型。但这些工艺技术方案均未被应用于消失模铸造，这是因为：

1、目前消失模铸造多应用小型或相对要求较低的铸钢件中，而采用上述技术需要消耗大量的惰性气体使成本一般很高，生产小型或相对要求较低的铸钢件难于用于实际生产中；

2、消失模铸造采用干砂造型，造型过程中固定气体保护装置一般比较困难，使上述技术难于实施；

3、一般铸造工作者均认为：在消失模铸造过程中，由于不取出模型，模型气化过程会使整个铸型内处于还原气氛，氧一般都能被还原气氛所消耗掉，不应用气体保护一般也不会产生很严重的金属液体氧化或氧化铝沉积现象，因此并不需要进行惰性气体保护；

4、多数工艺技术人员都认为：因为消失模铸造浇注黑色金属通常对铸型施加负压，气体一般会集中于“型腔”靠近外表面处或被负压抽出铸型，产生金属液体氧化或氧化铝沉积的可能性较小，一般不需要施加惰性气体保护。

同时，这些技术方案中所选用的保护气体也一般仅限于元素周期表中的第VIII族元素---惰性气体，采用其它气体用于气体保护一般被认为没有具体的技术意义，采用氧气作为保护气体更被认为是有害的。

发明内容：本发明的目的是：提供一种可以使消失模铸造过程中模型气化产物对金属污染减少的有效方法。

为实现上述目的，本发明采用了在消失模铸造浇注过程中进行气体保护的技术，其保护气体选用氧气。

因为游离碳和氢气同为还原性物质，在浇注过程中又处于高温活性状态，使铸型内的气氛趋向于富氧气氛就将适用于消耗掉裂解产生的终产物---游离碳和氢气。

在本发明中，采用氧气保护法使浇注时卷入铸型内的气体为氧气，其氧化能力较空气强很多，使消失模铸造的铸型气氛由还原性向氧化性转变。

如图所示：消失模铸造采用氧气保护的方法基本与传统铸造中的惰性气体保护方案相同，只是选用纯氧代替惰性气体对浇注过程加以保护，同时把气体通入部分加于浇口杯内或浇口杯底部，解决了固定困难的问题。用氧气取代惰性气体后，氧气减压阀处控制供气压力为0.2-0.7Mpa之间，最好是0.5-0.6Mpa，气体流量的大小一般由直浇口的截面积决定，不同的直浇口直径选用不同的喷嘴口直径和喷嘴口数量，最终控制与金属液体直接接触的部分氧气体积百分数为50-85％之间，最好是60-65％之间，在浇注过程中一般对砂箱施加-0.03-～-0.07Mpa的负压。

由于通常消失模铸造型腔处于还原气氛，同时负压使氧集中于型腔外壁，使其优先与模型裂解产生的游离碳、氢气或一氧化碳等反应，氧对金属液体的氧化及形成氧化铝沉积的作用不大。

采用上述工艺方法后，使消失模铸造中模型产物对金属污染的问题得到进一步解决，拓宽了消失模铸造的应用范围，使采用消失模铸造工艺生产的铸钢件质量得到显著提高。

附图说明：附图为气体保护方法应用的示意图，图中仅示意出气体通入部分在浇口杯下部的情形。图中1为浇口杯，3为耐火材料制成的密闭气室3，4为耐火多孔套筒，5为直浇道，6为氧气减压阀，7为管道。同时指定该图为摘要附图。

具体实施方式：下面结合生产实例对本发明作进一步说明：在浇注一种平板型低碳钢铸件时采用了氧气保护的方法，其气体导入装置基本与传统铸造中的惰性气体保护方案相同，只是选用氧气代替惰性气体对浇注过程加以保护。如图所示，在浇口杯1下端与直浇道5连接处加一个耐火材料制成的密闭气室3，气室3内有一个耐火多孔套筒4连接于直浇道5和浇口杯1的金属液体进口之间。密闭气室3、多孔套筒4可以看成是浇口杯1的一部分，解决了固定困难的问题。氧气减压阀通过管道7与密闭气室3相连，氧气减压阀6处控制供气压力为0.5Mpa。该铸件的具体尺寸为450×520×42毫米，碳含量要求为0.28％到0.34％之间，采用直径为45毫米的直浇道。此时多孔套筒4上具有25到30个直径为1.5毫米的小孔，在气压的作用下，浇注过程中这些小孔一般不会被金属液体堵塞，此时与金属液体直接接触的部分氧气体积百分数为60-65％之间，在浇注过程中对砂箱施加-0.03Mpa的负压。铸件顶部不加冒口，浇注后在所浇铸件上取9个区域进行增碳情况测试，发现靠近表层3毫米内增碳平均值小于0.02％，距表面3毫米外平均增碳为0.02％到0.03％之间，同时增碳分布很均匀，在通常情况下可认为没有对化学成分造成重大影响。与采用传统方法浇注过程中一般增碳0.04％到0.07％相比具有明显的减少增碳效果。

试验结果表明，采用氧气保护方法浇注该铸件，增碳比例明显减少，机械性能测试、金相分析和铸件解剖分析都证明，并未出现因金属液体被氧化而产生的对铸件质量的不利影响。通过观察，在直浇口上也未出现氧化铝的明显沉积现象。

Claims (3)

1、一种消失模铸造浇注过程的气体保护方法，其特征是在浇注过程中采用氧气进行气体保护。

2、根据权利要求1所述的消失模铸造浇注过程的气体保护方法，其特征是与金属液体接触的气体中氧气体积含量控制在50-85％之间，最好为60-65％之间。

3、根据权利要求1或2所述的消失模铸造浇注过程的气体保护方法，其特征是在浇注过程中对砂箱施加-0.03～-0.07Mpa的负压。

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