[發(fā)明專利]包含碳酸鹽的鑄造用混合物及其用途

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080057791.1
• 申請(qǐng)日: 2010-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN102762512A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 拉爾夫·E·肖曼;肖恩·B·哈蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 亞世科化學(xué)有限公司
• 主分類號(hào): C04B14/00
• 分類號(hào): C04B14/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;顧晉偉

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2009年12月16日提交的序列號(hào)為No.61/286,913的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文中。

背景技術(shù)

石英砂(SiO₂，石英)在金屬鑄造工業(yè)中作為骨料被廣泛地用于生產(chǎn)鑄型和型芯。所述石英砂用于“濕砂”(與水和粘土粘結(jié)的砂)和化學(xué)粘結(jié)砂。使用多種無(wú)機(jī)和有機(jī)粘合劑，包括硅酸鈉粘合劑，和酚醛聚氨酯、呋喃、環(huán)氧-丙烯酸酯、和酯硬化酚醛粘合劑，以及酸硬化酚醛粘合劑等。

粘合劑與砂混合并且在工藝裝備中壓實(shí)該混合物以成為期望的鑄型和型芯的成型件，然后粘合劑變硬并將砂粒粘結(jié)在一起。隨后將鑄型和型芯部件裝配成鑄型組合件，將金屬傾注到鑄型組合件中并以期望鑄件的成型件填充內(nèi)腔。來(lái)自液體金屬的熱(特別是熔點(diǎn)超過(guò)1100℃的鐵合金情況下)開始分解有機(jī)粘結(jié)劑并將砂加熱。隨著石英砂加熱，出現(xiàn)熱膨脹。這種膨脹是相對(duì)線性的，直至溫度達(dá)到約570℃，此時(shí)砂粒的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變伴隨著快速的等溫膨脹，繼之以熱收縮工藝，直至980℃左右，此時(shí)發(fā)生伴隨更多熱膨脹的另一晶體結(jié)構(gòu)變化。

據(jù)認(rèn)為砂粒中的這些快速體積變化在鑄件表面附近的砂層中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，其可導(dǎo)致與鑄型中熱熔融液體金屬相接觸的鑄型或芯表面開裂。熔融液體金屬可以流入這些裂紋并在鑄件表面形成毛刺(vein)或飛邊(fin)。這些是不期望的并且需要時(shí)間和工作除去。在具有小的內(nèi)部型芯通道的關(guān)鍵應(yīng)用中，毛刺可能延伸穿過(guò)通道并將其阻斷。這些關(guān)鍵鑄件的例子是具有水套的發(fā)動(dòng)機(jī)本身和汽缸蓋，它們可被難以檢測(cè)且更難以除去的位置處的毛刺阻斷。

其他類型的骨料也可以用于生產(chǎn)“砂型”鑄型和型芯，所述骨料包括天然鋯石、鉻鐵礦、橄欖石和人造陶瓷以及其他骨料。這些骨料具有無(wú)相轉(zhuǎn)變的較低膨脹率，并且形成毛刺缺損的趨勢(shì)明顯減少，但是也要貴得多。

已將型砂附加物與石英砂一起使用以減少毛刺趨勢(shì)。根據(jù)它們的作用機(jī)制，這些型砂附加物通常分為三種主要類別。

第一類別由“低膨脹骨料”組成，例如石英砂和鋯砂的90∶10混合物，其具有比單獨(dú)的石英砂更低的膨脹值。除了天然存在的骨料外，可以使用人造骨料，如陶瓷(莫來(lái)石)珠、硅酸鋁“微球”或熔合的硅石。

第二類別由“有機(jī)緩沖材料”組成，例如木粉、糊精和淀粉。當(dāng)與石英砂混合時(shí)，它們占據(jù)石英砂之間的一些體積。因此，當(dāng)熔融金屬被傾注到鑄型中時(shí)，來(lái)自于熔融金屬的熱快速將額外的有機(jī)材料燒掉。先前被有機(jī)材料占據(jù)的體積此時(shí)可以提供用于砂膨脹的“緩沖部”或空間，從而減少砂中應(yīng)力的累積。

型砂附加物的第三類別由“熔劑”組成，所述熔劑與砂粒表面反應(yīng)以化學(xué)地改變砂的表層和由此產(chǎn)生的砂的膨脹特性。這些熔劑的例子是長(zhǎng)期用作型砂附加物的氧化鐵(赤鐵礦(Fe₂O₃)和磁鐵礦(Fe₃O₄)兩者)。其他熔劑型型砂附加物包括包含氧化鈦(TiO₂)和氧化鋰(Li₂O)的材料，例如鋰輝石。還證明幾種不同熔劑型附加物的組合使用可具有有益的效果。當(dāng)赤鐵礦與其他附加物一起使用時(shí)尤其如此。

現(xiàn)有的型砂附加物類別可以減少鑄件中的毛刺，但是型砂附加物的全部三種類別都具有一些重要的缺點(diǎn)。相比于石英砂，低膨脹骨料趨于昂貴且需要以相對(duì)高水平使用(基于砂大于10％)。有機(jī)緩沖材料傾向于在鑄型或型芯暴露于液體金屬時(shí)增加由鑄型或型芯產(chǎn)生的氣體總量，并且在以高于約1％水平使用時(shí)會(huì)顯著降低鑄型/型芯強(qiáng)度。溶劑型型砂附加物是當(dāng)前最廣泛使用的附加物，但是它們也具有一些缺陷。例如，在以基于砂(BOS)的高于約2wt％下使用氧化鐵時(shí)可引起金屬滲透增加并且在較高水平下使用時(shí)減少鑄型/型芯強(qiáng)度。含氧化鋰的鋰輝石昂貴且通常以較高水平使用，例如基于砂(BOS)的4-8wt％。

發(fā)明概述

本公開內(nèi)容描述了包含骨料和某些碳酸鹽的鑄造用混合物。碳酸鹽可以以基于骨料重量計(jì)少于4.0wt％的量使用，甚至以少于1.0wt％的量使用，以有效減少用鑄造用混合物制造的金屬鑄件的毛刺。還描述了鑄造用混合物經(jīng)溫芯盒(warm-box)、熱芯盒(hot-box)、自硬(no-bake)、和冷芯盒(cold-box)工藝制造鑄造成型件的用途、這些鑄造成型件制造金屬鑄件的用途，以及經(jīng)該工藝制造的金屬鑄件。當(dāng)使用所述鑄造用混合物時(shí)，減少或消除了由用于澆鑄金屬部件之鑄造成型件制造的金屬鑄件中的毛刺。