[發明專利]一種鑄鋼用可熔性金屬芯及其制備和使用方法

有效

• 申請號: 201310719277.5
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103736933B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 杜占軍
• 申請（專利權）人: 杜占軍
• 主分類號: B22C9/10
• 分類號: B22C9/10;B22C9/12;B22C3/00;C22C21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鑄造用芯，具體地說是一種鑄鋼用可熔性金屬芯及其制備和使用方法，適用于各種鑄造碳鋼和鑄造合金鋼用芯，屬于鑄造用芯領域。

背景技術

現有鑄鋼件的鑄造生產中，一般都是使用砂芯來形成鑄鋼件的內腔，芯的外形與欲形成的內腔形狀相一致。現有鑄鋼用砂芯的材料一般都包括耐火材料、粘結劑。耐火材料以石英砂、鉻鐵礦砂、石灰石砂為主，粘結劑有樹脂、水玻璃、、植物油、糊精等。這種芯的制造方法是將砂和粘結劑混合均勻后，在芯模(也叫芯盒)內成形，固化后獲得一定的強度，其室溫抗拉強度一般只有1-10MPa；其使用方法是，將鑄鋼砂芯預熱或不預熱，放入鑄型內，澆注鋼液待鑄件成形后，將芯破壞，使其流出鑄鋼件的空腔。這些芯的材料一般都不回收，如果回收復用，其成本很高。對于復雜內腔的芯，將其從中清理干凈很困難，經常有沙粒殘留。這種鑄鋼用芯的問題是：

(1)容易出現粘砂缺陷：由于耐火材料的導熱系數小，鋼液接觸砂芯后，砂芯的表面迅速升溫，甚至達到與鋼液相近的高溫。在這種高溫下，耐火材料便發生軟化，出現與鋼件粘連的現象，即粘砂缺陷；

(2)強度低，易損壞：由于粘結力有限，其室溫強度較低，一般只有幾MPa，甚至小于1MPa，在搬運、安裝等過程中容易損壞或出現掉砂現象，增加了鑄鋼件缺陷發生率；

(3)抗金屬液沖刷能力差：一旦有高溫金屬液直接沖刷，就容易被沖跨，出現掉砂或潰散，導致鑄件報廢；

(4)清理和回收困難：由于芯的材料是粘結劑和耐火材料的混合物，即使經過高溫鋼液的作用，也難以完全潰散，不僅清理困難，而且難以回收利用。造成較大的固廢和廢液污染；

(5)污染環境：由于其耐火材料多為高熔點的氧化物，難以降解，排放后形成固廢污染，其粉塵容易導致矽肺病；其中的粘結劑是有機物，燃燒后產生廢氣甚至是有毒氣體，造成廢氣污染

(6)鑄件質量差：由于這種芯的導熱性差，使鑄件的冷卻緩慢，晶粒粗大，性能不高。

發明內容

為了解決上述現有技術中鑄鋼芯的上述強度低、抗金屬液沖刷能力差、難以回收利用、環境污染嚴重的問題，本發明設計了一種鑄鋼用可熔性金屬芯及其制備和使用方法，根據熱傳導原理，利用高強高韌的鋁硅合金來制作鑄鋼用芯，芯材料可以回收利用，制芯成本低，強度高，鑄鋼件質量高。

本發明的技術方案為：

一種鑄鋼用可熔性金屬芯即鑄鋼芯，所述可熔性金屬芯的材料為含硅重量分數0-13％的純鋁或鋁硅合金，根據硅含量不同，所述可熔性金屬芯的熔點為570-660℃。所述可熔性金屬芯優選為含硅重量分數為6-8％的鋁硅合金。

這種芯材料導熱性好，且在熔化時會吸收大量的熱，因此，當液態的鑄鋼材料將鑄鋼芯包裹時，鑄鋼芯便迅速吸收大量的熱，并向芯內部傳遞，因此，芯的溫度雖有所升高，但又不會出現熔化；相應地與芯接觸的鑄鋼材料溫度迅速降低至熔點以下，發生凝固，得到組織細小致密凝固層。

進一步地，所述可熔性金屬芯的形狀與要成形的鑄鋼件內腔形狀相一致，且在所述芯的端部留有芯頭，確保牢固穩定地將鑄鋼芯安裝在鑄型內。

進一步地，所述可熔性金屬芯的橫截面積與包圍該可熔性金屬芯的鑄鋼件的橫截面積之比為0.5-1.5∶1，優選為1∶1。當這一比值小于0.5時，在鑄鋼件凝固前，鑄鋼芯的溫度就會升高至熔點被熔化；當鑄鋼芯的橫截面積與包圍芯的鑄鋼件橫截面積的比大于1.5時，芯的冷卻能力過強，導致鑄鋼件容易出現冷隔或開裂缺陷。

上述鑄鋼用可熔性金屬芯即鑄鋼芯可以采用消失模鑄造方法、金屬型鑄造方法或者其他鑄造方法整體成形，也可以以回收的本發明鑄鋼芯為原料，具體制造方法，包括如下步驟：

(1)鑄造毛坯：將回收的鑄鋼芯置入熔煉爐內，使溫度達到其熔點以上80-120℃的溫度，采用消失模鑄造方法、金屬型鑄造方法或者其他鑄造方法鑄造成形，得到鑄鋼芯毛坯，其中，消失模鑄造方法、金屬型鑄造方法等鑄造成形方法均為常規方法，在此不再贅述；

(2)清理與光整：去除步驟(1)鑄鋼芯毛坯上的澆口和毛刺飛邊，并對其表面進行光潔處理，使其表面光潔度級別比鑄鋼件內腔的表面光潔度高1級；

(3)涂覆涂料：對步驟(2)鑄鋼芯的表面涂覆現有技術中的石英粉或鋯英粉鑄鋼涂料，涂料層厚度為0.1-0.5mm。這層涂料既可起到隔熱作用，又可起到隔離芯與鑄鋼件的作用，防止芯的物質擴散進入鑄鋼件中。

(4)預熱：將步驟(3)涂覆有涂料的鑄鋼用芯加熱至120-350℃保溫20min以上，使鑄鋼芯表面涂料中的水份和揮發物揮發，得到本發明的鑄鋼芯。