[發(fā)明專利]一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法

有效

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• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107282881B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張守銀;徐志鋒;余歡
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: B22C9/02
• 分類號: B22C9/02;B22C1/18
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 張文

本發(fā)明公開了一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，它通過制備水溶性砂型，澆注后隨即用冷卻水進行沖蝕，獲得較大的冷卻速度；并且對沖蝕方向、速度進行控制，從而使鑄件進行順序凝固，獲得致密、具有細(xì)晶組織的鑄件。該方法完成后，隨著水溶性砂型的潰散，可直接取出鑄件，免去了清砂過程。并且，經(jīng)水沖蝕后的型砂烘干后可以重復(fù)使用，簡化了砂處理的工序。由本發(fā)明具有種能夠提高冷卻速度、獲得鑄件致密、晶粒組織細(xì)小、提升鑄件力學(xué)性能、環(huán)境友好的優(yōu)點，本發(fā)明適用于鑄造鋁合金、變形鋁合金、鎂合金、鑄鋼、鑄鐵合金中小型及大型復(fù)雜鑄件的鑄造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬凝固制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種快速凝固水溶性砂型鑄造工藝方法。

背景技術(shù)

砂型鑄造由于適用性強，所用造型材料價廉、易得等優(yōu)勢，長期以來得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于砂型熱導(dǎo)率低，鑄件的冷卻速度受到限制，導(dǎo)致晶粒組織較為粗大，影響了鑄件的性能。同時，常見的砂型鑄造存在清砂困難、清砂工作條件差、砂的回收再生困難等問題。砂處理與砂再生是鑄造車間的五大工部之一，砂處理的共性問題是粉塵量大、廢棄物排放量大等。普通砂型鑄造，如覆膜砂、水玻璃砂等鑄造工藝，由于砂處理和砂再生帶來的問題增加了砂型鑄造的成本，對環(huán)境也產(chǎn)生了諸多不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高冷卻速度、獲得鑄件致密、晶粒組織細(xì)小、提升鑄件力學(xué)性能、環(huán)境友好的快速凝固水溶性砂型鑄造方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，特征是：

A、以硅砂為原砂，以水玻璃、硫酸鎂為粘結(jié)劑，添加粉煤灰作為固化劑，制備水溶性砂型和砂芯；

B、將制備的水溶性砂型、砂芯采用自硬化或加熱硬化的方式進行固化，使硬化后的水溶性砂型、砂芯具有一定的強度，并具有較好的水溶性；

C、將步驟B中的砂型、砂芯組裝好后，放置陶瓷管澆口杯，將澆包中熔煉好的合金從陶瓷管澆口杯進行澆注，使合金熔體充滿鑄型和澆口杯；

D、澆注后立即用沖蝕設(shè)備中的冷卻水從遠離陶瓷管澆口杯的一端對砂型進行沖蝕，沖蝕過程從遠端向陶瓷管澆口杯以2～10mm/s的速度移動，控制鑄件的順序凝固，使陶瓷管澆口杯中的合金熔體對鑄件進行充分補縮；

E、關(guān)閉冷卻水，取出鑄件；收集經(jīng)沖蝕潰散的型砂并烘干。

硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰的質(zhì)量比為1：0.025：0.005：0.005—1：0.045：0.020：0.020。

冷卻水的水溫為20～90℃。

本發(fā)明的工作原理為：采用水溶性粘結(jié)劑（水玻璃、硫酸鎂）制備的砂型和砂芯，具有一定的強度和良好的潰散性，經(jīng)冷卻水沖蝕容易潰散，從而減少了清砂、砂處理的工序。澆注完成后，鑄件的表面會產(chǎn)生凝殼層，在冷卻水的沖蝕條件下，冷卻水直接與鑄件接觸，消除了普通砂型鑄造鑄件與砂型之間的空氣熱隔，實現(xiàn)了鑄件的快速凝固，在大的過冷度條件下，細(xì)化了鑄件的晶粒組織。本發(fā)明通過冷卻水噴頭從遠端向澆口位置以2～10mm/s的速度移動，鑄件從溫度較低的遠端率先凝固，形成了較大的溫度梯度，實現(xiàn)了鑄件的順序凝固，澆口位置最后凝固；同時，澆口采用陶瓷管澆口杯設(shè)計，且不經(jīng)過水冷沖蝕，澆口杯中的合金熔體在鑄件凝固過程中保持在液態(tài)，可以對鑄件進行充分補縮，所以獲得的鑄件具有良好的致密度。由于鑄件凝固過程中砂型經(jīng)沖蝕后潰散，由于鑄件凝固過程中砂型經(jīng)沖蝕后潰散，消除了鑄件各部分凝固過程中砂型對鑄件產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力和鑄件各部分之間的相互應(yīng)力。鑄件經(jīng)水冷后，相當(dāng)于進行了固溶處理，可直接進行時效處理，從而省去熱處理過程中的固溶處理工序。