一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法與流程

本發明涉及金屬凝固制造領域，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：

砂型鑄造由于適用性強，所用造型材料價廉、易得等優勢，長期以來得到了廣泛的應用。然而，由于砂型熱導率低，鑄件的冷卻速度受到限制，導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，對環境也產生了諸多不利的影響。

技術實現要素：

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

本發明的目的是這樣實現的：

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、關閉冷卻水，取出鑄件；收集經沖蝕潰散的型砂并烘干。

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

冷卻水的水溫為20～90℃。

本發明的工作原理為：采用水溶性粘結劑（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，實現了鑄件的快速凝固，在大的過冷度條件下，細化了鑄件的晶粒組織。本發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計，且不經過水冷沖蝕，澆口杯中的合金熔體在鑄件凝固過程中保持在液態，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沖蝕后潰散，由于鑄件凝固過程中砂型經沖蝕后潰散，消除了鑄件各部分凝固過程中砂型對鑄件產生的鑄造應力和鑄件各部分之間的相互應力。鑄件經水冷后，相當于進行了固溶處理，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。

本發明通過制備水溶性砂型，澆注后隨即用冷卻水進行沖蝕冷卻，提高鑄件的冷卻速度；并且沖蝕方向、速度可以控制，從而使鑄件進行順序凝固，獲得致密、具有細晶組織的鑄件。該方法完成后，由于水溶性砂具有優異的潰散性，隨著水溶性砂型的潰散，鑄件可以免去清砂過程。并且，經水沖蝕后的型砂烘干后可以重復使用，減少了砂處理的工序，避免了鑄件清砂的問題。同時，由于鑄件凝固過程中砂型經沖蝕后潰散，消除了凝固過程中砂型對鑄件產生的鑄造應力以及鑄件各部分之間的相互應力。鑄件經水冷后，相當于進行了固溶處理，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。

因此，本發明具有能夠提高冷卻速度、獲得鑄件致密、晶粒組織細小、提升鑄件力學性能、環境友好的優點，本發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雜鑄件的鑄造。

附圖說明

圖1為該發明的設備示意圖，其中：1—澆包；2—陶瓷管澆口杯；3—上型；4—下型；5—鑄件型腔；6—沖蝕設備；

圖2為zl114a合金鑄件斷面圖，其中：（a）普通砂型鑄造；（b）水溶性砂型鑄造；

圖3為zl114a合金鑄件微觀組織圖，其中：（a）普通砂型鑄造；（b）水溶性砂型鑄造。

具體實施方式

下面結合實施例并對照附圖對本發明作進一步闡述。

實施例1：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質量比為1：0.025：0.005：0.005進行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將鑄造鋁合金zl114a熔煉后，轉移至澆包，在700℃進行澆注；

4、開冷卻水，沖蝕設備以2mm/s速度實現從離陶瓷管澆口杯遠端向陶瓷管澆口杯移動，使砂型潰散，實現鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復使用。

實施例2：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質量比為1：0.030：0.010：0.010進行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將變形鋁合金7075熔煉后，轉移至澆包，在710℃進行澆注；

4、開冷卻水，沖蝕設備以8mm/s速度實現從離陶瓷管澆口杯遠端向陶瓷管澆口杯移動，使砂型潰散，實現鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復使用。

實施例3：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質量比為1：0.035：0.015：0.015進行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將鎂合金az91d熔煉后，轉移至澆包，在700℃進行澆注；

4、開冷卻水，沖蝕設備以10mm/s速度實現從離陶瓷管澆口杯遠端向陶瓷管澆口杯移動，使砂型潰散，實現鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復使用。

實施例4：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質量比為1：0.045：0.020：0.020進行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將zg45合金熔煉后，轉移至澆包，在1440℃進行澆注；

4、開冷卻水，沖蝕設備以4mm/s速度實現從離陶瓷管澆口杯遠端向陶瓷管澆口杯移動，使砂型潰散，實現鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復使用。

實施例5：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質量比為1：0.030：0.020：0.020進行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將ht250合金熔煉后，轉移至澆包，在1400℃進行澆注；

4、開冷卻水，沖蝕設備以6mm/s速度實現從離陶瓷管澆口杯遠端向陶瓷管澆口杯移動，使砂型潰散，實現鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復使用。