專利名稱：鑄造有色金屬用鑄型材料及制型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬鑄造用鑄型材料及制型工藝。特別用于鋁合金或銅合 金的精密鑄造。背最狹術(shù)石膏型熔模精密鑄造是近年國內(nèi)外迅速發(fā)展的一項(xiàng)鑄造技術(shù)，利用合適組 分的石膏漿料復(fù)型能力及尺寸穩(wěn)定性好、充型簡(jiǎn)便、設(shè)備相對(duì)投資較少的特點(diǎn)， 可在鋁、銅等中、低熔點(diǎn)合金的精密鑄造中替代傳統(tǒng)的砂型造型材料，鑄造出其它方法難以成型的薄壁、整體、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和無余量鋁合金精鑄件,尤其與RP 技術(shù)結(jié)合，可以通常在一周內(nèi)快速完成新產(chǎn)品的金屬樣件制作。石膏型熔模精密鑄造過程通常由選取鑄粉組分、混合、制漿、灌漿、石膏 型焙燒、澆鑄金屬等工藝步驟組成。而鑄粉是石膏型熔模精密鑄造的關(guān)鍵材料， 不同鑄粉組分的構(gòu)成決定了石膏鑄模的工藝性能和使用性能。通常為了克服焙 燒時(shí)的強(qiáng)烈收縮，保證石膏型尺寸的穩(wěn)定性和耐熱性，在鑄粉中大量加入石英 石材料或鋯石粉和莫來石等耐火材料。但耐火材料大量加入的副作用是，不僅 使干強(qiáng)度降低，而且大幅度降低石膏鑄型的導(dǎo)熱能力，使焙燒過程只能及其緩 慢的進(jìn)行，否則極容易因熱應(yīng)力和材料組織應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。中國專利申請(qǐng)?zhí)?0119619. 7給出的鑄粉配方為a —半水石膏粉28 38%、 方石英粉0 29%、石英粉30 70%、添加劑A 0.3 0.8%、添加劑B 0. 8 1.2%、添加劑C 0.9 1. 1%、水為鑄粉總量的37 40%。鑄粉有較好濕態(tài)和 干態(tài)強(qiáng)度。但僅用于鑄造低熔點(diǎn)K金及合金。經(jīng)試驗(yàn)，從常溫到70(TC的焙燒時(shí) 間約為72小時(shí)，焙燒后石膏型的收縮率0.9%。由顏永年、單忠德主編《快速成形與鑄造技術(shù)》書中第120頁給出鑄粉配 方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為300目鋯石粉25%、 270目莫來石20%、 200目莫來石25%、石膏30%、玻璃纖維0.2%;水固比55: ioo,水硅溶膠為5 : i。用于精密鑄造鋁合金或銅合金鑄件。但經(jīng)過試驗(yàn)，從常溫到700'C的焙燒時(shí)間約為 96小時(shí)，焙燒后石膏型的收縮率大于1%。中國專利申請(qǐng)?zhí)?00510088358. 5給出一種精密鑄造用石英粉的制備方法，配方為石英粉+高溫石英粉50.9% 99.9%，固體粘結(jié)劑0. 1 17%，高溫 穩(wěn)定劑0 18%，消泡劑0 5%，凝結(jié)劑0 13%。可用于貴金屬、不銹鋼等高 熔點(diǎn)金屬或合金的鑄造。類似的還有中國專利申請(qǐng)?zhí)?00710052378.6，中國 專利申請(qǐng)?zhí)?00510019444.0。這三個(gè)專利不屬于石膏鑄粉類，用于鋁合金和銅 合金的生產(chǎn)成本較高。目前用于鋁合金和銅合金鑄造的石膏鑄粉種類雖然較多，但在使用過程中 均有以下不足由于石膏型導(dǎo)熱能力差，焙燒時(shí)間太長，約為72 96小時(shí)，耗 能耗時(shí)；因石膏組分的收縮大而使鑄型尺寸不易精確控制；焙燒或澆鑄合金時(shí) 裂紋傾向嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鑄造有色金屬用鑄 型材料及制型工藝，以大幅提高該鑄型熱傳導(dǎo)能力，縮短焙燒時(shí)間，提高鑄型 尺寸穩(wěn)定性，能同時(shí)用于澆鑄不同有色金屬，減少鑄型的熱裂傾向。 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 該鑄型材料包括以下組分及其重量百分比a—半水石膏粉 20 35%, 石英粉 3.2 10%, 鋁砜土 50 60%， 滑石粉 4 10%， 石墨粉 1.5 5%, 玻璃纖維 0. 1 0.3%;其中石英粉的粒度為200 500目，鋁礬土的粒度為K)0 600目，滑石粉的粒 度為350 500目，玻璃纖維的長度和直徑分別為10 15mm和0.024± 0麓mm;a—半水石膏粉、石英粉、鋁礬土、滑石粉、石墨粉和玻璃纖維均為市售產(chǎn)品。各組分的作用是a—半水石膏粉通過水化后結(jié)晶使二水石膏硬化，給予鑄型一定強(qiáng)度、硬 度和形狀；石英粉石英粉在573""C時(shí)由p相轉(zhuǎn)變?yōu)閍相時(shí)，體積膨脹0.82%，方石英粉在180 27(TC時(shí)由p相轉(zhuǎn)變?yōu)閍相時(shí)，體積膨脹約2.8%。而a石膏在低于 180。C時(shí)發(fā)生膨脹，在180 230。C由2水石膏向半水石膏和無水石膏轉(zhuǎn)變，發(fā)生 收縮約2.4%。 40(TC時(shí)，(x石膏由三斜晶體轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄w，體積又會(huì)發(fā)生較大 收縮。因此加入石英粉在理論上可以大部分抵消此時(shí)石膏的熱收縮，達(dá)到控制 鑄型的尺寸穩(wěn)定性和提高抗熱裂能力目的。但由于石英材料和石膏晶型轉(zhuǎn)變的 溫度存在差異，使線膨脹率隨溫度的變化呈現(xiàn)波動(dòng)。見附圖l， <180°0時(shí)，石膏 和石英都膨脹，但隨溫度升高，鑄型水分蒸發(fā)而逐漸收縮。180 23(TC區(qū)間， 石英膨脹而石膏收縮，疊加效果為收縮。230 40(TC區(qū)間疊加效果表現(xiàn)為膨脹， 超過40(TC表現(xiàn)為收縮加大。線膨脹率波動(dòng)越大，鑄型材料內(nèi)的組織應(yīng)力越復(fù)雜， 即裂紋傾向越大。見附圖1中，實(shí)線1是鑄粉含45%鋁礬土的鑄型線膨脹率，虛線2是鑄粉 含45%石英粉的鑄型線膨脹率，其它組分相同。比較實(shí)線1和虛線2的波動(dòng)幅 度可以得出鋁礬土比石英粉對(duì)鑄型的尺寸穩(wěn)定性和降低裂紋傾向更為有利， 因此本發(fā)明根據(jù)附圖1的試驗(yàn)結(jié)果，采用鋁礬土代替了大部分石英粉。鋁砜土作為耐火材料加入以提高鑄型的耐高溫能力和抗熱沖擊能力，用 該配方制成的鑄型既適合于澆鑄鋁合金鑄件，同時(shí)又適合于澆鑄銅合金鑄件。 同時(shí)鋁磯土在干燥后的鑄型焙燒溫度區(qū)間(室溫 90(TC)自身具備良好的尺寸 穩(wěn)定性，在焙燒過程中，較大量的鋁礬土粉的存在阻滯了二水石膏向無水石膏轉(zhuǎn) 變時(shí)的收縮而導(dǎo)致的整體鑄型收縮，附圖1中的實(shí)線(線膨脹率變化線)波動(dòng) 趨于相對(duì)平緩，幅度減小，因此保持了鑄型尺寸的穩(wěn)定性；滑石粉滑石粉向石膏漿液中引入了大量Ca2+，用于降低石膏(CaS04) 在水中的過飽和度，減緩半水石膏向二水石膏的轉(zhuǎn)變速率。因此可以延長石膏 的初凝點(diǎn)，改善石膏漿料流動(dòng)性，提高材料的充型能力和鑄型的表面質(zhì)量；石墨粉利用石墨良好的熱導(dǎo)性，用于提高鑄型焙燒時(shí)的傳熱能力。鋁礬 土、石膏、石英粉均是熱導(dǎo)性極差材料，焙燒時(shí)鑄型由表及里的傳熱達(dá)至鑄型 均溫，需要耗費(fèi)大量能源長時(shí)緩慢加熱保溫。如果加熱過快，即會(huì)因?yàn)殍T型各 部位厚薄不均或表、里溫差加大形成的熱應(yīng)力，超過鑄型強(qiáng)度產(chǎn)生裂紋；也可 以因溫差過大，使鑄型各部位厚薄不均或表、里的材料在特定溫度下的晶型轉(zhuǎn) 變不同步而形成過大的組織應(yīng)力，導(dǎo)致鑄型產(chǎn)生裂紋。因此，加入石墨粉后大 幅提高了鑄型的傳熱能力，加快了鑄型各部位或表、里材料的均溫過程，加入 石墨粉后，能大幅度地縮短鑄型焙燒時(shí)間。所以，加入石墨粉后不僅能提高制型效率、節(jié)約能源，還可以降低鑄型的熱裂傾向；玻璃纖維用于改善鑄型抗熱裂性能和降低裂紋的擴(kuò)展傾向； 硅溶膠用于適當(dāng)延長石膏漿料的初凝點(diǎn)和提高鑄型濕、干強(qiáng)度。 鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝1、 按其組分及重量百分比配鑄型材料，2、 將配后鑄型材料混勻，3、 配硅溶膠溶液按硅溶膠10 16%和水90 84%混合制成；4、 制漿將鑄型材料重量的38 46%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混勻后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌3 5分鐘；5、 制成鑄型將制漿制成鑄型并自然干燥，6、 焙燒將制型干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IO(TC，保溫7 10小 時(shí)后；加熱到18(TC,保溫4 5小時(shí)后；加熱到24(TC，保溫6 8小時(shí)后；加 熱到32(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到40(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC:保溫5 7小時(shí)后；加熱到600'C，保溫5小時(shí)后；加熱到70(TC:保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至30(TC 40(rC，澆鑄熔煉后的有色金屬。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1. 本發(fā)明能大幅縮短鑄型焙燒時(shí)間，提高了制型效率、節(jié)約能源、縮短鑄型焙燒時(shí)間1/3 1/2，降低成本。2. 本發(fā)明提高了耐熱性，熱裂傾向小，能同時(shí)用于澆鑄不同有色金屬，如 鋁合金和銅合金。3. 本發(fā)明鑄型尺寸穩(wěn)定性好，能較精確保證澆鑄有色金屬零件的幾何尺寸。


附圖l:線膨脹率隨溫度的變化曲線圖。其中，實(shí)線l:鋁礬土為45%的鑄 型材料的線膨脹率隨溫度的變化曲線，虛線2:石英粉為45%的鑄型材料的線 膨脹率隨溫度的變化曲線；縱坐標(biāo)線膨脹率，橫坐標(biāo)溫度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l鑄造鋁合金用鑄型材料及制型工藝。鑄造鋁合金用的鑄型材料包括以下組分及其重量百分比a—半水石膏粉 35%,石英粉 3.2%，鋁磯土 50%，滑石粉 10%，石墨粉 1.5%,玻璃纖維 0.3%。 鑄造鋁合金用鑄型的制型工藝1、 配硅溶膠溶液按市售硅溶膠10%和自來水90%混合制成；2、 制漿將鑄型材料重量的38%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混合后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌3分鐘；3、 焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IOO'C，保溫10小時(shí)后；加熱到18(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到240。C,保溫8小時(shí)后；加熱到320。C，保溫5小時(shí)后；加熱到400'C，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC:保溫7小時(shí)后；加熱到60(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到70(TC:保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至400 'C，澆鑄熔煉后的鋁合金；其余步驟與實(shí)施例l相同。實(shí)驗(yàn)表明鑄型焙燒時(shí)間縮短為50小時(shí)，70(TC焙燒冷卻室溫檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)試 樣收縮率0.82，無裂紋，澆鑄鋁合金鑄件尺寸穩(wěn)定、表面質(zhì)量好。 實(shí)施例2鑄造銅合金用鑄型材料及制型工藝 鑄造銅合金用的鑄型材料包括以下組分及其重量百分比-a—半水石膏粉 20.7%，石英粉 10%，鋁砜土 60%,滑石粉 4%，石墨粉 5%，玻璃纖維 0.3°%。鑄造銅合金用鑄型的制型工藝1、 配硅溶膠溶液按市售硅溶膠15%和自來水85%混合制成；2、 制漿先將鑄型材料重量的45%的硅溶膠溶液置于制槳機(jī)內(nèi)，再將混合后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌5分鐘；3、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IO(TC，保溫7小時(shí)后；加熱到180'C，保溫4小時(shí)后；加熱到24(TC，保溫6小時(shí)后；加熱到32(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到400'C，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC:保溫5小時(shí)后；加熱到60(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到700'C:保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至300。C， 澆鑄熔煉后的的銅合金；其余步驟與實(shí)施例l相同。 實(shí)驗(yàn)表明鑄型焙燒時(shí)間縮短為42小時(shí)，700'C焙燒冷卻室溫檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)試 樣收縮率0.62 0.68，無裂紋，澆鑄銅合金鑄件尺寸穩(wěn)定、表面質(zhì)量好。 實(shí)施例3鑄造鋁合金或銅合金用鑄型材料及制型工藝 鑄造鋁合金或銅合金用的鑄型材料包括以下組分及其重量百分比a—半水石膏粉 30%，石英粉 4.8%，鋁砜土 55%，滑石粉 7%，石墨粉 3。％，玻璃纖維 0.2%。鑄造鋁合金或銅合金用鑄型的制型工藝1、 配硅溶膠溶液按市售硅溶膠13%和自來水87%混合制成；2、 制漿先將鑄型材料重量的42%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混合后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌4分鐘；3、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IOO'C，保溫8小時(shí)后；加熱到180。C，保溫4.5小時(shí)后；加熱到240。C，保溫7小時(shí)后；加熱到320。C， 保溫5小時(shí)后；加熱到400。C，保溫5小時(shí)后；加熱到500。C，保溫6小時(shí)后； 加熱到600。C，保溫5小時(shí)后；加熱到700。C，保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至350 °C,澆鑄熔煉后的鋁合金或銅合金； 其余步驟與實(shí)施例l相同。 實(shí)驗(yàn)表明鑄型焙燒時(shí)間縮短為50小時(shí)，70(TC焙燒冷卻室溫檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)試 樣收縮率約0.68，無裂紋，澆鑄鋁合金或銅合金鑄件尺寸穩(wěn)定、表面質(zhì)量好。
權(quán)利要求
1、一種鑄造有色金屬用鑄型材料，其特征在于該鑄型材料包括以下組分及其重量百分比α-半水石膏粉20～35％，石英粉 3.2～10％，鋁礬土 50～60％，滑石粉 4～10％，石墨粉 1.5～5％，玻璃纖維 0.1～0.3％，其中石英粉的粒度為200～500目，鋁礬土的粒度為100～600目，滑石粉的粒度為350～500目，玻璃纖維的長度和直徑分別為10～15mm和0.024±0.002mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特征在于鑄造鋁合金用鑄型材料包括以下組分及其重量百分比(x—半水石膏粉 35%，石英粉 3.2%,鋁礬土 50%，滑石粉 10%，石墨粉 1.5。％，玻璃纖維 0.3%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特征在于鑄造銅合金用鑄型材料包括以下組分及其重量百分比-a—半水石膏粉 20.7%，石英粉 10%，鋁礬土 60%,滑石粉 4%,石墨粉 5%，玻璃纖維 0.3%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特征在于鑄造鋁合金或銅合金用鑄型材料包括以下組分及其重量百分比:(X —半水石膏粉 30%，石英粉 4.8%，鋁砜土 55%，滑石粉 7%，石墨粉 3%,玻璃纖維 0.2%。
5、 一種鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特征在于(1) 、按其組分及重量百分比配鑄型材料；(2) 、將配后鑄型材料混勻；(3) 、配制硅溶膠溶液按硅溶膠10 16%和水84 卯％混合制成；(4) 、制漿將鑄型材料重量的38 46%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混勻后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌3 5分鐘；(5) 、制成鑄型將制漿制成鑄型并自然干燥；(6) 、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IO(TC，保溫7 10小時(shí)后；加熱到18(TC，保溫4 5小時(shí)后；加熱到240。C，保溫6 8小時(shí)后；加熱到320 °C，保溫5小時(shí)后；加熱到400。C，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC:保溫5 7 小時(shí)后；加熱到60(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到70(TC:保溫5小時(shí)后；隨爐冷 卻至30(TC 40(TC，澆鑄熔煉后的有色金屬。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特征在于鑄造鋁合金用鑄型的制型工藝-(1) 、配硅溶膠溶液按硅溶膠10%和自來水90%混合制成；(2) 、制槳將鑄型材料重量的38%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混合后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌3分鐘；(3) 、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到10(TC，保溫10小時(shí)后； 加熱到180。C，保溫5小時(shí)后；加熱到240。C，保溫8小時(shí)后；加熱到320。C， 保溫5小時(shí)后；加熱到400'C，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC，保溫7小時(shí)后； 加熱到600。C，保溫5小時(shí)后；加熱到700。C，保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至300 'C，澆鑄熔煉后的鋁合金。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特征在于鑄造銅合金用鑄型的制型工藝(1) 、配硅溶膠溶液按硅溶膠15%和自來水85%混合制成；(2) 、制漿將鑄型材料重量的45%的硅溶膠溶液置于制漿機(jī)內(nèi)，再將混合 后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌3分鐘；(3) 、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IO(TC，保溫7小時(shí)后；加熱到180。C,保溫4小時(shí)后；加熱到240。C，保溫6小時(shí)后；加熱到32(TC， 保溫5小時(shí)后；加熱到400'C，保溫5小時(shí)后；加熱到50(TC，保溫5小時(shí)后； 加熱到600'C，保溫5小時(shí)后；加熱到700。C，保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至300 °C,澆鑄熔煉后的的銅合金。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特征在于鑄造鋁合金或銅合金用鑄型的制型工藝(1) 、配硅溶膠溶液按硅溶膠13%和自來水87%混合制成；(2) 、制漿將鑄型材料重量的42%的硅溶膠溶液置于真空制漿機(jī)內(nèi)，再將混合后的鑄型材料置于硅溶膠溶液中，攪拌4分鐘；(3) 、焙燒將干燥后的鑄型置于加熱爐內(nèi)加熱到IOO'C，保溫8小時(shí)后；加熱到180"C，保溫4. 5小時(shí)后；加熱到240'C，保溫7小時(shí)后；加熱到320"C, 保溫5小時(shí)后；加熱到40(TC，保溫5小時(shí)后；加熱到500'C，保溫6小時(shí)后； 加熱到600。C，保溫5小時(shí)后；加熱到700'C，保溫5小時(shí)后；隨爐冷卻至350 °C,澆鑄熔煉后的鋁合金或銅合金。
全文摘要
一種鑄造有色金屬用鑄型材料及制型工藝涉及有色金屬鑄造用鑄型材料及制型工藝，特別用于鋁合金或銅合金的精密鑄造。該鑄型材料包括α-半水石膏粉20～35％，石英粉3.2～10％，鋁礬土50～60％，滑石粉4～10％，石墨粉1.5～5％，玻璃纖維0.1～0.3％；該制型工藝包括配料、混料、配硅溶膠溶液、制漿、制成鑄型并干燥和焙燒鑄型。本發(fā)明能大幅縮短鑄型焙燒時(shí)間，提高了制型效率、節(jié)約能源、縮短鑄型焙燒時(shí)間1/3～1/2；提高了耐熱性，熱裂傾向小，能同時(shí)用于澆鑄不同有色金屬；鑄型尺寸穩(wěn)定性好，能較精確保證澆鑄有色金屬零件的幾何尺寸。
文檔編號(hào)B22C1/00GK101259514SQ20081006958
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者今 于, 劉天模, 吳先哲, 唐華林, 丹 成, 飛 朱, 濤 江, 樂 肖 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)