鑄造用型芯、其制造方法以及使用該型芯的鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鑄造用型芯，其中，在水溶性堿金屬鹽基質(zhì)中分散有平均粒徑為0.8～4mm的堿土金屬氧化物顆粒。上述鑄造用型芯的崩塌性良好，可以用下述方法高效地制造：使粒徑為1～5mm的范圍的堿土金屬氫氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽的熔體中，通過脫水使其轉(zhuǎn)變?yōu)閴A土金屬氧化物顆粒之后，注入到模具中，使其冷卻硬化的方法。
【專利說明】鑄造用型芯、其制造方法以及使用該型芯的鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在壓鑄鑄造等鑄造方法中，高效地制造改善了崩塌性的型芯的技術(shù)以及使用該型芯的鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在壓鑄制法的鑄造中，希望成型具有復(fù)雜的內(nèi)部形狀的鑄造物的情況下使用型芯。作為這種用于壓鑄制法的型芯，開發(fā)了使用鹽類等而形成，在鑄造后使其溶解于水中而從鑄造品去除的水溶性型芯(參照專利文獻(xiàn)I?3)。
[0003]使用上述的水溶性型芯進(jìn)行壓鑄鑄造的情況，特別是在高壓下進(jìn)行壓鑄鑄造的情況下，鑄造時(shí)金屬熔液的速度快、對(duì)水溶性型芯的沖擊力也大，因此對(duì)水溶性型芯要求高強(qiáng)度。所以，雖然能實(shí)現(xiàn)水溶性型芯的高強(qiáng)度化，但若提高水溶性型芯的強(qiáng)度，則從鑄造品去除水溶性型芯時(shí)水溶性型芯的崩塌性惡化。
[0004]所以，為了促進(jìn)以鹽等水溶性成分作為主要成分的水溶性型芯的崩塌，考慮各種方法。提出了例如使用將生石灰(氧化鈣)、氧化鎂等堿土金屬化合物粉末混合于作為主要的型芯成分的堿金屬鹽中的水溶性型芯，在金屬的鑄造后使其與水接觸時(shí)，利用水使堿土金屬化合物粉末膨脹，從而提高水溶性型芯的崩塌性的方法(參照專利文獻(xiàn)4)。然而，根據(jù)本發(fā)明人等的研究，即便通過這樣的堿土金屬化合物的添加也不能得到期望的崩塌性的提高，反而發(fā)現(xiàn)損害型芯的鑄造性(澆鑄成型性)等的不良性。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-131664號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-144460號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2007-296566號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)4:日本特開2006-7234號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]因此，本發(fā)明的主要的目的在于，提供提高了崩塌性的水溶性型芯、其高效的制造法、進(jìn)而使用該型芯的高效的鑄造方法。
[0013]用于解決問題的方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明人等的研究，發(fā)現(xiàn)將以往以粉末狀態(tài)使用的崩塌促進(jìn)劑的堿土金屬氧化物制成增大至恰當(dāng)?shù)牧降牧钗?，使其分散于堿金屬鹽基質(zhì)中，從而利用通過與水的相互作用產(chǎn)生的狀態(tài)變化以及與堿金屬鹽基質(zhì)的相對(duì)的狀態(tài)變化，對(duì)于達(dá)成上述目的是極其有效的。即，本發(fā)明的鑄造用型芯的特征在于，使平均粒徑為0.8?4_的堿土金屬氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽基質(zhì)中而成。
[0015]對(duì)于本發(fā)明人等以上述的目的進(jìn)行研究達(dá)到本發(fā)明的經(jīng)過進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。以往崩塌促進(jìn)劑的堿土金屬氧化物以粉末狀態(tài)添加，理解這是因?yàn)槿魤A金屬鹽基質(zhì)中分散的堿土金屬氧化物為粒狀，則擔(dān)心在與所形成的型芯接觸的金屬熔體硬化時(shí)產(chǎn)生鑄件表面(casting surface)的龜裂缺陷。然而，根據(jù)本發(fā)明人等的試驗(yàn)，作為崩塌促進(jìn)劑而分散的堿土金屬氧化物，平均粒徑(本說明書中，若無特別限定則意味著通過基于沉降法的stokes當(dāng)量直徑(JIS Z8901)而求出的體積平均粒徑)至4mm左右不引起顯著的鑄件表面的龜裂，使該粒徑增大，從而得到以下那樣的作用效果。(I)堿土金屬氧化物顆粒與水接觸時(shí)吸收I分子水而變化為堿土金屬氫氧化物，此時(shí)，比重降低20?50%，隨之粒徑增大8?20%，其對(duì)堿金屬鹽基質(zhì)賦予裂紋，促進(jìn)在該水接觸下的崩塌，該效果隨著粒徑變大而增大。
(2)增大粉末狀態(tài)的堿土金屬氧化物的添加量時(shí)，由于基質(zhì)堿金屬鹽對(duì)熔體的粘度增大導(dǎo)致型芯的鑄造性(澆鑄成型性)降低，但通過進(jìn)行粒狀化從而抑制直接有助于粘度增大的表面積的增大，因此可以不損害鑄造性地提高崩塌性。
[0016]此外，本發(fā)明的鑄造用型芯可以以平均粒徑為0.8?4_的堿土金屬氧化物顆粒作為直接原料來形成，但優(yōu)選將粒徑稍大的堿土金屬氫氧化物作為前體來使用。即，本發(fā)明的鑄造用型芯的制造方法的特征在于，使粒徑為I?5_的范圍的堿土金屬氫氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽的熔體中，通過脫水轉(zhuǎn)變?yōu)閴A土金屬氧化物顆粒之后，注入到模具中，使其冷卻硬化。作為前體的堿土金屬氫氧化物顆粒在比水溶性堿金屬鹽的熔點(diǎn)即約400?1100°C低的350?800°C下失去I分子水并且發(fā)生若干收縮，從而變化為更小粒徑的堿土金屬氧化物顆粒，形成高效的崩塌促進(jìn)劑。不直接使用堿土金屬氧化物顆粒而將堿土金屬氫氧化物作為前體來使用時(shí)，經(jīng)過使用水的硬化/粉碎等，防止崩塌促進(jìn)劑的微粉化并且可以高效地粒狀化。
[0017]此外，本發(fā)明也提供使用上述鑄造用型芯的高效的鑄造方法，更詳細(xì)而言，其特征在于，在配置有上述本發(fā)明的鑄造用型芯的鑄模中注入金屬熔體，進(jìn)行冷卻硬化，將內(nèi)置型芯的金屬鑄造物自鑄模取出，然后，使型芯與水接觸，利用堿土金屬顆粒向堿土金屬氫氧化物顆粒的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的膨脹在水溶性堿金屬鹽中產(chǎn)生龜裂，促使型芯的崩塌以及溶解并除去型芯，回收金屬鑄造物制品。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下，對(duì)于本發(fā)明的鑄造用型芯，主要按照優(yōu)選制造法的本發(fā)明的鑄造用型芯的制造方法的實(shí)施方式依次說明。
[0019](水溶性堿金屬鹽)
[0020]本發(fā)明的鑄造用型芯的主要成分為形成基質(zhì)的水溶性堿金屬鹽。作為其優(yōu)選的具體例子，可列舉出鈉和/或鉀的氯化物、硝酸鹽以及硫酸鹽中的至少一種。這些水溶性堿金屬鹽根據(jù)需要混合二種以上而低熔點(diǎn)化，優(yōu)選制成約400?1000°C的熔點(diǎn)。尤其，作為優(yōu)選的具體例子，可列舉出氯化鈉(熔點(diǎn):約800°C)和氯化鉀(熔點(diǎn):約776°C)的混合物(例如，其約55:45(重量比)(=約0.6:0.4(摩爾比))；混合物的熔點(diǎn)為約672°C )。這些水溶性堿金屬鹽通常以粉粒體形狀供給，由于均被熔融，因此其粒徑?jīng)]有特別限定。
[0021 ](堿土金屬氫氧化物)
[0022]本發(fā)明的鑄造用型芯中，在水溶性堿金屬鹽基質(zhì)中作為崩塌促進(jìn)劑而分散的為堿土金屬氧化物顆粒，但如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法，它們優(yōu)選經(jīng)由堿土金屬氫氧化物顆粒而形成。作為堿土金屬氫氧化物，有鈹(Be)，鎂(Mg)，鈣(Ca)、鍶(Sr)，鋇(Ba)等的氫氧化物，以不具有毒性、化學(xué)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)，優(yōu)選使用氫氧化鎂(Mg(OH)2)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)、氫氧化鋇(Ba(OH)2)。它們分別被加熱至350°C以上、580°C以上以及408°C以上時(shí)，即在具有調(diào)節(jié)為約400?1000°C的熔點(diǎn)的水溶性堿金屬鹽的熔體中，失去I分子水變化為氧化鎂(MgO ;熔點(diǎn):2852°C )、氫氧化鈣(CaO ;熔點(diǎn):2570°C )、氫氧化鋇(BaO ;熔點(diǎn):1918°C )，以各自的顆粒的方式分散。
[0023]這些堿土金屬氫氧化物通常以粒徑為100?200 μ m左右的粉末狀販賣，優(yōu)選以粒徑增大至I?5mm的顆粒的方式供給到本發(fā)明法中。該粒徑增大的方法是任意的，也可以使用通過吹送霧狀的水使具有粘接性的粉末聚集等方法，更優(yōu)選的是，在堿土金屬氫氧化物或者氧化物中加入水，混和直至糊狀，然后，干燥、硬化，適宜地進(jìn)行粉碎之后，進(jìn)行篩選，對(duì)粒徑進(jìn)行調(diào)整的方法，由于能夠得到均勻的粒徑的致密的堿土金屬氫氧化物顆粒且不含微粉，因此優(yōu)選。作為粉碎方式，使用任意的粗粉機(jī)或者中粉機(jī)，簡(jiǎn)便而言即便鐵錘或者木錘也可以容易地粒狀化，微粉的產(chǎn)生也少。篩分通過采取例如基于JIS標(biāo)準(zhǔn)篩(JISZ8801-1982)的Imm網(wǎng)眼篩的篩上物且約5mm網(wǎng)眼篩的篩下物(更具體而言,5.66mm網(wǎng)眼或者4.76mm網(wǎng)眼篩的篩下物)、優(yōu)選為4_篩的篩下物而得到期望的粒徑范圍的堿土金屬氫氧化物顆粒。
[0024]堿土金屬氫氧化物顆粒優(yōu)選以每100重量份水溶性堿金屬鹽為40重量份以下、特別為23?31重量份的比例來使用。過少時(shí)，所得到的型芯的崩塌性促進(jìn)效果缺乏，過多時(shí)，鑄造性惡化。結(jié)果，得到的型芯中分散有與堿土金屬氫氧化物顆粒相比重量減少10%?30% (Ca (OH)2 — CaO的情況減少24%)的堿土金屬氧化物顆粒。
[0025](堿土金屬氧化物以外的耐火物顆粒)
[0026]在本發(fā)明的鑄造用型芯中，可以在上述的堿土金屬氧化物的基礎(chǔ)上，以提高型芯的強(qiáng)度為目的添加硅石、氧化鋁、多鋁紅柱石等堿土金屬氧化物以外的耐火物顆粒。以這樣的目的添加的耐火物顆粒的平均粒徑優(yōu)選為1.0mm以下，其下限優(yōu)選為40 μ m以上。此外，其添加量相對(duì)于每100重量份水溶性堿金屬鹽為50重量份以下、特別優(yōu)選為32?44重量份的范圍。添加超過50重量份時(shí)，鑄造性惡化。
[0027](型芯的制造)
[0028]為了基于本發(fā)明法制造鑄造用型芯，使如上述操作而得到的堿土金屬氫氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽的熔體中，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閴A土金屬氧化物顆粒。為此，將堿土金屬氫氧化物顆粒添加到預(yù)先形成的水溶性堿金屬鹽的熔體中即可，但為了得到更良好的分散狀態(tài)，以粉粒體狀態(tài)混合水溶性堿金屬鹽的粉粒體、由上述而得到的堿土金屬氫氧化物顆粒和根據(jù)需要而加入的其它的耐火物顆粒等添加物，將得到的混合物在爐中加熱，使水溶性堿金屬鹽熔融，形成在其熔體中分散堿土金屬氫氧化物顆粒分散的狀態(tài)，結(jié)果使通過堿土金屬氫氧化物的脫水而形成的堿土金屬氧化物顆粒分散于堿金屬鹽的熔體中即可。如上所述，堿金屬鹽的熔點(diǎn)可以調(diào)節(jié)到約400?1000°C左右，其比通常的堿土金屬氫氧化物的脫水溫度即350?600°C高，因此通?？焖俚匦纬煞稚⒂袎A土金屬氧化物顆粒(以及其它的耐火物顆粒)的堿金屬鹽的熔體。
[0029]接著，將由上述形成的堿金屬鹽的熔體注入到型芯的鑄模中，冷卻硬化后，使其脫模，從而形成包含分散有作為崩塌性促進(jìn)劑的堿土金屬氫氧化物顆粒的水溶性堿金屬鹽的本發(fā)明的型芯。
[0030](鑄造)
[0031]本發(fā)明的型芯如下使用:將其配置到壓鑄鑄造用鑄模中之后，注入金屬熔體，進(jìn)行冷卻硬化將內(nèi)置型芯的金屬鑄造物從鑄模中取出，然后，使型芯與水接觸，利用堿土金屬顆粒向堿土金屬氫氧化物顆粒轉(zhuǎn)變時(shí)所產(chǎn)生的膨脹使水溶性堿金屬鹽產(chǎn)生龜裂，促使型芯的崩塌以及溶解，并除去型芯，由此回收金屬鑄造物制品。本發(fā)明的鑄造用型芯的耐壓性高，因此適于鋁合金、鎂合金、銅合金的加壓鑄造。
[0032]實(shí)施例
[0033]以下，通過預(yù)備實(shí)驗(yàn)例、實(shí)施例、比較例來更具體地說明本發(fā)明。
[0034]《預(yù)備實(shí)驗(yàn)》
[0035][制備型芯]
[0036]制備作為原料包含以下的組成的型芯。
[0037].水溶性堿金屬鹽=NaCl:KC1=6:4 (摩爾比)混合物、(熔點(diǎn)=約672°C ) (NaCl:大?；瘜W(xué)株式會(huì)社、KCl:和光純藥工業(yè)株式會(huì)社制造)100重量份
[0038].堿土金屬氫氧化物:Ca (OH)2粉末(平均粒徑:150 μ m) (Maruai LimeIndustries, C0.，Ltd.，制造)23重量份、31重量份以及38重量份的3級(jí)別
[0039].其它耐火物
[0040]Sera beads (溶點(diǎn)=約 1825°C、粒徑=約 0.2mm ~1.0mm) (NA I GA I C0., Ltd.制造的 “NAIGAI Sera beads60”)21 重量份
[0041]多鋁紅柱石粉末(熔點(diǎn)=約17500C ) (INAGAKI CLAY MINING C0.，LTD.制造的“mullite Flower”)21 重量份
[0042]<制備堿土金屬氫氧化物粉粒體>
[0043].Ca(OH)2粉末(1):直接使用上述Ca(OH)2粉末。
[0044]-Ca(OH)2塊(2):對(duì)上述Ca(OH)2粉末吹送霧狀的水，在粘接性的凝集顆粒中混合其它的原料(NaCl:KC1混合物、Sera beads、多招紅柱石)，從而形成粒徑大致3_的塊狀物。
[0045].Ca (OH) 2塊(3):對(duì)上述Ca (OH) 2粉末吹送霧狀的水，將粘接性的凝集顆粒干燥，形成粒徑大致3mm的Ca(OH)2凝集塊。
[0046]<Ca(0H)2顆粒(4):將在上述Ca(OH)2粉末中加入水、在托盤上混和至糊狀、并用烘箱干燥從而形成的石板狀的Ca(OH)2塊用鐵錘和擂缽進(jìn)行粉碎，得到平均粒徑約為3_的Ca(OH)2 顆粒。
[0047]<制備型芯>
[0048]將由上述而得到的3種(其中，對(duì)于Ca(OH)2快（2），已經(jīng)與所有其它的原料混合完畢)Ca(OH)2粉粒體分別與其它的原料、即NaCl =KCl混合物、Sera beads以及mulliteFlower干式混合，將所得到的各Ca(OH)2配合級(jí)別3種、計(jì)12種的型芯原料分別在740°C的爐中加熱，從而得到分散有Ca(OH)2等的堿金屬熔融鹽，分別澆鑄成型到400°C的型芯成型用模具(SKD61)，硬化后進(jìn)行脫型，得到長(zhǎng)度90mm、截面10mm見方的型芯。
[0049]對(duì)于由上述而得到的12種型芯，分別進(jìn)行以下的評(píng)價(jià)。
[0050](鑄造性)[0051]用目視確認(rèn)將熔融鹽注入到模具時(shí)的熔融鹽的狀態(tài)與注入模具時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)，用以下的基準(zhǔn)評(píng)價(jià)鑄造性。
[0052].A:熔融鹽的粘度非常低，容易注入到模具中。
[0053].B:熔融鹽的粘度沒有問題，能夠鑄造。
[0054].C:熔融鹽的粘度高但能夠鑄造。
[0055].D:熔融鹽的粘度高，不能鑄造。
[0056](崩塌性)
[0057]使型芯浸潰于200ml的水中I小時(shí)，觀察型芯的崩塌狀態(tài)，用以下的基準(zhǔn)評(píng)價(jià)。
[0058].A:崩塌性非常良好，型芯一半崩塌。
[0059].A-:發(fā)現(xiàn)鑄造次品變多的傾向，但能夠鑄造品的崩塌性非常良好，型芯一半崩塌。
[0060].B:從型芯的表面開始崩塌。
[0061].C:在型芯的表面產(chǎn)生小裂紋。
[0062].D:不能鑄造(粘度過高，因此不能鑄造出滿意的型芯。)
[0063]將結(jié)果總結(jié)示于下表1。
[0064]
【權(quán)利要求】
1.一種鑄造用型芯，其是平均粒徑為0.8?4_的堿土金屬氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽基質(zhì)中制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造用型芯，其中，堿土金屬氧化物為鈣、鎂以及鋇中的至少一種的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造用型芯，其中，堿土金屬氧化物為鈣的氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的鑄造用型芯，其中，水溶性堿金屬鹽為鈉和/或鉀的氯化物、硝酸鹽以及硫酸鹽中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造用型芯，其中，水溶性堿金屬鹽為氯化鈉和氯化鉀的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的鑄造用型芯，其中，除了堿土金屬氧化物顆粒外，還分散有堿土金屬氧化物以外的耐火物顆粒。
7.權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的鑄造用型芯的制造方法,其中，使粒徑為I?5mm范圍的堿土金屬氫氧化物顆粒分散于水溶性堿金屬鹽的熔體中，通過脫水使其轉(zhuǎn)變?yōu)閴A土金屬氧化物顆粒之后注入到模具中，使其冷卻硬化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鑄造用型芯的制造方法，其中，對(duì)堿土金屬氫氧化物顆粒和水溶性堿金屬鹽的粉粒體的混合物進(jìn)行加熱，通過使水溶性堿金屬鹽熔融，形成分散有堿土金屬氫氧化物或由其脫水而成的氧化物顆粒的水溶性堿金屬鹽的熔體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的鑄造用型芯的制造方法，其中，粒徑為I?5mm范圍的堿土金屬氫氧化物顆?？赏ㄟ^如下的方法獲得:將水加入堿土金屬氫氧化物或者氧化物中，對(duì)其進(jìn)行混合直至成為糊狀，然后進(jìn)行干燥、硬化，在進(jìn)行適當(dāng)粉碎之后，進(jìn)行篩選，對(duì)粒徑進(jìn)行調(diào)整。
10.一種回收金屬鑄造物制品的鑄造方法，其中，將金屬熔體注入到配置有權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的鑄造用型芯的鑄模中，進(jìn)行冷卻硬化后，從鑄模中將內(nèi)置有型芯的金屬鑄造物取出，然后使型芯與水接觸，利用堿土金屬顆粒向堿土金屬氫氧化物顆粒轉(zhuǎn)變時(shí)所產(chǎn)生的膨脹使水溶性堿金屬鹽產(chǎn)生龜裂，促使型芯的崩塌以及溶解并除去型芯，回收金屬鑄造物制品。
【文檔編號(hào)】B22C9/10GK103889615SQ201280051593
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月19日
【發(fā)明者】小谷堯史, 水村雄一, 鈴木彥太郎, 野村雅也 申請(qǐng)人:鈴木株式會(huì)社