專利名稱：氣化模鑄造低碳鋼的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬鑄造的工藝方法，尤其涉及黑色金屬及低碳鋼的鑄造工藝方法。
鑄鐵尤其是球墨鑄鐵雖然具有良好的性能，但在耐壓等性能上遠(yuǎn)不及鑄鋼，鑄鋼件在許多應(yīng)用上性能更優(yōu)。用氣化模鑄造的工藝方法是鑄造上的一件新工藝，鑄鋼件也能夠生產(chǎn)，鑄鋼件尤其是低碳鋼在很多場(chǎng)合有優(yōu)化的應(yīng)用，低碳鑄鋼合金有多種組分，如CN85105274給出一種稀土鉻錳硅鉬耐磨鑄鋼及其生產(chǎn)工藝，是由碳、鉻、錳、硅、鉬、稀土元素構(gòu)成。CN85105281給出一種稀土錳硅鉬鈦硼耐磨鑄鋼，由碳、錳、硅、鈦、鉬、硼，稀土元素構(gòu)成。CN85105282給出一種稀土鉻錳硅鉬鈦硼耐磨鑄鋼，由碳、鉻、錳、硅、鉬、鈦、硼和稀土元素構(gòu)成。CN87106700給出稀土鈣高強(qiáng)韌鑄鋼。再如CN92105228給出的一種含稀土的抗磨損抗腐蝕抗氣蝕的鑄鋼。CN93103220給出稀土多元超高溫耐硫抗磨鋼。
但上述鑄鋼及其合金在成本和工藝上均太高或過(guò)于復(fù)雜，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高，一般沒(méi)有最大的適應(yīng)和應(yīng)用面。
氣化模鑄造的工藝方法在生產(chǎn)異型鑄件具有特殊的優(yōu)點(diǎn)工藝工序少、鑄件精度高、最后工序的加工量減少、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)、尤其是能生產(chǎn)出形狀或結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件----用一般鑄造工藝無(wú)法生產(chǎn)符合要求的鑄件。但是在氣化模的鑄造工藝中，先以高分子材料制成的模型，然后再以鑄鋼用的耐火材料型砂。
氣化模鑄造(亦稱實(shí)型鑄造)的工藝方法已經(jīng)過(guò)了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，鑄鋼件也能夠生產(chǎn)，如蘇聯(lián)專利SU1210952、1234038、1444067、4805737、1616758、RU2029653涉及到氣化模工藝的基本過(guò)程、澆注時(shí)間的控制、真空澆注工藝、V型澆注和澆注的自動(dòng)工藝設(shè)備等，歐洲專利EP396483、152754和英國(guó)專利GB2282554給出了精密高分子材料造型后夯實(shí)無(wú)粘結(jié)型砂和高溫澆注時(shí)使高分子型模氣化和碳化，于是在型腔里鑄件生成，還涉及具體工藝和型砂及其樹(shù)脂等。美國(guó)專利US4448235給出了用于實(shí)型鑄造的可變透氣性及模型涂料的制作，US4451529給出了涂層聚苯乙烯泡沫及其生產(chǎn)成分和工藝等等。
但現(xiàn)有技術(shù)還未能給出低碳鋼的鑄造工藝方法，亦未見(jiàn)有用實(shí)型鑄造生產(chǎn)低碳鋼鑄件產(chǎn)品。原因要于高分子材料制成的模型為含碳量較高的物質(zhì)，尤其是用工藝性能好且價(jià)格便宜的EPS或其共聚物(可發(fā)性聚苯乙烯)來(lái)生產(chǎn)低碳鑄鋼更為困難，因?yàn)樵阼T造過(guò)程中增碳量極難控制，雖然有過(guò)用較昂貴的高分子材料來(lái)進(jìn)行實(shí)型鑄造增碳量小的報(bào)道，并可望用于鑄鋼，但還未見(jiàn)工藝上的報(bào)道。
在生產(chǎn)高磅級(jí)高耐壓的泵體、閥門殼體時(shí)，一般鑄鐵很難達(dá)到耐壓要求，如欲在尺寸精度高、表面光潔、以及成本諸方面都能滿足要求，用任何其它工藝方法也是很困難的，例如用熔模鑄造一般只能鑄造5.0MPa(300磅級(jí))壓力的鑄件，用砂型鑄造表面粗糙、尺寸精度不能達(dá)到要求。
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用面廣的低碳鋼鑄鋼及其合金，在成本和工藝上有優(yōu)化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能制成多種用途的鑄鋼件，尤其是低碳鋼及其合金的鑄鋼件。
本發(fā)明的目的還在于提供一種低碳鋼及其合金的鑄造工藝方法，克服現(xiàn)有的工藝條件無(wú)法生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件或生產(chǎn)成本太高的不足，用以生產(chǎn)出更高質(zhì)量和性能的低碳鋼鑄鋼件。
本發(fā)明的目的還在于用本發(fā)明低碳鋼鑄造工藝方法生產(chǎn)各種鑄鋼件，尤其是高磅級(jí)高耐壓的低碳鋼鑄鋼泵體、閥門殼體，這些鑄鋼件還能達(dá)到尺寸精度高、表面光潔、以及成本明顯降低的要求。本發(fā)明的其它發(fā)明目的在說(shuō)明書(shū)中還有給出。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的首先制作泡沫聚苯乙烯模型，在模型上涂以鑄鋼涂料并烘干后，然后用鑄鋼型砂復(fù)蓋和填實(shí)模型，組合澆注系統(tǒng)，其特征是內(nèi)澆口設(shè)在模型的底中部，冒口設(shè)于模型的中上部，鑄鋼的澆注溫度為1550-1600℃，工藝出品率(亦稱實(shí)收率)取35-63％，模型的密度取0.014-0.030Kg/l。
本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.02～0.25％，另可添加其它元素成分如Mn、MO、Ti、Cr、Ni、V等，其余為Fe。通過(guò)添加其它金屬元素使鑄鋼成為合金鋼，提高抗壓和拉伸強(qiáng)度的指標(biāo)。
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)由于模型可以在金屬模內(nèi)發(fā)泡制作，因此鑄件的的尺寸精度高，表面光潔，造型簡(jiǎn)便，便于大批量生產(chǎn)，降低了成本，尤其是能大量生產(chǎn)異型和復(fù)雜造型結(jié)構(gòu)的鑄鋼件，如薄壁狀泵和閥門殼體，所制成的泵和閥門能經(jīng)受更大的壓力。還有清砂和后處理的成本較任何其它鑄造工藝簡(jiǎn)單和便宜，此外，考慮到可以使用無(wú)粘結(jié)干砂造型，造型和清砂簡(jiǎn)單，型砂材料可以反復(fù)使用。
利用本發(fā)明能制造低碳鋼鑄件，尤其是利用低成本的可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)作為模型，大量生產(chǎn)的成本低，鑄鋼的含碳量可以控制在0.25％以下，增碳量可以控制在0.02-0.06％的范圍，由于低碳鋼鑄鋼制品的物理性質(zhì)更適于用在常用機(jī)械、汽車、電器的結(jié)構(gòu)件上，因此用途更為廣泛，即使有過(guò)用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可以減低增碳量的報(bào)道，本發(fā)明仍然具有很突出的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)用價(jià)值。
利用本發(fā)明能制造低碳鋼合金的材料及其鑄件，尤其是利用低成本的可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)作為模型來(lái)生產(chǎn)使鑄鋼的性能指標(biāo)進(jìn)一步延伸，添加其它合金元素在抗壓和拉伸強(qiáng)度升高，耐磨耐溫性能變好，這些并沒(méi)有超出本實(shí)用新型的范圍。
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明采用發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)作為鑄造用模型的實(shí)型鑄造工藝成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件.EPS一般是在金屬模具中成型的。這種成型是在成型機(jī)內(nèi)進(jìn)行，EPS珠粒的尺寸為30-70目，成型前先去除EPS珠粒中的水分，使泡沫珠粒的內(nèi)壓均衡，增強(qiáng)其發(fā)泡能力，經(jīng)熟化干燥后，充填入所需形狀和尺寸的模具(一般為鋁合金金屬模具)，并將其發(fā)泡到30-50倍，達(dá)到EPS模型密度的使用范圍，一般控制在0.014-0.03Kg/l較好。發(fā)泡溫度130-145℃，蒸汽壓力為1-2kg/cm2，發(fā)泡的倍率愈高對(duì)增碳量和殘?jiān)鼏?wèn)題愈有利，但容易使模型產(chǎn)生變形和不平整、不光潔。
然后在模型上復(fù)蓋鑄鋼涂料和型砂，現(xiàn)有的鑄鋼涂料有多種選擇，如水基和醇基(如以甲醇為溶劑)涂料，但以水基涂料更為經(jīng)濟(jì)，如長(zhǎng)春產(chǎn)SG-1、SG-2號(hào)涂料，要求透氣性好，強(qiáng)度高，與泡沫EPS的粘附性能好，干燥速度快、不龜裂，能形成厚的復(fù)蓋層，鑄鋼型砂用的耐火材料有石英砂、氧化鋁、鋯英砂或其混和砂，型砂的粘結(jié)樹(shù)脂為松香、醋酸聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或其混和物等等，與常規(guī)鑄鋼所用的粘接劑類同。
在模型上型砂采用干砂也具有很好的效果，干砂選用石英砂、氧化鋁砂等，與粘結(jié)砂填實(shí)的工藝相同，干砂造型時(shí)一般采用三維震動(dòng)，使型砂緊實(shí)。
澆口和冒口的設(shè)計(jì)十分重要，澆口設(shè)在模型的底部或中部，也可以是階梯澆口，冒口主要設(shè)于模型的中上部，冒口有多個(gè)，視鑄鋼件的體積和重量以及鑄件的形狀而定，一般需要比較均勻的1-6個(gè)冒口，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)跐沧r(shí)迅速冒出，迅速降低澆注時(shí)的壓力，鑄鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1600℃，工藝出品率取35-63％，工藝出品率的取值主要由鑄鋼件的體積和重量以及鑄件的形狀而定，質(zhì)量大的且厚型鑄件(100KG以上)工藝出品率取46-62％。而質(zhì)量小且為薄型鑄件(100KG以下)的工藝出口率取38-55％較好。真空澆注亦是常采用的工藝，真空澆注使表面質(zhì)量更好，抽真空至0.02-0.06MPa。經(jīng)組型后澆注。本發(fā)明尤其用于澆注含碳0.25％以下的低碳鑄鋼。干砂制作鑄型時(shí)更宜采用真空澆鑄。
實(shí)施例1，澆注閥門殼體，口徑為100mm，鑄鋼件重量35kg，其工藝條件為制作泡沫聚苯乙烯模型，采用發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)作為鑄造用模型的實(shí)型鑄造工藝成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件。EPS一般是在金屬模具中成型的。這種成型是在成型機(jī)內(nèi)進(jìn)行，EPS珠粒的尺寸為30-60目，成型前先去除EPS珠粒中的水分，使泡沫珠粒的內(nèi)壓均衡，增強(qiáng)其發(fā)泡能力，經(jīng)干燥熟化后，充填入所需形狀和尺寸的鋁合金模具，并將其發(fā)泡到30-50倍達(dá)到EPS模型密度的使用范圍，控制在0.016-0.03Kg/l。發(fā)泡溫度130-145℃，蒸汽壓力為1-2kg/cm2。
然后在模型上復(fù)蓋鑄鋼涂料和型砂，如上所述牌號(hào)涂料，與泡沫EPS的粘附性能好，干燥速度快、不龜裂，鑄鋼型砂用的耐火材料為石英砂，型砂的粘結(jié)樹(shù)脂為松香和聚乙烯醇縮丁醛的混和物，與常規(guī)鑄鋼所用的粘接劑類同。并經(jīng)振動(dòng)緊實(shí)型砂。石英砂干砂亦完全可用于此實(shí)施例，但經(jīng)過(guò)三維振動(dòng)緊實(shí)，在真空條件下澆鑄效果更佳。
澆口設(shè)在模型的底部或中部，澆口主要設(shè)于模型的中上部，冒口有多個(gè)，并設(shè)有比較均勻的2-4個(gè)冒口，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)鼭沧r(shí)迅速冒出，迅速降低澆注時(shí)的壓力，鑄鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1580℃，工藝出品率取38-55％，本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.25％以下，其余為Fe。澆注過(guò)程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范圍。
以上實(shí)施例完全適用于30-100Kg的各種閥門殼體，如閘閥、球閥、截止閥等，其耐壓等級(jí)可以達(dá)到25MPa(1500磅級(jí))，試壓可達(dá)到30-40MPa。
在鋼水中添加其它元素成分如Mn、Mo、Ti、Cr、Ni、V或其混合物各有其利，如添加2％左右可以增加耐磨，耐熱，耐化學(xué)腐蝕的性能，增加強(qiáng)度等。
實(shí)施例2，澆注泵殼體，口徑為20mm，鑄鋼件重量3kg，其工藝條件為先制作泡沫聚苯乙烯模型，亦采用發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)作為鑄造用模型的實(shí)型鑄造工藝成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件。EPS珠粒的尺寸為60-70目，經(jīng)熟化干燥后，充填入所需形狀和尺寸的模具(合金金屬模具)，并將其發(fā)泡達(dá)到EPS模型密度的使用范圍。一般控制在0.02-0.03Kg/l較好。發(fā)泡溫度130-145℃，蒸汽壓力為1-2kg/cm2。
然后在模型上涂復(fù)鑄鋼涂料和充填型砂，涂料同實(shí)施例1，鑄鋼型砂用的耐火材料有石英砂、鋯英砂或混和砂，型砂的粘結(jié)樹(shù)脂為松香、醋酸聚乙烯、常規(guī)鑄鋼所用的粘接劑。并經(jīng)振動(dòng)緊實(shí)型砂。同例1，石英砂干砂亦完全可用于此實(shí)施例，但經(jīng)過(guò)三維振動(dòng)緊實(shí)，在真空條件下澆鑄效果更佳。
預(yù)留澆口和冒口的設(shè)計(jì)中澆口設(shè)在模型的底部，底澆口方式為內(nèi)澆口，冒口主要設(shè)于模型的上部，冒口有1-2個(gè)，澆冒同口設(shè)計(jì)亦可，設(shè)在零件上部，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)鼭沧⒀杆倜俺?，迅速降低澆注時(shí)的壓力，鑄鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1600℃，工藝出品率取38-45％，本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.1～0.25％。增碳量在0.02％以下。
實(shí)施例3澆注大型閥門殼體，口徑為250mm，鑄鋼件重量200kg，其工藝條件為用EPS制作泡沫模型，并成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件。EPS一般是在金屬模具中成型的。這種成型是在成型機(jī)內(nèi)進(jìn)行，EPS珠粒的尺寸為30-60目，成型前先去除珠粒中的水分，使泡沫珠粒的內(nèi)壓均衡，增強(qiáng)其發(fā)泡能力，經(jīng)干燥熟化后，充填入所需形狀和尺寸的鋁合金金屬模具，并將其發(fā)泡到30-50倍達(dá)到EPS模型密度的使用范圍，控制在0.016-0.036Kg/l。發(fā)泡溫度130-145℃，蒸汽壓力為1-2kg/cm2。冷卻時(shí)間延長(zhǎng)。
然后在模型上復(fù)蓋鑄鋼涂料和型砂，亦以上述水基涂料，鑄鋼型砂用的耐火材料和粘接劑同實(shí)施例2。
澆口設(shè)在模型的底部，澆口主要設(shè)于模型的中上部，冒口有多個(gè)，并設(shè)有位置均勻的5個(gè)冒口，鑄鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1580℃，工藝出品率取48-62％，總之，有關(guān)工藝條件的規(guī)律如下工藝出品率在澆注大型產(chǎn)品時(shí)要高些，而鑄型密度要低些。本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.2％以下，其余為Fe。澆注過(guò)程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范圍。本實(shí)施例類似的條件用于100-500KG以上的低碳鋼的澆注。
本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.1～0.25％。更大型的鑄鋼件均可用此工藝條件。以上實(shí)施例均能使鑄件的表面不平整度(粗糙度)在Ra12以下。
實(shí)施例4澆注高壓柱塞泵泵體，鑄鋼件為雙缸四進(jìn)口重量200kg，耐壓63MPa，其工藝條件為制作泡沫聚苯乙烯模型，采用發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)作為鑄造用模型的實(shí)型鑄造工藝成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件。成型條件同實(shí)施例1或2。模型上涂復(fù)鑄鋼涂料亦同上，采用干砂三維振實(shí)，真空澆注。
澆口設(shè)在模型的底部和中部，冒口主要設(shè)于模型的中部和上部，冒口有4-5個(gè)，分布均勻的冒口，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)鼭沧⒀杆倜俺觯T鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1580℃，工藝出品率取45-62％。性能明顯優(yōu)于球墨鑄鐵的產(chǎn)品，比鍛造的產(chǎn)品亦有更多的優(yōu)點(diǎn)。澆注過(guò)程的增碳量可以控制在0.02-0.06％的范圍。
實(shí)施例5澆注小型的泵體鑄件，其重量30kg，其工藝條件為制作泡沫聚苯乙烯模型，采用發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)作為鑄造用模型的實(shí)型鑄造工藝成批生產(chǎn)低碳鋼鑄件。成型條件同實(shí)施例1或2.在模型上涂復(fù)鑄鋼涂料和采用干砂型砂亦同上。
澆口設(shè)在模型的底部和中部，底澆口方式為內(nèi)澆口，冒口主要設(shè)于模型的中部和上部，冒口有2-3個(gè)，分布均勻的冒口，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)鼭沧⒀杆倜俺觯T鋼澆注時(shí)的溫度為1550-1580℃，工藝出品率取38-55％，本發(fā)明的低碳鋼及其合金的成分如下，含C為0.2～0.3％，其余為Fe。
實(shí)施例6澆注時(shí)加入Mn 1-5％(重量％)也是一種很經(jīng)濟(jì)的增加材料性能的手段，主要體現(xiàn)在增加鑄件的力學(xué)性能。增碳量可以控制在0.02-0.06％的范圍。可以使用無(wú)粘結(jié)干砂造型，造型和清砂簡(jiǎn)單，型砂材料可以半永久性的反復(fù)使用。
要求有相當(dāng)耐壓的鑄鋼泵體的種類很多，如壓力達(dá)到0.5MPa以上的各種柱塞泵體，包括油泵、水泵等。
權(quán)利要求
1.一種低碳鑄鋼的氣化模鑄造工藝方法，尤其是澆注含碳0.25％以下的閥體和泵體鑄鋼，先制作泡沫聚苯乙烯模型，在模型上涂以鑄鋼涂料并烘干后，然后用鑄鋼型砂復(fù)蓋和填實(shí)模型，組合澆注系統(tǒng)，其特征是內(nèi)澆口設(shè)在模型的底中部，冒口設(shè)于模型的中上部，鑄鋼的澆注溫度為1550-1600℃，工藝出品率取35-63％，模型的密度取0.014-0.030Kg/l。
2.由權(quán)利要求1所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是底澆口方式為內(nèi)澆口，冒口主要設(shè)于模型的中部和上部，冒口為1-6個(gè)，且均勻設(shè)置冒口，使得在澆注時(shí)EPS氣化后的氣體和殘?jiān)鼭沧⒀杆倜俺觥?br> 3.由權(quán)利要求1、2所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是在模型上型砂采用石英砂干砂，經(jīng)三維震動(dòng)使型砂緊實(shí)。
4.由權(quán)利要求1、3所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是采用真空澆注工藝，抽真空至0.02-0.06MPa，經(jīng)組型后澆注。
5.由權(quán)利要求1、2所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是100KG以上鑄件的EPS鑄型密度的使用范圍，控制在0.014-0.024Kg/l。
6.由權(quán)利要求1所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是100KG以下鑄件的EPS鑄型密度的使用范圍，控制在0.02-0.03Kg/l。
7.由權(quán)利要求1所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是100KG以上鑄件的質(zhì)量大的且厚型鑄件工藝出品率取46-62％。而質(zhì)量小且為薄型100KG以下鑄件的工藝出口率取38-55％
8.由權(quán)利要求1、2所述的鑄造低碳鋼的工藝方法，其特征是在鋼水中添加其它元素成分Mn、Mo、Ti、Cr、Ni、V或其混合物0.5-5％。
全文摘要
一種低碳鑄鋼的氣化模鑄造低碳鋼的工藝方法,尤其是澆注含碳0.25%以下的閥體和泵體鑄鋼,先制作泡沫聚苯乙烯模型,在模型上涂以鑄鋼涂料并烘干后,然后用鑄鋼型砂覆蓋和填實(shí)模型,組合澆注系統(tǒng),其特征是內(nèi)澆口設(shè)在模型的底中部,冒口設(shè)于模型的中上部,鑄鋼的澆注溫度為1550—1600℃,工藝出品率取35—63%,模型的密度取0.014—0.030kg/l.本發(fā)明能生產(chǎn)高耐壓的低碳鋼鑄鋼泵體、閥門殼體,這些鑄鋼件還能達(dá)到尺寸精度高、表面光潔、以及成本明顯降低的要求。
文檔編號(hào)B22C7/00GK1174770SQ9710704
公開(kāi)日1998年3月4日 申請(qǐng)日期1997年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者程春根, 錢子良, 張殿甫 申請(qǐng)人:無(wú)錫市永鑫實(shí)型鑄造廠