鑄造有色金屬用鑄型材料及制型工藝的製作方法

2023-09-16 05:37:30 3

專利名稱：鑄造有色金屬用鑄型材料及制型工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬鑄造用鑄型材料及制型工藝。特別用於鋁合金或銅合 金的精密鑄造。背最狹術石膏型熔模精密鑄造是近年國內外迅速發展的一項鑄造技術，利用合適組 分的石膏漿料復型能力及尺寸穩定性好、充型簡便、設備相對投資較少的特點， 可在鋁、銅等中、低熔點合金的精密鑄造中替代傳統的砂型造型材料，鑄造出其它方法難以成型的薄壁、整體、結構複雜和無餘量鋁合金精鑄件,尤其與RP 技術結合，可以通常在一周內快速完成新產品的金屬樣件製作。石膏型熔模精密鑄造過程通常由選取鑄粉組分、混合、製漿、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鍵材料， 不同鑄粉組分的構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 燒時的強烈收縮，保證石膏型尺寸的穩定性和耐熱性，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 使幹強度降低，而且大幅度降低石膏鑄型的導熱能力，使焙燒過程只能及其緩 慢的進行，否則極容易因熱應力和材料組織應力而產生裂紋。中國專利申請號00119619. 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%。鑄粉有較好溼態和 幹態強度。但僅用於鑄造低熔點K金及合金。經試驗，從常溫到70(TC的焙燒時 間約為72小時，焙燒後石膏型的收縮率0.9%。由顏永年、單忠德主編《快速成形與鑄造技術》書中第120頁給出鑄粉配 方(質量分數)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,水矽溶膠為5 : i。用於精密鑄造鋁合金或銅合金鑄件。但經過試驗，從常溫到700'C的焙燒時間約為 96小時，焙燒後石膏型的收縮率大於1%。中國專利申請號200510088358. 5給出一種精密鑄造用石英粉的製備方法，配方為石英粉+高溫石英粉50.9% 99.9%，固體粘結劑0. 1 17%，高溫 穩定劑0 18%，消泡劑0 5%，凝結劑0 13%。可用於貴金屬、不鏽鋼等高 熔點金屬或合金的鑄造。類似的還有中國專利申請號200710052378.6，中國 專利申請號200510019444.0。這三個專利不屬於石膏鑄粉類，用於鋁合金和銅 合金的生產成本較高。目前用於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 均有以下不足由於石膏型導熱能力差，焙燒時間太長，約為72 96小時，耗 能耗時；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 裂紋傾向嚴重。

發明內容
本發明的目的在於針對上述現有技術的不足，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能力，縮短焙燒時間，提高鑄型 尺寸穩定性，能同時用於澆鑄不同有色金屬，減少鑄型的熱裂傾向。 為實現上述發明目的，本發明的技術方案是 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%, 鋁碸土 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品。各組分的作用是a—半水石膏粉通過水化後結晶使二水石膏硬化，給予鑄型一定強度、硬 度和形狀；石英粉石英粉在573""C時由p相轉變為a相時，體積膨脹0.82%，方石英粉在180 27(TC時由p相轉變為a相時，體積膨脹約2.8%。而a石膏在低於 180。C時發生膨脹，在180 230。C由2水石膏向半水石膏和無水石膏轉變，發生 收縮約2.4%。 40(TC時，(x石膏由三斜晶體轉變為斜方晶體，體積又會發生較大 收縮。因此加入石英粉在理論上可以大部分抵消此時石膏的熱收縮，達到控制 鑄型的尺寸穩定性和提高抗熱裂能力目的。但由於石英材料和石膏晶型轉變的 溫度存在差異，使線膨脹率隨溫度的變化呈現波動。見附圖l， <180°0時，石膏 和石英都膨脹，但隨溫度升高，鑄型水分蒸發而逐漸收縮。180 23(TC區間， 石英膨脹而石膏收縮，疊加效果為收縮。230 40(TC區間疊加效果表現為膨脹， 超過40(TC表現為收縮加大。線膨脹率波動越大，鑄型材料內的組織應力越複雜， 即裂紋傾向越大。見附圖1中，實線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。比較實線1和虛線2的波動幅 度可以得出鋁礬土比石英粉對鑄型的尺寸穩定性和降低裂紋傾向更為有利， 因此本發明根據附圖1的試驗結果，採用鋁礬土代替了大部分石英粉。鋁碸土作為耐火材料加入以提高鑄型的耐高溫能力和抗熱衝擊能力，用 該配方製成的鑄型既適合於澆鑄鋁合金鑄件，同時又適合於澆鑄銅合金鑄件。 同時鋁磯土在乾燥後的鑄型焙燒溫度區間(室溫 90(TC)自身具備良好的尺寸 穩定性，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 變時的收縮而導致的整體鑄型收縮，附圖1中的實線(線膨脹率變化線)波動 趨於相對平緩，幅度減小，因此保持了鑄型尺寸的穩定性；滑石粉滑石粉向石膏漿液中引入了大量Ca2+，用於降低石膏(CaS04) 在水中的過飽和度，減緩半水石膏向二水石膏的轉變速率。因此可以延長石膏 的初凝點，改善石膏漿料流動性，提高材料的充型能力和鑄型的表面質量；石墨粉利用石墨良好的熱導性，用於提高鑄型焙燒時的傳熱能力。鋁礬 土、石膏、石英粉均是熱導性極差材料，焙燒時鑄型由表及裡的傳熱達至鑄型 均溫，需要耗費大量能源長時緩慢加熱保溫。如果加熱過快，即會因為鑄型各 部位厚薄不均或表、裡溫差加大形成的熱應力，超過鑄型強度產生裂紋；也可 以因溫差過大，使鑄型各部位厚薄不均或表、裡的材料在特定溫度下的晶型轉 變不同步而形成過大的組織應力，導致鑄型產生裂紋。因此，加入石墨粉後大 幅提高了鑄型的傳熱能力，加快了鑄型各部位或表、裡材料的均溫過程，加入 石墨粉後，能大幅度地縮短鑄型焙燒時間。所以，加入石墨粉後不僅能提高制型效率、節約能源，還可以降低鑄型的熱裂傾向；玻璃纖維用於改善鑄型抗熱裂性能和降低裂紋的擴展傾向； 矽溶膠用於適當延長石膏漿料的初凝點和提高鑄型溼、幹強度。 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、 將配後鑄型材料混勻，3、 配矽溶膠溶液按矽溶膠10 16%和水90 84%混合製成；4、 製漿將鑄型材料重量的38 46%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混勻後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌3 5分鐘；5、 製成鑄型將製漿製成鑄型並自然乾燥，6、 焙燒將制型乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IO(TC，保溫7 10小 時後；加熱到18(TC,保溫4 5小時後；加熱到24(TC，保溫6 8小時後；加 熱到32(TC，保溫5小時後；加熱到40(TC，保溫5小時後；加熱到50(TC:保溫5 7小時後；加熱到600'C，保溫5小時後；加熱到70(TC:保溫5小時後；隨爐冷卻至30(TC 40(rC，澆鑄熔煉後的有色金屬。本發明與現有技術相比，具有以下技術效果1. 本發明能大幅縮短鑄型焙燒時間，提高了制型效率、節約能源、縮短鑄型焙燒時間1/3 1/2，降低成本。2. 本發明提高了耐熱性，熱裂傾向小，能同時用於澆鑄不同有色金屬，如 鋁合金和銅合金。3. 本發明鑄型尺寸穩定性好，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；縱坐標線膨脹率，橫坐標溫度。
具體實施例方式
實施例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、 配矽溶膠溶液按市售矽溶膠10%和自來水90%混合製成；2、 製漿將鑄型材料重量的38%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混合後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌3分鐘；3、 焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IOO'C，保溫10小時後；加熱到18(TC，保溫5小時後；加熱到240。C,保溫8小時後；加熱到320。C，保溫5小時後；加熱到400'C，保溫5小時後；加熱到50(TC:保溫7小時後；加熱到60(TC，保溫5小時後；加熱到70(TC:保溫5小時後；隨爐冷卻至400 'C，澆鑄熔煉後的鋁合金；其餘步驟與實施例l相同。實驗表明鑄型焙燒時間縮短為50小時，70(TC焙燒冷卻室溫檢測，標準試 樣收縮率0.82，無裂紋，澆鑄鋁合金鑄件尺寸穩定、表面質量好。 實施例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%，鋁碸土 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、 配矽溶膠溶液按市售矽溶膠15%和自來水85%混合製成；2、 製漿先將鑄型材料重量的45%的矽溶膠溶液置於制槳機內，再將混合後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌5分鐘；3、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IO(TC，保溫7小時後；加熱到180'C，保溫4小時後；加熱到24(TC，保溫6小時後；加熱到32(TC，保溫5小時後；加熱到400'C，保溫5小時後；加熱到50(TC:保溫5小時後；加熱到60(TC，保溫5小時後；加熱到700'C:保溫5小時後；隨爐冷卻至300。C， 澆鑄熔煉後的的銅合金；其餘步驟與實施例l相同。 實驗表明鑄型焙燒時間縮短為42小時，700'C焙燒冷卻室溫檢測，標準試 樣收縮率0.62 0.68，無裂紋，澆鑄銅合金鑄件尺寸穩定、表面質量好。 實施例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%，鋁碸土 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、 配矽溶膠溶液按市售矽溶膠13%和自來水87%混合製成；2、 製漿先將鑄型材料重量的42%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混合後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌4分鐘；3、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IOO'C，保溫8小時後；加熱到180。C，保溫4.5小時後；加熱到240。C，保溫7小時後；加熱到320。C， 保溫5小時後；加熱到400。C，保溫5小時後；加熱到500。C，保溫6小時後； 加熱到600。C，保溫5小時後；加熱到700。C，保溫5小時後；隨爐冷卻至350 °C,澆鑄熔煉後的鋁合金或銅合金； 其餘步驟與實施例l相同。 實驗表明鑄型焙燒時間縮短為50小時，70(TC焙燒冷卻室溫檢測，標準試 樣收縮率約0.68，無裂紋，澆鑄鋁合金或銅合金鑄件尺寸穩定、表面質量好。
權利要求
1、一種鑄造有色金屬用鑄型材料，其特徵在於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、 根據權利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特徵在於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、 根據權利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特徵在於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、 根據權利要求1所述的鑄造有色金屬用鑄型材料，其特徵在於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%，鋁碸土 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，其特徵在於(1) 、按其組分及重量百分比配鑄型材料；(2) 、將配後鑄型材料混勻；(3) 、配製矽溶膠溶液按矽溶膠10 16%和水84 卯％混合製成；(4) 、製漿將鑄型材料重量的38 46%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混勻後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌3 5分鐘；(5) 、製成鑄型將製漿製成鑄型並自然乾燥；(6) 、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IO(TC，保溫7 10小時後；加熱到18(TC，保溫4 5小時後；加熱到240。C，保溫6 8小時後；加熱到320 °C，保溫5小時後；加熱到400。C，保溫5小時後；加熱到50(TC:保溫5 7 小時後；加熱到60(TC，保溫5小時後；加熱到70(TC:保溫5小時後；隨爐冷 卻至30(TC 40(TC，澆鑄熔煉後的有色金屬。
6、 根據權利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特徵在於鑄造鋁合金用鑄型的制型工藝-(1) 、配矽溶膠溶液按矽溶膠10%和自來水90%混合製成；(2) 、制槳將鑄型材料重量的38%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混合後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌3分鐘；(3) 、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到10(TC，保溫10小時後； 加熱到180。C，保溫5小時後；加熱到240。C，保溫8小時後；加熱到320。C， 保溫5小時後；加熱到400'C，保溫5小時後；加熱到50(TC，保溫7小時後； 加熱到600。C，保溫5小時後；加熱到700。C，保溫5小時後；隨爐冷卻至300 'C，澆鑄熔煉後的鋁合金。
7、 根據權利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特徵在於鑄造銅合金用鑄型的制型工藝(1) 、配矽溶膠溶液按矽溶膠15%和自來水85%混合製成；(2) 、製漿將鑄型材料重量的45%的矽溶膠溶液置於製漿機內，再將混合 後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌3分鐘；(3) 、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IO(TC，保溫7小時後；加熱到180。C,保溫4小時後；加熱到240。C，保溫6小時後；加熱到32(TC， 保溫5小時後；加熱到400'C，保溫5小時後；加熱到50(TC，保溫5小時後； 加熱到600'C，保溫5小時後；加熱到700。C，保溫5小時後；隨爐冷卻至300 °C,澆鑄熔煉後的的銅合金。
8、根據權利要求5所述的鑄造有色金屬用鑄型的制型工藝，其特徵在於鑄造鋁合金或銅合金用鑄型的制型工藝(1) 、配矽溶膠溶液按矽溶膠13%和自來水87%混合製成；(2) 、製漿將鑄型材料重量的42%的矽溶膠溶液置於真空製漿機內，再將混合後的鑄型材料置於矽溶膠溶液中，攪拌4分鐘；(3) 、焙燒將乾燥後的鑄型置於加熱爐內加熱到IOO'C，保溫8小時後；加熱到180"C，保溫4. 5小時後；加熱到240'C，保溫7小時後；加熱到320"C, 保溫5小時後；加熱到40(TC，保溫5小時後；加熱到500'C，保溫6小時後； 加熱到600。C，保溫5小時後；加熱到700'C，保溫5小時後；隨爐冷卻至350 °C,澆鑄熔煉後的鋁合金或銅合金。
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，特別用於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、配矽溶膠溶液、製漿、製成鑄型並乾燥和焙燒鑄型。本發明能大幅縮短鑄型焙燒時間，提高了制型效率、節約能源、縮短鑄型焙燒時間1/3～1/2；提高了耐熱性，熱裂傾向小，能同時用於澆鑄不同有色金屬；鑄型尺寸穩定性好，能較精確保證澆鑄有色金屬零件的幾何尺寸。
文檔編號B22C1/00GK101259514SQ20081006958
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月24日 優先權日2008年4月24日
發明者今 於, 劉天模, 吳先哲, 唐華林, 丹 成, 飛 朱, 濤 江, 樂 肖 申請人:重慶大學