用於澆注不鏽鋼的失泡沫方法
2023-04-24 03:03:56
專利名稱：用於澆注不鏽鋼的失泡沫方法
本申請概括地說涉及到失泡沫鑄造法，更具體地說，涉及到一種用於澆注不鏽鋼的失泡沫法。
使用失泡沫法的鑄造方法是周知的，在授與H.F.索邪(Shroyer)的美國專利第2830343號中可以看到有關這種方法的說明。這種鑄造法使用了一種空腔較少的鑄造方法，在在這種方法中，將聚苯乙烯泡沫型埋置在模砂中。放置在模砂中的泡沫型模會被倒進該型模中的熔化金屬所溶解。熔化的金屬會取代泡沫型模從而精確地複製該型模的所有特徵。與使用失蠟法的失蠟鑄造法相似，型模在傾注過程中被破壞掉了，因而每次澆注都需製做新的型模。
上述方法使用了以下的基本步驟。首先，利用某種模型製做一泡沫型模及澆注系統。其次，通常將上述模具或泡沫型模以及澆注系統組合成由各個獨立部件構成的組件，以利於大量地生產。此後，給該組件鍍上可透性的難熔鍍膜。再次，將準備好的組件安放在疏鬆游離的模砂中，而模砂則通過搖動整個模具組件而填充於泡沫組件周圍。然後，將熔化的金屬澆注進該泡沫組件中，從而溶解了所述組件中的泡沫並且用熔化了的金屬取代泡沫。最後，移去且分離上述組件，並且已知的方法將各個獨立部件磨光。
上述失泡沫法已經用於生產灰口鐵及非鐵類零件。到目前為止，利用上述方法澆注不鏽鋼是行不通的。當不鏽鋼的熔化金屬揮發時，會產生碳，而碳則會被吸收進液態金屬中，從而會提高最終不鏽鋼產品的碳含量。某些適於不鏽鋼的應用具備了美國材料試驗學會(ASTM)的有關碳含量的標準，該標準的碳含量在0.06%至0.08%的範圍之內。一種按照ASTM標準生產的不鏽鋼零件的應用是核反應堆的管道懸掛器上述核反應堆需要按ASTM質量技術員資料A297HH所生產的零件。
按上述失泡沫法製造不鏽鋼管道懸掛器的嘗試具有不能令人滿意的結果。包圍泡沫型模的模砂甚至會受到4」至12」汞高真空的影響，此真空形成於盛放模砂及部件的砂箱中以使模砂保留在所述部件的周圍。儘管具有上述的真空範圍，此範圍在現有技術中被認為是能保持方法的完整性，但其結果也不是不能令人滿意的。
這樣，可以看到，用於按諸如ASTM所規定的應用標準去生產低碳含量不鏽鋼零件的失泡沫法是必要的，而現有技術卻無法滿足上述要求。
本申請人的方法能解決諸多問題，這些問題是伴隨現有技術的失泡沫生產方法以及通過提供失泡沫法的其它生產方法所產生的，儘管上述失泡沫法能夠生產出具有最低或很低碳含量的不鏽鋼零件。
為了達到這一目的，本申請人的方法使用了高度真空，此真空在預定容積和溫度澆注不鏽鋼的過程中被應用於失泡沫法，以便使得在鑄造過程中生產的碳被真空排放出來，以及形成低碳不鏽鋼件。
這樣，將會看到，本發明的一個方面是提供一種用於生產低碳不鏽鋼零件的失泡沫法。
本發明的另一方面是提供一種高度真空的失泡沫鑄造法，此法會排出任何形成於澆注過程中的不需要的揮發性元素。
本發明的上述及其它方面將會通過閱讀對最佳實施例的說明，同時仔細看附圖而得以更充分的理解。
在附圖中
圖1是在本發明的方法中所使用的失泡沫裝置的透視圖;
圖2是顯示本方法的裝置的概略側視圖。
以下參照附圖，將會看到公開的生產不鏽鋼低碳零件的獨特方法利用了已知的失泡沫型裝置。
在本方法中，可按照ASTM標準A-297HH生產高純度的不鏽鋼鍋爐管道懸掛器。該管道懸掛器先用塑料泡沫狀材料製成，即由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製成，PMMA可從道爾化學公司(DOWChenicalCompany)獲得。這些鍋爐管道懸掛器被裝配成可澆注量的組件，該組件包括84個在一連接件上彼此間隔安放的管道懸掛器。然後，給上述鍋爐管道懸掛器組件噴鍍上一層約4密耳厚度的矽酸鋁難熔鍍膜。再後，將該鍍了膜的組件在120°F條件下乾燥約12小時，在此時間後，上述管道懸掛器組件即可在真空泡沫法裝置中使用。
如圖所示的裝置，是一種標準的失泡沫型裝置，在該裝置中，開放容器(10)具有一底部表層(12)，該底層由5密耳厚度的聚烯烴塑料(EEVA)薄膜構成。位於主箱室(14)下方並用上述表層(12)加發分隔的下部箱室(14)會向表層(12)提供約18″汞高的真空，而上述真空是利用裝置(16)抽取該真空而獲得的。所述開放容器(10)約為15-20平方英尺，高約為4-7英尺。
此後，給開放容器(10)填充約一英寸的模砂層。一般來說，可以使用兩種不同類型的模砂。一種是具有標稱美國鑄造協會(AFS)90-100顆粒度數並具有約65乾性滲透率的模砂。另一種是具有34-38AFS顆粒細度數及450-525乾性滲透率的模砂。業已對上述模砂的不同類型的洗滌劑做了評估，從而能選定一種能在自動化發動機生產車間中利用已知失泡沫法生產灰口鐵發動機組件的有效洗滌劑。此後，將每組包括84個鍋爐管道懸掛器的四個鍋爐管道懸掛器組件(18)安放在開放容器(12)內，上述各個懸掛器組件通過已知的澆注方式(20)和一個澆注孔(22)而被此連接在一起，而所說的澆注孔用於使液態不鏽鋼被澆注進帶澆注口的管道懸掛器組件(18)中。開放容器(12)填充了前述類型的模砂，由於所述模具相對來說比較精密，所以，通過一受控漏鬥(未顯示)來填充的受控模砂會防止不適當地損壞模具的/或防止每個管道懸掛器破裂。此後，用模砂填充開放容器(12)直至能蓋管道懸掛器組件(18)的高度(24)。然後，振動被填充的上部容器以使整個砂床密實。當然，上述所有步驟都是伴著使用約18″汞高的真空而進行的，上述真空狀態提供於下部箱室(14)，此室用薄膜(12)與上部箱室(10)相分隔。
再後，用一約為5密耳厚度的聚烯烴塑料材料(EVA)製成的頂部薄膜(26)來覆蓋開放容器(10)，並且，通過三根與開孔(28，30，32)相連接的2″真空撓性導管向箱室(10)提供22″英寸汞高的真空。在約20″至29″汞高範圍的工作真空狀態下，上述三根導管會抽出500單位的氯氟甲烷(CFFM)，而在澆注過程中則將抽出1500單位的氯氟甲烷(CFM)。
然後，將熔化的不鏽鋼經由穿過薄膜(26)延伸至模具組件(18)的入口澆注進模具組件(18)中，上述熔化的不鏽鋼是在溫度約為2450°F的條件下澆注的。
對所需澆注溫度的分析是利用有關多合金鋼的固相線/液相線的標準合金抑制劑係數而進行的，平均液相線經計算為2650°F至2675°F。以此為依據，所要求的澆注溫度選定為2875°F±25°F。
對於安放在箱室(10)中較大的四組管道懸掛器型模來說，應按平均為18至22秒的澆注時間來對成型澆註定時，而對少量的管道懸掛器型模/模具來說，則應按平均為12至18秒的澆注時間來定時。這一結果是分別按金屬的流速約為每秒78-64磅及每秒75-50磅而計算出來的。
可以通過將所需要澆注的不鏽鋼的溫度提高至2900°F±25℃F來減少澆注時間。增加溫度會相應地縮短澆注時間並減少澆注不足的差錯。與較低的熔化金屬溫度狀態下之18至22秒的澆注時間相反，包括約1400磅熔化不鏽鋼的較多澆注量所需的平均澆注時間約為10至14秒。這樣，在提高了熔化金屬的溫度的條件下，平均澆注速率就會從每秒78-64磅的範圍上升至每秒140-100磅的範圍。如前所述，在澆注過程中，所有的澆注活動都是在約20″-29″英寸汞高的真空狀態下進行的，此真空狀態是在不向下部箱室(14)提供真空的情況下提供給箱室(10)的。在澆注不鏽鋼過程中提供給箱室(10)的高度真空狀態不僅會因將熔化金屬吸入模具組件(18)中而有助於澆注該熔化金屬，而且會使得含碳煙霧在澆注過程中從箱室(10)排出。應該注意在一種試驗過程中，約1400磅的金屬可在使用高度真空的情況下於10秒鐘之內澆注進模具組件(18)中，而同樣數量的熔化金屬在不使用真空的情況下則需約25-30秒鐘才能澆注進模具(18)。
分析表明，用高度真空的失泡沫法所製成的鑄件會使得沒有任何碳吸收的現象達到最低的限度。對鑄件所做的不同類型的顯微照相表明，最壞的情況是有0.03%的碳吸收，而最好的情況則是只有少量的脫碳。通過對比在澆注過程中不使用高度真空時用普通失泡沫法製成的樣本，可以明顯地看出，較高含量的碳吸收為最壞情況是0.23%而最好情況是0.09%。如前所述，碳吸收是諸如作為鍋爐懸掛器的不鏽鋼應用的關鍵，這是因為較高的碳含量會影響以後對這些懸掛器所做的連接焊接，並且，上述懸掛器還應按ASTM標準來生產，而該標準則要求不鏽鋼有較低的碳含量。
應該認識到，為簡明及清楚起見，本文並沒有公布特定的修正及改進型式，但是，所有的修正與改進型式均應認為屬於下述權利要求的範圍。
權利要求
1.一種使用失泡沫法澆注低碳鐵類金屬部件的方法，此方法包括的步驟是形成一填充了模砂的箱室，該箱室帶有一塑料型模部件，此部件盛放在上述箱室之中；覆蓋上述填充了模砂的箱室的頂部；給上述箱室提供20″至29″汞高的真空狀態；將熔化的不鏽鋼澆注進所述的塑料型模區域以便取代所述塑料型模從而使得低碳不鏽碳呈處於該區域上的型模部件的形狀。
2.如權利要求1所述之方法，其中，是在2900°F±25°F溫度情況下澆注熔化了的不鏽鋼。
3.如權利要求2所述之方法，其中，用500單位的氯氟甲烷(CFM)將上述真空狀態提供給箱室的三側。
4.如權利要求2所述之方法，其中，所述之箱室覆蓋有一層約5密耳厚的聚烯烴(EVA)材料製成的塑料薄膜。
5.如權利要求1所述之方法，其中，所澆注的熔化不鏽鋼的溫度在2400°F至2900°F的範圍內。
6.如權利要求1所述之方法，其中，所述的塑料型模部件是用聚甲基丙烯酸甲酯製成的。
7.如權利要求6所述之方法，其中，所述的塑料型模部件鍍有矽酸鋁。
8.如權利要求7所述之方法，其中，所述鍍了膜的塑料部件需在約120°F的溫度下乾燥約12小時。
9.如權利要求8所述之方法，其中，所述的塑料部件被製成一具有多個鍋爐管道懸掛器的組件。
10.如權利要求1所述之方法，其中，所述之填充了模砂的箱室帶有一底部塑料薄膜層，在此薄膜上提供了約18″汞高的真空狀態。
11.如權利要求10所述之方法，其中，當提供所述箱室的真空時，會解除提供給上述膜層的真空狀態。
12.如權利要求1所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有34-38顆粒細度數和450-525乾性滲透率的模砂來填充的。
13.如權利要求10所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有90-100顆粒細度數和約65乾性滲透率模砂來填充的。
全文摘要
一種用於形成低碳不鏽鋼零件的失泡沫法，此法在澆注過程中用了高度真空狀態。
文檔編號B22D27/15GK1091342SQ9311453
公開日1994年8月31日 申請日期1993年11月16日 優先權日1992年11月16日
發明者布賴恩·漢德 申請人:巴布考克和威爾科斯公司