本發(fā)明涉及金屬凝固制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種快速凝固水溶性砂型鑄造工藝方法。

背景技術(shù)：

砂型鑄造由于適用性強(qiáng)，所用造型材料價(jià)廉、易得等優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于砂型熱導(dǎo)率低，鑄件的冷卻速度受到限制，導(dǎo)致晶粒組織較為粗大，影響了鑄件的性能。同時(shí)，常見(jiàn)的砂型鑄造存在清砂困難、清砂工作條件差、砂的回收再生困難等問(wèn)題。砂處理與砂再生是鑄造車(chē)間的五大工部之一，砂處理的共性問(wèn)題是粉塵量大、廢棄物排放量大等。普通砂型鑄造，如覆膜砂、水玻璃砂等鑄造工藝，由于砂處理和砂再生帶來(lái)的問(wèn)題增加了砂型鑄造的成本，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生了諸多不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高冷卻速度、獲得鑄件致密、晶粒組織細(xì)小、提升鑄件力學(xué)性能、環(huán)境友好的快速凝固水溶性砂型鑄造方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，特征是：

a、以硅砂為原砂，以水玻璃、硫酸鎂為粘結(jié)劑，添加粉煤灰作為固化劑，制備水溶性砂型和砂芯；

b、將制備的水溶性砂型、砂芯采用自硬化或加熱硬化的方式進(jìn)行固化，使硬化后的水溶性砂型、砂芯具有一定的強(qiáng)度，并具有較好的水溶性；

c、將步驟b中的砂型、砂芯組裝好后，放置陶瓷管澆口杯，將澆包中熔煉好的合金從陶瓷管澆口杯進(jìn)行澆注，使合金熔體充滿鑄型和澆口杯；

d、澆注后立即用沖蝕設(shè)備中的冷卻水從遠(yuǎn)離陶瓷管澆口杯的一端對(duì)砂型進(jìn)行沖蝕，沖蝕過(guò)程從遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯以2～10mm/s的速度移動(dòng)，控制鑄件的順序凝固，使陶瓷管澆口杯中的合金熔體對(duì)鑄件進(jìn)行充分補(bǔ)縮；

e、關(guān)閉冷卻水，取出鑄件；收集經(jīng)沖蝕潰散的型砂并烘干。

硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰的質(zhì)量比為1：0.025：0.005：0.005—1：0.045：0.020：0.020。

冷卻水的水溫為20～90℃。

本發(fā)明的工作原理為：采用水溶性粘結(jié)劑（水玻璃、硫酸鎂）制備的砂型和砂芯，具有一定的強(qiáng)度和良好的潰散性，經(jīng)冷卻水沖蝕容易潰散，從而減少了清砂、砂處理的工序。澆注完成后，鑄件的表面會(huì)產(chǎn)生凝殼層，在冷卻水的沖蝕條件下，冷卻水直接與鑄件接觸，消除了普通砂型鑄造鑄件與砂型之間的空氣熱隔，實(shí)現(xiàn)了鑄件的快速凝固，在大的過(guò)冷度條件下，細(xì)化了鑄件的晶粒組織。本發(fā)明通過(guò)冷卻水噴頭從遠(yuǎn)端向澆口位置以2～10mm/s的速度移動(dòng)，鑄件從溫度較低的遠(yuǎn)端率先凝固，形成了較大的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)了鑄件的順序凝固，澆口位置最后凝固；同時(shí)，澆口采用陶瓷管澆口杯設(shè)計(jì)，且不經(jīng)過(guò)水冷沖蝕，澆口杯中的合金熔體在鑄件凝固過(guò)程中保持在液態(tài)，可以對(duì)鑄件進(jìn)行充分補(bǔ)縮，所以獲得的鑄件具有良好的致密度。由于鑄件凝固過(guò)程中砂型經(jīng)沖蝕后潰散，由于鑄件凝固過(guò)程中砂型經(jīng)沖蝕后潰散，消除了鑄件各部分凝固過(guò)程中砂型對(duì)鑄件產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力和鑄件各部分之間的相互應(yīng)力。鑄件經(jīng)水冷后，相當(dāng)于進(jìn)行了固溶處理，可直接進(jìn)行時(shí)效處理，從而省去熱處理過(guò)程中的固溶處理工序。

本發(fā)明通過(guò)制備水溶性砂型，澆注后隨即用冷卻水進(jìn)行沖蝕冷卻，提高鑄件的冷卻速度；并且沖蝕方向、速度可以控制，從而使鑄件進(jìn)行順序凝固，獲得致密、具有細(xì)晶組織的鑄件。該方法完成后，由于水溶性砂具有優(yōu)異的潰散性，隨著水溶性砂型的潰散，鑄件可以免去清砂過(guò)程。并且，經(jīng)水沖蝕后的型砂烘干后可以重復(fù)使用，減少了砂處理的工序，避免了鑄件清砂的問(wèn)題。同時(shí)，由于鑄件凝固過(guò)程中砂型經(jīng)沖蝕后潰散，消除了凝固過(guò)程中砂型對(duì)鑄件產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力以及鑄件各部分之間的相互應(yīng)力。鑄件經(jīng)水冷后，相當(dāng)于進(jìn)行了固溶處理，可直接進(jìn)行時(shí)效處理，從而省去熱處理過(guò)程中的固溶處理工序。

因此，本發(fā)明具有能夠提高冷卻速度、獲得鑄件致密、晶粒組織細(xì)小、提升鑄件力學(xué)性能、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明適用于鑄造鋁合金、變形鋁合金、鎂合金、鑄鋼、鑄鐵合金中小型及大型復(fù)雜鑄件的鑄造。

附圖說(shuō)明

圖1為該發(fā)明的設(shè)備示意圖，其中：1—澆包；2—陶瓷管澆口杯；3—上型；4—下型；5—鑄件型腔；6—沖蝕設(shè)備；

圖2為zl114a合金鑄件斷面圖，其中：（a）普通砂型鑄造；（b）水溶性砂型鑄造；

圖3為zl114a合金鑄件微觀組織圖，其中：（a）普通砂型鑄造；（b）水溶性砂型鑄造。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

實(shí)施例1：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質(zhì)量比為1：0.025：0.005：0.005進(jìn)行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進(jìn)行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將鑄造鋁合金zl114a熔煉后，轉(zhuǎn)移至澆包，在700℃進(jìn)行澆注；

4、開(kāi)冷卻水，沖蝕設(shè)備以2mm/s速度實(shí)現(xiàn)從離陶瓷管澆口杯遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯移動(dòng)，使砂型潰散，實(shí)現(xiàn)鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復(fù)使用。

實(shí)施例2：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質(zhì)量比為1：0.030：0.010：0.010進(jìn)行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進(jìn)行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將變形鋁合金7075熔煉后，轉(zhuǎn)移至澆包，在710℃進(jìn)行澆注；

4、開(kāi)冷卻水，沖蝕設(shè)備以8mm/s速度實(shí)現(xiàn)從離陶瓷管澆口杯遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯移動(dòng)，使砂型潰散，實(shí)現(xiàn)鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復(fù)使用。

實(shí)施例3：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質(zhì)量比為1：0.035：0.015：0.015進(jìn)行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進(jìn)行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將鎂合金az91d熔煉后，轉(zhuǎn)移至澆包，在700℃進(jìn)行澆注；

4、開(kāi)冷卻水，沖蝕設(shè)備以10mm/s速度實(shí)現(xiàn)從離陶瓷管澆口杯遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯移動(dòng)，使砂型潰散，實(shí)現(xiàn)鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復(fù)使用。

實(shí)施例4：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質(zhì)量比為1：0.045：0.020：0.020進(jìn)行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進(jìn)行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將zg45合金熔煉后，轉(zhuǎn)移至澆包，在1440℃進(jìn)行澆注；

4、開(kāi)冷卻水，沖蝕設(shè)備以4mm/s速度實(shí)現(xiàn)從離陶瓷管澆口杯遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯移動(dòng)，使砂型潰散，實(shí)現(xiàn)鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復(fù)使用。

實(shí)施例5：

一種快速凝固水溶性砂型鑄造方法，具體步驟如下：

1、將硅砂、水玻璃、硫酸鎂、粉煤灰按質(zhì)量比為1：0.030：0.020：0.020進(jìn)行混合，制備砂型和砂芯；

2、采用自硬化方式進(jìn)行固化；

3、組型、組芯，放置陶瓷管澆口杯；

3、將ht250合金熔煉后，轉(zhuǎn)移至澆包，在1400℃進(jìn)行澆注；

4、開(kāi)冷卻水，沖蝕設(shè)備以6mm/s速度實(shí)現(xiàn)從離陶瓷管澆口杯遠(yuǎn)端向陶瓷管澆口杯移動(dòng)，使砂型潰散，實(shí)現(xiàn)鑄件的快速凝固；

5、取出鑄件；

6、收集潰散型砂、烘干，以備重復(fù)使用。