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复晶砂、粉在硅溶胶精密铸造面层制壳中的应用

Author:转载Visits:Date:2021-6-22 9:22:36 big normal small

复晶砂、粉在硅溶胶精密铸造面层制壳中的应用
作者:张建雄
来源:《中国科技纵横》2019年第05期

  摘 要:硅溶胶精密铸造面层耐火材料一般选材为锆英砂锆英粉,但其昂贵的材料价格及优质的锆砂粉矿源越来越少,让精密铸造制壳生产成本一直居高不下。本文介绍一种新型的制壳耐火材料复晶砂、复晶粉在制壳工序中的实际应用并进行分析总结,希望可以为硅溶胶精密铸造制壳面层耐火材料的多元化选择和替代使用提供借鉴。

  关键词:复晶砂复晶粉;硅溶胶精密铸造;面层;盖箱;溃散性;麻点

  中图分类号:TG245 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)05-0070-02

  随着科学技术的应用和发展,制壳材料也在不断更新发展,并在质量提升方面展现优势。复晶砂、粉以三氧化二铝为主,并融合了10%的熔融石英,成为硅溶胶精密铸造面层制壳的重要材料。复晶砂、粉应用到制壳过程中,可以实现高温稳定性,材料不容易与合金溶液发生反应,并达到较好的透气性,易清洗、易干燥,而且不会像其他合金材料一样出现含气量大、活性强,在铸件表面出现气孔等问题。也正是因为复晶砂、粉的应用优势,让其在硅溶胶精密铸造面层制壳应用中成为重要的制作材料,探索复晶砂、粉在硅溶胶精密铸造面层制壳中的更好应用路径也就显得极为重要。

  1 复晶粉特点

  复晶砂、粉(如图1所示)具有结构稳定、纯度高、耐高温、抗热震以及无放射性等特点。

 (1)复晶砂、粉是一种以铝钒土为基材,在经过化学分离提纯后再进行人工合成,因此,其具有的纯度非常高,且无放射等危害,环保又健康,这为其在制壳中的应用奠定基础。(2)耐高温性。复晶砂、粉具有的弹性模量比锆英砂、粉要高,其分解温度高,高温热化学性表现稳定,在高温状态下不易发生蠕变。能够在>1800度的高温下还能保持正常的性能状态,荷重软化温度高,晶体其内部结构非常稳定,线膨胀系数低。这让其在制壳过程中实现了较强的稳定性。(3)由于采用特殊的工艺在合成时配入了一定比例的熔融石英及其他一些微量元素,因此在烧结后,其耐火层真气孔率高,能提高模壳的透气性,有利于型壳浇注后溃散清砂。(4)抗热震性。复晶砂、粉有着良好的抗渣蚀能力,并且在抗热震方面也具有不俗的表现。制壳应用中也能够让此特点予以充分展现,并推动制壳工艺优化。

   2 复晶砂、粉应用优势

   复晶砂、粉在硅溶胶制壳中可以有效地提高产品的质量性能。在应用过程中(如图2所示)具体优势包括以下几个方面:一是具有良好的透气性,有利于脱壳处理易清砂,清理的过程变得更加容易便捷;二是使用复晶砂粉,对于需要做盖箱处理的传统铸件,不用再进行盖箱操作,可以有效的将氧化作用隔离,实现了应用步骤的简化,也让复晶砂、粉应用效率更高;三是相比其他材料,复晶砂粉的质量比重轻,在铸件的生产制造中使用的重量较少,节省了材料成本,也让铸件的应用范围拓展;四是具有的纯度高能够有效地抑制铸件表面黑斑的产生,让铸件的制作质量更高;五是矿产资源丰富,经人工合成后,质量稳定一致性好,并达到较高质量稳定性。六是复合粉没有放射性,有利于人体健康和环境保护,与我国当前所倡导的绿色理念相一致。

    3 复晶砂、粉在硅溶胶制壳中的实践

    3.1 选择试验对像

    根据铸件的大小、材质、工艺和需要解决的不稳定因素等多方面资料进行分类整理,从众多在制品中挑选出具有代表性的产品,此次试验的铸件包括:前端板、拐臂、夹具、外轮、异形排气管接头等铸件。这些铸件所浇注的合牌金号分别是45#普碳钢、40Cr低合金钢、2Cr13马氏体不锈铁、9Cr18Mo高碳铬不锈钢和430铁素体不锈钢。铸件重量从几十克到几千克大小不等,但原常规制壳工艺生产均用锆英粉、砂做制壳面层材料,型壳在浇注时也都需要盖箱操作,都存在着有时浇注后因盖箱不到位而表面麻点气孔和黑斑现象致铸件报废,并且前端板、异形排气管接头也存在清砂困难的问题。故选用这5类铸件進行试验分析。

   3.2 制定制壳方案

    根据复晶砂、粉比重轻、蜡模挂浆后呈白色,浆料流动速度快、干燥速度快等性能差异于锆英砂、粉,特制定适合于复晶砂、粉的浆料配比和干燥工艺参数,详见表1。

  3.3 确定焙烧浇注方案

  为了尽快掌握复晶砂、粉的正确使用方法,并体现其不盖箱的优势,在焙烧浇注工序也需相应配合,保证模壳充分烧透,减少钢液浇注时从面层中析出水蒸气造成毛刺、铁豆、沾砂等不良,也单独制订了焙烧浇注工序的工艺参数表,生产按此要求进行操作,详见表2。

  3.4 试验结果及分析

  在此次实验中所浇注的铸钢材料,在浇注进行作业后,若无还原气体保护的情况下,铸件钢液容易受到氧化侵蚀,容易在铸件表面以黑斑的状态呈现,经抛丸处理去除黑斑后,铸件表面都是小小的凹坑和麻点,从而影响了铸件的美观和质量。但通过此次对比实验,用复晶砂、粉做面层材料制壳的铸件,浇注时没有盖箱,铸件表面光滑漂亮,符合产品外观质量标准。

  夹具、外轮等铸件,由于产品属于薄壁小件,平时在浇注作业中对模壳的透气性要求较高,而锆英砂、粉面层模壳的表面密度大,透气性较差,在浇注时型壳内排气不畅,容易导致铸件本体局部边缘浇不完整的现象。由于复晶砂、粉中含有大量的,密度轻,且含有其他微量元素,故在进行焙烧后,其内部的空隙会比较大,具有的透气性也比较好,因此对于解决小件产品排气不畅而浇不完整的缺陷是一个有效的运用方法。在实际浇注后数据统计分析,铸件浇不完整的报废率为零,利于降低浇注工序报废率。

  复晶砂、粉在人工合成过程中,经过高温锻烧和相变,因此其再经过模壳二次焙烧后,溃散性好,且其制壳干燥速度快,窄槽、深长孔类铸件内腔利于干燥处理,能够保证在较短的时间内完成对模壳的干燥处理,并且氧化铝在高温下具有稳定的表现力,使型壳具有足够的强度,内腔不容易产生漏钢和夹铁缺陷。因此,将复晶砂、粉运用于深孔窄槽的制壳作业中,能体现其干燥速度快,均匀,浇注后有较强的溃散性,从而有利于模壳的清砂处理等优点。

   3.5 结论

   本文以具体的铸件作为试验对象,主要验证了复晶砂、粉在生产制造精密铸钢件硅溶胶制壳的应用过程中容易出现的不足和缺陷,从而得出以下结论:

   第一,复晶砂、粉可以有效防止普通碳钢类、低合金钢类、铁素体、马氏体不锈钢类材料表面出现黑斑和表面气孔麻点等现象有着非常显著的效果,钢液浇注后可以不用盖箱处理,减少了生产工序。

   第二,应用复晶砂、粉来进行深长孔、窄槽和复杂内腔铸件的生产作业,对于铸件由于制壳工序干燥不良所导致的漏钢夹铁现象得到了较大的改善,且利于清砂处理。

   第三,复晶砂、粉的材料按目前市场售价格统计,比锆英砂、粉价格要低,且其密度小比重轻,做相同铸件的型壳,面层消耗的材料也要少约20%左右,节源了原材料,降低了面层制壳生产成本。

   4 结语

   通过以上试验可以得出结论:复晶砂、粉在硅溶胶精密铸造面层制壳的生产作业中具有明显的应用优势,其具有的特点和化学性能有效的解决了长期困扰硅溶胶型壳生产的技术难题,将铸件表面麻点、气孔等现象起到了良好的降低和控制作用,改善了铸件清砂困难,属于硅溶胶精密铸造面层制壳生产技术应用的突破,是一种经济实惠高效的面层耐火材料,具有较为广阔的应用空间。

        参考文献

        [1] 陈冰.精铸型壳“墨点”和铸件“黑皮”分析[J].特种铸造及有色合金,2006(12):805-807+751.

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        [3] 苏连升.浅谈硅溶胶精铸面层材料的现状[C].中国铸造协会精密铸造分会年会,2015.

        [4] 姜不居,周泽衡,陈冰,许云祥.熔模铸造手册[M].机械工业出版社,2000.

        [5] 潘玉洪,朱伟杰.熔模铸造缺陷图册[M].湖南科学技术出版社,2016.


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