CN102921885A - 钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺 - Google Patents

钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其工艺步骤：（1）型砂配制：先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3～4小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，制备出型砂；（2）造型：根据铸造工艺图纸制作模具；（3）烘焙形成铸型：将步骤二中自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧，形成铸型；（4）耐火涂料配制；（5）耐火涂层制备：搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，（6）高温煅烧；将步骤五中自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；（7）熔炼浇注:在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注。能够大规模化生产出各种大小铸件，铸件表面无冷隔、流痕、裂纹等缺陷，铸件内部无缩孔、夹杂等缺陷。

Description

钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸件砂型铸造工艺，具体涉及钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺。
背景技术
钛、锆、镍及其合金是比较昂贵的金属材料，在许多强腐蚀介质中具有非常优异的耐腐蚀性能，并且有良好的机械性能。钛材及锆材高温时活性很高，几乎能和所有的耐火材料发生不同程度的化学反应，并且高温时锆材非常容易和CO2、O2、N2和H2等气体发生化学反应使锆材脆化造成设备失效。这使得钛、锆、镍及其合金铸造必须选用高化学稳定性的铸型材料，保证金属不与铸型发生化学反应，具有较小的表面污染层。
目前，有色活泼金属可用的铸造工艺方法有机加工石墨型铸造、熔模精密铸造。机加工石墨型铸造的成本高，石墨型导热快对液态金属有激冷作用，在铸件表面容易形成冷隔和流痕等缺陷；熔模精密铸造的特点是铸件表面质量高，适合于复杂薄壁铸件，但制作工艺较为复杂，生产周期长，涂层的厚度有限，对于大型钛、锆、镍及其合金铸件的浇注不适用。 
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，该工艺能够大规模化生产出各种大小铸件，铸件表面无冷隔、流痕、裂纹等缺陷，铸件内部无缩孔、夹杂等缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，其工艺步骤：
（1）型砂配制
根据用砂量，按照质量百分比的200～325目的铝矾土粉45%～55%、30～60目的铝矾土砂10%～20%、16～30目的铝矾土砂10%～20%、硅酸盐粉2%～8%、硅溶胶10%～15%、糊精3%～6%的比例，采用混砂机配制型砂；
先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3～4小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，搅拌40分钟后，制备出型砂；
（2）造型
根据铸造工艺图纸制作模具：用模具压出砂型，并自然干燥；
（3）烘焙形成铸型
将步骤二中自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧，形成铸型；
（4）耐火涂料配制
按20%～30%的水、5%～10%的氯化钙、60%～70%的二醋酸锆的比例配制混合溶液，进行充分搅拌溶解制成粘接剂；
按30%～40%的粘接剂，60%～75%的氧化锆粉或者氧化钇或者钨粉、0.5%～1%的润湿剂、0.1%～0.5%的消泡剂的比例混合并充分搅拌均匀，制成涂料；
（5）耐火涂层制备
将铸型预热至60～100℃，将搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，涂层厚度为0.3～1.5毫米，涂层自然干燥1.5小时以上；
（6）高温煅烧
将步骤五中自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；
（7）熔炼浇注
按照以上步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注。
优选的，所述烘焙形成铸型过程：步骤二中自然干燥透彻的砂型室温下装炉；经过1～1.5小时升温到500℃，保温4～6小时；随炉冷却至100℃以下出炉，形成铸型。
优选的，所述步骤五中制备的涂料粘度控制在5～16秒。
优选的，所述高温煅烧过程：室温装炉，200℃～300℃保温1.5～2小时，450℃～550℃保温1.5～2小时，650℃～750℃保温1.5～2小时，1350℃～1500℃保温2～6小时，最后随炉冷却至300℃以下出炉。 
优选的，所述熔炼浇注过程：按照上述步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注，采用Φ400毫米锆电极，熔炼电流28000安培，熔炼真空度小于1帕。
    本发明的优点如下：
    （1)本发明是以砂型做模型基体，在砂型表面喷涂耐火涂料的工艺方法制作钛、锆、镍及其合金铸型，采用该方法能够制作出强度高的砂型，适用于浇注小、中、大的钛、锆、镍及其合金铸件；
    （2）砂型导热慢，与石墨相比可有效降低铸型激冷作用，提高液态金属的充型能力，有效减低表面出现冷隔、流痕等缺陷几率；
    （3）铸型及涂层热稳定性高，铸件沾污层厚度小；
    （4）生产周期短，生产效率高；
    （5）工艺制作简单，原材料来源广泛，与熔模精密铸造、机加工石墨型相比成本较低；
（6）砂型清理要比石墨铸型容易的多，大大提高劳动效率。
 
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的描述。
    钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其工艺步骤：
（1）型砂配制
根据用砂量，按照质量百分比的200～325目的铝矾土粉45%～55%、30～60目的铝矾土砂10%～20%、16～30目的铝矾土砂10%～20%、硅酸盐粉2%～8%、硅溶胶10%～15%、糊精3%～6%的比例，采用混砂机配制型砂，
先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3～4小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，搅拌40分钟后，制备出型砂；
所述上述百分比为质量百分比，各组分采用其范围内任意数值，其和值为100%；
（2）造型
根据铸造工艺图纸制作模具，将适量型砂装入模具内捣实，捣砂需均匀，型砂填实完成后，将沙箱翻转180°,取出模具；
将造好的砂型自然干燥，大型砂型干燥32小时以上，小型砂型干燥24小时以上；
（3）烘焙形成铸型
    将步骤二中自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧；
    焙烧过程为：在室温下装炉；经过1～1.5小时升温到500℃，保温4～6小时；随炉冷却至100℃以下出炉，形成铸型；
（4）耐火涂料配制
    按质量百分比20%～30%的水、5%～10%的氯化钙、60%～70%的二醋酸锆的比例配制混合溶液，进行充分搅拌溶解制成粘接剂；
    按30%～40%的粘接剂，60%～75%的氧化锆粉或者氧化钇或者钨粉、0.5%～1%的润湿剂、0.1%～0.5%的消泡剂的比例混合并充分搅拌均匀，制成涂料；
    所述上述百分比为质量百分比，各组采用其范围内任意数值，其和值为100%。涂料粘度控制在5～16秒；
（5）耐火涂层制备
    将铸型预热至60～100℃，将搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，涂层厚度为0.3～1.5毫米，涂层自然干燥1.5小时以上；
（6）高温煅烧
    将步骤五中自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；
    煅烧过程为：室温装炉，200℃～300℃保温1.5～2小时，450℃～550℃保温1.5～2小时，650℃～750℃保温1.5～2小时，1350℃～1500℃保温2～6小时，最后随炉冷却至300℃以下出炉；
（7）熔炼浇注
按照上述步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注, 采用Φ400毫米锆电极，熔炼电流28000安培，熔炼真空度小于1帕。
实施例1：
生产材料锆，型号为8”X343F150LbZr-01的阀体，具体工艺如下：
（1）型砂配制
    根据用砂量，用200目的铝矾土粉50千克、30～60目的铝矾土砂16千克、16～30目的铝矾土砂12千克、硅酸盐粉4千克、硅溶胶15千克、糊精4千克，采用混砂机配制型砂。
    先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，搅拌40分钟后，制备出型砂。
（2）造型
    根据铸造工艺图纸制作模具。将适量型砂装入模具内捣实，捣砂需均匀；型砂填实完成后，将沙箱翻转180°，取出模具；将造好的砂型自然干燥18小时。
（3）烘焙形成铸型
    将自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧。
    焙烧过程为：在室温下装炉；经过1小时升温到500℃，保温4小时；随炉冷却至100℃以下出炉，形成铸型。
（4）耐火涂料配制
    按1000克的水、300克的氯化钙、3000克的二醋酸锆的比例配制混合溶液，进行充分搅拌溶解制成粘接剂。
    按4300克的粘接剂，9000克的氧化锆粉、60克的润湿剂、25克的消泡剂混合并充分搅拌均匀，制成涂料。
    上述百分比为质量百分比，各组采用其范围内任意数值，其和值为100%。涂料粘度控制在5～16秒。
（5）耐火涂层制备
    将铸型预热至100℃，将搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，涂层厚度为0.3～0.5毫米，涂层自然干燥3小时。
（6）高温煅烧
    将自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；
    煅烧过程为：室温装炉，300℃保温1.5小时，500℃保温1.5小时，750℃保温1.5小时，1400℃保温5小时，最后随炉冷却至300℃以下出炉。
（7）熔炼浇注
    按照上述步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注。采用Φ400毫米锆电极，熔炼电流28000安培，熔炼真空度小于1帕。
实施例2：
生产材料牌号为TA2，型号为CZx150-450的泵体，具体工艺如下：
（1）型砂配制
    根据用砂量，用200目的铝矾土粉50千克、30～60目的铝矾土砂16千克、16～30目的铝矾土砂12千克、硅酸盐粉4千克、硅溶胶15千克、糊精4千克，采用混砂机配制型砂。
    先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，搅拌40分钟后，制备出型砂。
（2）造型
    根据铸造工艺图纸制作模具。将适量型砂装入模具内捣实，捣砂需均匀；型砂填实完成后，将沙箱翻转180°，取出模具；将造好的砂型自然干燥18小时。
（3）烘焙形成铸型
    将自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧。
    焙烧过程为：在室温下装炉；经过1小时升温到500℃，保温4小时；随炉冷却至100℃以下出炉，形成铸型。
（4）耐火涂料配制
    按1000克的水、300克的氯化钙、3000克的二醋酸锆的比例配制混合溶液，进行充分搅拌溶解制成粘接剂。
    按4300克的粘接剂，9000克的氧化锆粉、60克的润湿剂、25克的消泡剂混合并充分搅拌均匀，制成涂料。
    上述百分比为质量百分比，各组采用其范围内任意数值，其和值为100%。涂料粘度控制在5～16秒。
（5）耐火涂层制备
    将铸型预热至100℃，将搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，涂层厚度为0.3～0.5毫米，涂层自然干燥3小时。
（6）高温煅烧
    将自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；
    煅烧过程为：室温装炉，300℃保温1.5小时，500℃保温1.5小时，750℃保温1.5小时，1400℃保温5小时，最后随炉冷却至300℃以下出炉。
（7）熔炼浇注
    按照上述步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注。采用Φ400毫米的TA2电极，熔炼电流28000安培，熔炼真空度小于1帕。

Claims (5)

1.钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，其工艺步骤：
（1）型砂配制
根据用砂量，按照质量百分比的200～325目的铝矾土粉45%～55%、30～60目的铝矾土砂10%～20%、16～30目的铝矾土砂10%～20%、硅酸盐粉2%～8%、硅溶胶10%～15%、糊精3%～6%的比例，采用混砂机配制型砂；
先将铝矾土粉、铝矾土砂、硅酸盐粉加入混砂机内，搅拌3～4小时后，加入硅溶胶，然后加入糊精，搅拌40分钟后，制备出型砂；
（2）造型
根据铸造工艺图纸制作模具：用模具压出砂型，并自然干燥；
（3）烘焙形成铸型
将步骤二中自然干燥透彻的砂型装入烘箱或者电阻炉内进行焙烧，形成铸型；
（4）耐火涂料配制
按20%～30%的水、5%～10%的氯化钙、60%～70%的二醋酸锆的比例配制混合溶液，进行充分搅拌溶解制成粘接剂；
按30%～40%的粘接剂，60%～75%的氧化锆粉或者氧化钇或者钨粉、0.5%～1%的润湿剂、0.1%～0.5%的消泡剂的比例混合并充分搅拌均匀，制成涂料；
（5）耐火涂层制备
将铸型预热至60～100℃，将搅拌好的涂料喷涂到浇注时与金属液接触的铸型表面，涂层厚度为0.3～1.5毫米，涂层自然干燥1.5小时以上；
（6）高温煅烧
将步骤五中自然干燥完成的铸型放入电阻炉内进行煅烧；
（7）熔炼浇注
按照以上步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注。
2.根据权利1要求所述的钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，所述烘焙形成铸型过程：步骤二中自然干燥透彻的砂型室温下装炉；经过1～1.5小时升温到500℃，保温4～6小时；随炉冷却至100℃以下出炉，形成铸型。
3.根据权利1要求所述的钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，所述步骤五中制备的涂料粘度控制在5～16秒。
4.根据权利1要求所述的钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，所述高温煅烧过程：室温装炉，200℃～300℃保温1.5～2小时，450℃～550℃保温1.5～2小时，650℃～750℃保温1.5～2小时，1350℃～1500℃保温2～6小时，最后随炉冷却至300℃以下出炉。
5. 根据权利1要求所述的钛、锆、镍及其合金铸件砂型铸造工艺，其特征在于，所述熔炼浇注过程：按照上述步骤将最终做好的铸型，在真空凝壳自耗炉内熔炼浇注，采用Φ400毫米锆电极，熔炼电流28000安培，熔炼真空度小于1帕。
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