CN1054086C - 用于浇注不锈钢的失泡沫方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于形成低碳不锈钢零件的失泡沫法，此法在烧注过程中用了高度真空状态。
Description
本申请概括地说涉及到失泡沫铸造法，更具体地说，涉及到一种用于浇注不锈钢的失泡沫法。
使用失泡沫法的铸造方法是周知的，在授与H.F.索邪(Shroyer)的美国专利第2830343号中可以看到有关这种方法的说明。这种铸造法使用了一种空腔较少的铸造方法，在在这种方法中，将聚苯乙烯泡沫型埋置在模砂中。放置在模砂中的泡沫型模会被倒进该型模中的熔化金属所溶解。熔化的金属会取代泡沫型模从而精确地复制该型模的所有特征。与使用失蜡法的失蜡铸造法相似，型模在倾注过程中被破坏掉了，因而每次浇注都需制做新的型模。
上述方法使用了以下的基本步骤。首先，利用某种模型制做一泡沫型模及浇注***。其次，通常将上述模具或泡沫型模以及浇注***组合成由各个独立部件构成的组件，以利于大量地生产。此后，给该组件镀上可透性的难熔镀膜。再次，将准备好的组件安放在疏松游离的模砂中，而模砂则通过摇动整个模具组件而填充于泡沫组件周围。然后，将熔化的金属浇注进该泡沫组件中，从而溶解了所述组件中的泡沫并且用熔化了的金属取代泡沫。最后，移去且分离上述组件，并用已知的方法将各个独立部件磨光。
上述失泡沫法已经用于生产灰口铁及非铁类零件。到目前为止，利用上述方法浇注不锈钢是行不通的。当不锈钢的熔化金属挥发时，会产生碳，而碳则会被吸收进液态金属中，从而会提高最终不锈钢产品的碳含量。某些适于不锈钢的应用具备了美国材料试验学会(ASTM)的有关碳含量的标准，该标准的碳含量在0.06％至0.08％的范围之内。一种按照ASTM标准生产的不锈钢零件的应用是核反应堆的管道悬挂器上述核反应堆需要按ASTM质量技术员资料A297HH所生产的零件。
按上述失泡沫法制造不锈钢管道悬挂器的尝试具有不能令人满意的结果。包围泡沫型模的模砂甚至会受到4”至12”汞高真空的影响，此真空形成于盛放模砂及部件的砂箱中以使模砂保留在所述部件的周围。尽管具有上述的真空范围，此范围在现有技术中被认为是能保持方法的完整性，但其结果也不是不能令人满意的。
这样，可以看到，用于按诸如ASTM所规定的应用标准去生产低碳含量不锈钢零件的失泡沫法是必要的，而现有技术却无法满足上述要求。
本申请人的方法能解决诸多问题，这些问题是伴随现有技术的失泡沫生产方法以及通过提供失泡沫法的其它生产方法所产生的，尽管上述失泡沫法能够生产出具有最低或很低碳含量的不锈钢零件。
为了达到这一目的，本申请人的方法使用了高度真空，此真空在预定容积和温度浇注不锈钢的过程中被应用于失泡沫法，以便使得在铸造过程中生产的碳被真空排放出来，以及形成低碳不锈钢件。
这样，将会看到，本发明的一个方面是提供一种用于生产低碳不锈钢零件的失泡沫法。
本发明的另一方面是提供一种高度真空的失泡沫铸造法，此法会排出任何形成于浇注过程中的不需要的挥发性元素。
本发明的上述及其它方面将会通过阅读对最佳实施例的说明，同时仔细看附图而得以更充分的理解。
在附图中：
图1是在本发明的方法中所使用的失泡沫装置的透视图；
图2是显示本方法的装置的概略侧视图。
以下参照附图，将会看到公开的生产不锈钢低碳零件的独特方法利用了已知的失泡沫型装置。
在本方法中，可按照ASTM标准A-297HH生产高纯度的不锈钢锅炉管道悬挂器。该管道悬挂器先用塑料泡沫状材料制成，即由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，PMMA可从道尔化学公司(DOW Chenical Company)获得。这些锅炉管道悬挂器被装配成可浇注量的组件，该组件包括84个在一连接件上彼此间隔安放的管道悬挂器。然后，给上述锅炉管道悬挂器组件喷镀上一层约4密耳厚度的硅酸铝难熔镀膜。再后，将该镀了膜的组件在120°F条件下干燥约12小时，在此时间后，上述管道悬挂器组件即可在真空泡沫法装置中使用。
如图所示的装置，是一种标准的失泡沫型装置，在该装置中，开放容器(10)具有一底部表层(12)，该底层由5密耳厚度的聚烯烃塑料(EEVA)薄膜构成。位于主箱室(14)下方并用上述表层(12)加发分隔的下部箱室(14)会向表层(12)提供约18″汞高的真空，而上述真空是利用装置(16)抽取该真空而获得的。所述开放容器(10)约为15-20平方英尺，高约为4-7英尺。
此后，给开放容器(10)填充约一英寸的模砂层。一般来说，可以使用两种不同类型的模砂。一种是具有标称美国铸造协会(AFS)90-100颗粒度数并具有约65干性渗透率的模砂。另一种是具有34-38AFS颗粒细度数及450-525干性渗透率的模砂。业已对上述模砂的不同类型的洗涤剂做了评估，从而能选定一种能在自动化发动机生产车间中利用已知失泡沫法生产灰口铁发动机组件的有效洗涤剂。此后，将每组包括84个锅炉管道悬挂器的四个锅炉管道悬挂器组件(18)安放在开放容器(12)内，上述各个悬挂器组件通过已知的浇注方式(20)和一个浇注孔(22)而被此连接在一起，而所说的浇注孔用于使液态不锈钢被浇注进带浇注口的管道悬挂器组件(18)中。开放容器(12)填充了前述类型的模砂，由于所述模具相对来说比较精密，所以，通过一受控漏斗(未显示)来填充的受控模砂会防止不适当地损坏模具的/或防止每个管道悬挂器破裂。此后，用模砂填充开放容器(12)直至能盖管道悬挂器组件(18)的高度(24)。然后，振动被填充的上部容器以使整个砂床密实。当然，上述所有步骤都是伴着使用约18″汞高的真空而进行的，上述真空状态提供于下部箱室(14)，此室用薄膜(12)与上部箱室(10)相分隔。
再后，用一约为5密耳厚度的聚烯烃塑料材料(EVA)制成的顶部薄膜(26)来覆盖开放容器(10)，并且，通过三根与开孔(28，30，32)相连接的2″真空挠性导管向箱室(10)提供22″英寸汞高的真空。在约20″至29″汞高范围的工作真空状态下，上述三根导管会抽出500(CFM)，而在浇注过程中则将抽出1500(CFM)。
然后，将熔化的不锈钢经由穿过薄膜(26)延伸至模具组件(18)的入口浇注进模具组件(18)中，上述熔化的不锈钢是在温度约为2450°F的条件下浇注的。
对所需浇注温度的分析是利用有关多合金钢的固相线/液相线的标准合金抑制剂系数而进行的，平均液相线经计算为2650°F至2675°F。以此为依据，所要求的浇注温度选定为2875°F±25°F。
对于安放在箱室(10)中较大的四组管道悬挂器型模来说，应按平均为18至22秒的浇注时间来对成型浇注定时，而对少量的管道悬挂器型模/模具来说，则应按平均为12至18秒的浇注时间来定时。这一结果是分别按金属的流速约为每秒78-64磅及每秒75-50磅而计算出来的。
可以通过将所需要浇注的不锈钢的温度提高至2900°F±25℃F来减少浇注时间。增加温度会相应地缩短浇注时间并减少浇注不足的差错。与较低的熔化金属温度状态下之18至22秒的浇注时间相反，包括约1400磅熔化不锈钢的较多浇注量所需的平均浇注时间约为10至14秒。这样，在提高了熔化金属的温度的条件下，平均浇注速率就会从每秒78-64磅的范围上升至每秒140-100磅的范围。如前所述，在浇注过程中，所有的浇注活动都是在约20″-29″英寸汞高的真空状态下进行的，此真空状态是在不向下部箱室(14)提供真空的情况下提供给箱室(10)的。在浇注不锈钢过程中提供给箱室(10)的高度真空状态不仅会因将熔化金属吸入模具组件(18)中而有助于浇注该熔化金属，而且会使得含碳烟雾在浇注过程中从箱室(10)排出。应该注意在一种试验过程中，约1400磅的金属可在使用高度真空的情况下于10秒钟之内浇注进模具组件(18)中，而同样数量的熔化金属在不使用真空的情况下则需约25-30秒钟才能浇注进模具(18)。
分析表明，用高度真空的失泡沫法所制成的铸件会使得没有任何碳吸收的现象达到最低的限度。对铸件所做的不同类型的显微照相表明，最坏的情况是有0.03％的碳吸收，而最好的情况则是只有少量的脱碳。通过对比在浇注过程中不使用高度真空时用普通失泡沫法制成的样本，可以明显地看出，较高含量的碳吸收为最坏情况是0.23％而最好情况是0.09％。如前所述，碳吸收是诸如作为锅炉悬挂器的不锈钢应用的关键，这是因为：较高的碳含量会影响以后对这些悬挂器所做的连接焊接，并且，上述悬挂器还应按ASTM标准来生产，而该标准则要求不锈钢有较低的碳含量。
应该认识到，为简明及清楚起见，本文并没有公布特定的修正及改进型式，但是，所有的修正与改进型式均应认为属于下述权利要求的范围。
Claims (13)
1.一种使用失泡沫法浇注低碳不锈钢部件的方法，此方法包括的步骤是：
形成一填充了模砂的箱室，该箱室中有一要浇注部件的泡沫型模；
覆盖上述填充了模砂的箱室的顶部，以密封箱室中的泡沫型模；
给上述密封的箱室提供约20″至29″汞高的真空状态，以对箱室中和在其中要浇注部件的泡沫型模提供真空；
将2450°F至2900°F±25°F温度范围内的熔化的不锈钢注入泡沫型模，以用熔化的不锈钢取代泡沫型模；用真空抽出任何所产生的碳，以形成低碳的浇注不锈钢部件。
2.如权利要求1所述之方法，其中，是在2900°F±25°F温度情况下浇注熔化了的不锈钢。
3.如权利要求2所述之方法，其中，用500(CFM)将上述真空状态提供给箱室的三侧。
4.如权利要求2所述之方法，其中，所述之箱室覆盖有一层约5密耳厚的聚烯烃(EVA)材料制成的塑料薄膜。
5.如权利要求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制成的。
6.如权利要求5所述之方法，其中，所述的泡沫型模部件镀有硅酸铝。
7.如权利要求6所述之方法，其中，所述镀了膜的塑料部件需在约120°F的温度下干燥约12小时。
8.如权利要求7所述之方法，其中，所述的塑料部件被制成一具有多个锅炉管道悬挂器的组件。
9.如权利要求1所述之方法，其中，所述之填充了模砂的箱室带有一底部塑料薄膜层，在此薄膜上提供了约18″汞高的真空状态。
10.如权利要求9所述之方法，其中，当提供所述箱室的真空时，会解除提供给上述膜层的真空状态。
11.如权利要求1所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有34-38颗粒细度数和450-525干性渗透率的模砂来填充的。
12.如权利要求9所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有90-100颗粒细度数和约65干性渗透率模砂来填充的。
13.一种浇注低碳金属部件的方法，此方法包括的步骤是：
形成一填充了模砂的箱室，该箱室中有一要铸造部件的泡沫型模；
覆盖上述填充了模砂的箱室，以密封箱室中的泡沫型模；
给上述密封的箱室提供约20″至29″汞高的真空状态，以对箱室中和在其中的泡沫型模提供真空；
将2450°F至2900°F±25°F温度范围内的熔化的低碳金属注入泡沫型模，以用熔化金属取代泡沫型模；
真空抽出任何所产生的碳，以产生低碳的浇注金属部件。
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