【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及真空密封铸造，特别涉及基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法和装置。
技术介绍
1、球墨铸铁的强塑性可与钢媲美，且成本低廉、成型性好，便于实现承载结构部件一体化、轻量化制造，是极为重要的金属结构材料，在机械制造、汽车、轨道交通、船舶重工、风电装备等各领域应用广泛；尤其是铸态高强度高塑性球铁的市场需求潜力巨大。
2、现有获得高强塑性球铁的方法主要包括：1)合金成分的优化、基体固溶强化，加强球化、孕育处理，添加贵重元素合金化(镍钼铜等)，这些方面已有大量研究，相关技术渐趋成熟，强塑性指标难有新的突破；2)进行等温淬火、正火等热处理，强度提升明显，塑性增加有限，且耗能费时，增加成本和环保压力；3)提高铸型冷却能力，加快铸件凝固和相变过程的冷却速度。
3、球铁的强塑性主要取决于显微组织(石墨球的形态、数量、尺寸以及基体中珠光体、铁素体的特性及其相对含量)，化学成分确定后，铸件冷却过程决定了其最终的组织状态，进而决定其铸态力学性能。在同样化学成分、球化等级的情况下，提高铸型的冷却能力，球铁件的强度塑性会显著提高。因而，提高铸型冷却能力进而控制铸件凝固和相变过程的冷却速度是生产铸态高强塑性球铁的关键。
4、常用的提高冷却速度的方法包括：加外冷铁、用蓄热系数高的特种型砂，早打箱、开箱后吹风喷雾，以及采用特殊的工艺方法(如铁型覆砂，铁丸壳型，金属型铸造等)。
5、真空密封造型(亦称v法铸造)是在特制的砂箱内，填入无水、无粘结剂的干砂，用塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，借助铸型内外的
6、1)铸型冷却能力差，导致铸件组织不细、性能偏低；由于v法铸型不含水分和粘结剂，且密封良好的干砂铸型砂粒间空气稀薄很少流动，热量只能靠砂粒间极小的点状接触面传导和辐射来传递，散热能力较差，铸件的冷却速度低。真空度越高则“绝热保温”效果越好；反复使用的砂子温度一般高于室温，所以一般认为v法铸型比潮模砂、树脂砂、水玻璃砂铸型的冷却能力都要差。
7、应该指出，浇注后因密封薄膜部分烧失，在浇、冒口、排气孔处会产生局部少量漏气，为增加漏气量，专利技术者曾尝试浇注后在上砂箱四角密封薄膜上开口透气，以增加冷却速度，但由于气体的附壁和绕流作用，漏进的冷空气多被就近的砂箱侧壁抽走，难以深入到铸型深处，对铸件及其附近型砂的冷却影响甚微，反而增加了真空泵的负担。
8、2)v法铸型中间与四周边沿的强度及冷却能力有明显差异，铸型四周靠近箱壁铸型的强度高、冷却能力强，而铸型中间区域则强度略低、冷却较慢；铸件越大差异越明显。这种差异造成铸件各部位组织性能的明显不同，严重影响大、中型球铁铸件组织性能的一致性和稳定性。
9、3)且传统通用砂箱型状结构组成为单一式矩形框架，上下无侧壁，容易导致通气效果较差的问题。
10、因此，需要专利技术一种铸造方法和工艺装备，不靠早打箱，不用热处理，在铸型中就能方便地实现球铁铸造不同时段的快速冷却和缓冷保温，进而调控球铁的组织性能，达到稳定生产铸态高强塑性球铁铸件的目的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法和装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，包括砂箱装置和气冷装置，所述砂箱装置和气冷装置相互配合。
3、优选的，所述砂箱装置包括侧吸式随形砂箱和四个随形辅助箱衬，四个所述随形辅助箱衬分别安装于侧吸式随形砂箱的四个直角上，所述侧吸式随形砂箱包括箱衬和箱体，所述箱衬上安装有多个第一透气塞，所述箱衬的夹层与第一透气塞的内腔相通。
4、优选的，所述气冷装置是带有气室的金属管道，所述气冷装置包括圆管和方管，所述方管连接于圆管的底部，所述方管与圆管连接成倒t形，所述方管两端呈密封状态，侧面嵌有若干个第二透气塞。
5、基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，包括可控制调节v法铸型冷却能力的方法，配合砂箱装置和气冷装置的使用，通过铸型冷却能力、铸件浇注后冷却速度的综合调控及合金元素优化组合来控制球铁组织中石墨的尺寸、形貌及珠光体、铁素体相对含量，用于控制其强度和塑性，用来生产铸态使用的高强塑性球铁铸件。
6、优选的，可控制调节v法铸型冷却能力的方法包括以下步骤：
7、步骤1：造型时，实型模具占据型腔的位置，方管放置在铸型分型面上靠近型腔的位置，且与型腔的距离大于40mm，圆管的上端作为进气口与大气相通，造型时关闭，浇注后打开，以保证在真空抽吸下，大量的新鲜空气适时进入铸型并在靠近铸件的型砂颗粒间隙中高速流动，造成有限空间强制对流的快冷效果；
8、步骤2：侧吸式随形砂箱侧壁与型腔间的吃砂量在40-120mm的范围，使铸件各部位与侧吸式随形砂箱侧壁的距离相等，一方面确保铸件各部位冷却速度相近，另一方面能增加铸型强度，并大量节省造型用砂，侧吸式随形砂箱的真空度在-0.045～-0.085mpa的范围，以确保浇注和冷却过程中砂箱装置有足够的强度及进入型内的冷空气高速流动换热后被迅速抽走；
9、步骤3：浇注后打开气冷装置的上端的进气口，室温空气经进气口源源不断地进入密封的砂箱，在冷缩后的铸件与型腔的界面间隙及紧实的砂粒之间向四周箱壁方向高速流动，来调整铸型的散热速度和冷却能力，也可在进气口处引入加湿空气以改变系统的对流传热系数，进一步增强铸型冷却能力；
10、步骤4：通过调节随形砂箱吃砂量、真空度，气冷装置的数量、横截面尺寸、开闭程度、以及空气湿度等来综合调控铸件冷却速度。
11、在步骤4中，利用v法铸型因空气快速流动或相对静止而具有的快冷-缓冷双重特性，在铸件凝固和冷却的不同时段，通过控制真空系统和铸型气冷装置的高真空通气快冷或低真空闭气缓冷，实现球铁铸态组织的综合调控。在球铁一次结晶时快冷，可细化石墨和奥氏体，增加石墨球数量；在共析三相区快冷，可增加并细化珠光体，提高强度；若在三相区缓冷保温，则增加铁素体数量，提高塑性。
12、一种球墨铸铁材料，包括如下重量百分比的组分：c 3.2～3.8％，si 2.3～3.3％，mn 0.20～0.60％，cu 0.25～0.85％，sn 0～0.03％，sb 0～0.01％，mg0.03～0.06％，re0.01～0.05％，s<0.02％，p<0.03％，余量为fe和不可避免的杂质。
13、优选的，所述球墨铸铁合金中，碳当量cel＝4.45％-4.65％，硅碳比si/c＝0.60-1.10。
14、本专利技术的技术效果和优点：
15、(1)本专利技术利用基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，以提高铸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，包括砂箱装置和气冷装置，所述砂箱装置和气冷装置相互配合。
2.根据权利要求1所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，所述砂箱装置包括侧吸式随形砂箱(1)和四个随形辅助箱衬(2)，四个所述随形辅助箱衬(2)分别安装于侧吸式随形砂箱(1)的四个直角上，所述侧吸式随形砂箱(1)包括箱衬和箱体，所述箱衬上安装有多个第一透气塞(3)，所述箱衬的夹层与第一透气塞(3)的内腔相通。
3.根据权利要求1所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，所述气冷装置是带有气室的金属管道，所述气冷装置包括圆管(5)和方管(6)，所述方管(6)连接于圆管(5)的底部，所述方管(6)与圆管(5)连接成倒T形，所述方管(6)两端呈密封状态，侧面嵌有若干个第二透气塞(7)。
4.根据权利要求1-3任意一项的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，其特征在于，包括可控制调节V法铸型冷却能力的方法，配合砂箱装置和气冷装置的使用，通过铸型冷却能力、铸件浇注后冷却速度的综合调控及合金
5.根据权利要求4所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，其特征在于，可控制调节V法铸型冷却能力的方法包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，其特征在于，在步骤4中，利用V法铸型因空气快速流动或相对静止而具有的快冷-缓冷双重特性，在铸件凝固和冷却的不同时段，通过控制真空系统和铸型气冷装置的高真空通气快冷或低真空闭气缓冷，实现球铁铸态组织的综合调控。
7.一种球墨铸铁材料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：C3.2～3.8％，Si 2.3～3.3％，Mn 0.20～0.60％，Cu 0.25～0.85％，Sn 0～0.03％，Sb 0～0.01％，Mg 0.03～0.06％，RE 0.01～0.05％，S<0.02％，P<0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。
8.根据权利要求7所述的一种球墨铸铁材料，其特征在于，所述球墨铸铁合金中，碳当量CEL＝4.45％-4.65％，硅碳比Si/C＝0.60-1.10。
...【技术特征摘要】
1.基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，包括砂箱装置和气冷装置，所述砂箱装置和气冷装置相互配合。
2.根据权利要求1所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，所述砂箱装置包括侧吸式随形砂箱(1)和四个随形辅助箱衬(2)，四个所述随形辅助箱衬(2)分别安装于侧吸式随形砂箱(1)的四个直角上，所述侧吸式随形砂箱(1)包括箱衬和箱体，所述箱衬上安装有多个第一透气塞(3)，所述箱衬的夹层与第一透气塞(3)的内腔相通。
3.根据权利要求1所述的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的装置，其特征在于，所述气冷装置是带有气室的金属管道，所述气冷装置包括圆管(5)和方管(6)，所述方管(6)连接于圆管(5)的底部，所述方管(6)与圆管(5)连接成倒t形，所述方管(6)两端呈密封状态，侧面嵌有若干个第二透气塞(7)。
4.根据权利要求1-3任意一项的基于真空密封铸造生产铸态高强塑性球铁的方法，其特征在于，包括可控制调节v法铸型冷却能力的方法，配合砂箱装置和气冷装置的使用，通过铸型冷却能力、铸件浇注后冷却速度的综合调控及合金元素优化组合来控制球铁组织中石墨的尺...
【专利技术属性】
技术研发人员：田睿元，赵洋，刘旺，于吉龙，黄伟，方忆冰，田伯拓，赵宇光，
申请(专利权)人：吉林省威创机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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