铸造有色金属用铸型材料及制型工艺制造技术

一种铸造有色金属用铸型材料及制型工艺涉及有色金属铸造用铸型材料及制型工艺，特别用于铝合金或铜合金的精密铸造。该铸型材料包括α－半水石膏粉２０～３５％，石英粉３．２～１０％，铝矾土５０～６０％，滑石粉４～１０％，石墨粉１．５～５％，玻璃纤维０．１～０．３％；该制型工艺包括配料、混料、配硅溶胶溶液、制浆、制成铸型并干燥和焙烧铸型。本发明专利技术能大幅缩短铸型焙烧时间，提高了制型效率、节约能源、缩短铸型焙烧时间１／３～１／２；提高了耐热性，热裂倾向小，能同时用于浇铸不同有色金属；铸型尺寸稳定性好，能较精确保证浇铸有色金属零件的几何尺寸。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有色金属铸造用铸型材料及制型工艺。特别用于铝合金或铜合 金的精密铸造。背最狭术石膏型熔模精密铸造是近年国内外迅速发展的一项铸造技术，利用合适组 分的石膏浆料复型能力及尺寸稳定性好、充型简便、设备相对投资较少的特点， 可在铝、铜等中、低熔点合金的精密铸造中替代传统的砂型造型材料，铸造出其它方法难以成型的薄壁、整体、结构复杂和无余量铝合金精铸件,尤其与RP 技术结合，可以通常在一周内快速完成新产品的金属样件制作。石膏型熔模精密铸造过程通常由选取铸粉组分、混合、制浆、灌浆、石膏 型焙烧、浇铸金属等工艺步骤组成。而铸粉是石膏型熔模精密铸造的关键材料， 不同铸粉组分的构成决定了石膏铸模的工艺性能和使用性能。通常为了克服焙 烧时的强烈收縮，保证石膏型尺寸的稳定性和耐热性，在铸粉中大量加入石英 石材料或锆石粉和莫来石等耐火材料。但耐火材料大量加入的副作用是，不仅 使干强度降低，而且大幅度降低石膏铸型的导热能力，使焙烧过程只能及其缓 慢的进行，否则极容易因热应力和材料组织应力而产生裂纹。中国专利申请号00119619. 7给出的铸粉配方为a —半水石膏粉28 38%、 方石英粉0 29%、石英粉30 70%、添加剂A 0.3 0.8%、添加剂B 0. 8 1.2%、添加剂C 0.9 1. 1%、水为铸粉总量的37 40%。铸粉有较好湿态和 干态强度。但仅用于铸造低熔点K金及合金。经试验，从常温到70(TC的焙烧时 间约为72小时，焙烧后石膏型的收縮率0.9%。由颜永年、单忠德主编《快速成形与铸造技术》书中第120页给出铸粉配 方(质量分数)为300目锆石粉25%、 270目莫来石20%、 200目莫来石25%、石膏30%、玻璃纤维0.2%;水固比55: ioo,水硅溶胶为5 : i。用于精密铸造铝合金或铜合金铸件。但经过试验，从常温到700'C的焙烧时间约为 96小时，焙烧后石膏型的收縮率大于1%。中国专利申请号200510088358. 5给出一种精密铸造用石英粉的制备方法，配方为石英粉+高温石英粉50.9% 99.9%，固体粘结剂0. 1 17%，高温 稳定剂0 18%，消泡剂0 5%，凝结剂0 13%。可用于贵金属、不锈钢等高 熔点金属或合金的铸造。类似的还有中国专利申请号200710052378.6，中国 专利申请号200510019444.0。这三个专利不属于石膏铸粉类，用于铝合金和铜 合金的生产成本较高。目前用于铝合金和铜合金铸造的石膏铸粉种类虽然较多，但在使用过程中 均有以下不足由于石膏型导热能力差，焙烧时间太长，约为72 96小时，耗 能耗时；因石膏组分的收縮大而使铸型尺寸不易精确控制；焙烧或浇铸合金时 裂纹倾向严重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种铸造有色金属用铸 型材料及制型工艺，以大幅提高该铸型热传导能力，缩短焙烧时间，提高铸型 尺寸稳定性，能同时用于浇铸不同有色金属，减少铸型的热裂倾向。 为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是 该铸型材料包括以下组分及其重量百分比a—半水石膏粉 20 35%, 石英粉 3.2 10%, 铝砜土 50 60%， 滑石粉 4 10%， 石墨粉 1.5 5%, 玻璃纤维 0. 1 0.3%;其中石英粉的粒度为200 500目，铝矾土的粒度为K)0 600目，滑石粉的粒 度为350 500目，玻璃纤维的长度和直径分别为10 15mm和0.024± 0麓mm;a—半水石膏粉、石英粉、铝矾土、滑石粉、石墨粉和玻璃纤维均为市售产品。各组分的作用是a—半水石膏粉通过水化后结晶使二水石膏硬化，给予铸型一定强度、硬 度和形状；石英粉石英粉在573C时由p相转变为a相时，体积膨胀0.82%，方石英粉在180 27(TC时由p相转变为a相时，体积膨胀约2.8%。而a石膏在低于 180。C时发生膨胀，在180 230。C由2水石膏向半水石膏和无水石膏转变，发生 收縮约2.4%。 40(TC时，(x石膏由三斜晶体转变为斜方晶体，体积又会发生较大 收縮。因此加入石英粉在理论上可以大部分抵消此时石膏的热收縮，达到控制 铸型的尺寸稳定性和提高抗热裂能力目的。但由于石英材料和石膏晶型转变的 温度存在差异，使线膨胀率随温度的变化呈现波动。见附图l， <180°0时，石膏 和石英都膨胀，但随温度升高，铸型水分蒸发而逐渐收縮。180 23(TC区间， 石英膨胀而石膏收縮，叠加效果为收縮。230 40(TC区间叠加效果表现为膨胀， 超过40(TC表现为收缩加大。线膨胀率波动越大，铸型材料内的组织应力越复杂， 即裂纹倾向越大。见附图1中，实线1是铸粉含45%铝矾土的铸型线膨胀率，虚线2是铸粉 含45%石英粉的铸型线膨胀率，其它组分相同。比较实线1和虚线2的波动幅 度可以得出铝矾土比石英粉对铸型的尺寸稳定性和降低裂纹倾向更为有利， 因此本专利技术根据附图1的试验结果，采用铝矾土代替了大部分石英粉。铝砜土作为耐火材料加入以提高铸型的耐高温能力和抗热冲击能力，用 该配方制成的铸型既适合于浇铸铝合金铸件，同时又适合于浇铸铜合金铸件。 同时铝矶土在干燥后的铸型焙烧温度区间(室温 90(TC)自身具备良好的尺寸 稳定性，在焙烧过程中，较大量的铝矾土粉的存在阻滞了二水石膏向无水石膏转 变时的收縮而导致的整体铸型收縮，附图1中的实线(线膨胀率变化线)波动 趋于相对平缓，幅度减小，因此保持了铸型尺寸的稳定性；滑石粉滑石粉向石膏浆液中引入了大量Ca2+，用于降低石膏(CaS04) 在水中的过饱和度，减缓半水石膏向二水石膏的转变速率。因此可以延长石膏 的初凝点，改善石膏浆料流动性，提高材料的充型能力和铸型的表面质量；石墨粉利用石墨良好的热导性，用于提高铸型焙烧时的传热能力。铝矾 土、石膏、石英粉均是热导性极差材料，焙烧时铸型由表及里的传热达至铸型 均温，需要耗费大量能源长时缓慢加热保温。如果加热过快，即会因为铸型各 部位厚薄不均或表、里温差加大形成的热应力，超过铸型强度产生裂纹；也可 以因温差过大，使铸型各部位厚薄不均或表、里的材料在特定温度下的晶型转 变不同步而形成过大的组织应力，导致铸型产生裂纹。因此，加入石墨粉后大 幅提高了铸型的传热能力，加快了铸型各部位或表、里材料的均温过程，加入 石墨粉后，能大幅度地縮短铸型焙烧时间。所以，加入石墨粉后不仅能提高制型效率、节约能源，还可以降低铸型的热裂倾向；玻璃纤维用于改善铸型抗热裂性能和降低裂纹的扩展倾向； 硅溶胶用于适当延长石膏浆料的初凝点和提高铸型湿、干强度。 铸造有色金属用铸型的制型工艺1、 按其组分及重量百分比配铸型材料，2、 将配后铸型材料混匀，3、 配硅溶胶溶液按硅溶胶10 16%和水90 84%混合制成；4、 制浆将铸型材料重量的38 46%的硅溶胶溶液置于制浆机内，再将混匀后的铸型材料置于硅溶胶溶液中，搅拌3 5分钟；5、 制成铸型将制浆制成铸型并自然干燥，6、 焙烧将制型干燥后的铸型置于加热炉内加热到IO(TC，保温7 10小 时后；加热到18(TC,保温4 5小时后；加热到24(TC，保温6 8小时后；加 热到32(TC，保温5小时后；加热到40(TC，保温5小时后；加热到50(TC:保温5 7小时后；加热到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造有色金属用铸型材料，其特征在于该铸型材料包括以下组分及其重量百分比：α－半水石膏粉２０～３５％，石英粉３．２～１０％，铝矾土５０～６０％，滑石粉４～１０％，石墨粉１．５～５％，玻璃纤维０．１～０．３％，其中：石英粉的粒度为２００～５００目，铝矾土的粒度为１００～６００目，滑石粉的粒度为３５０～５００目，玻璃纤维的长度和直径分别为１０～１５ｍｍ和０．０２４±０．００２ｍｍ。

【技术特征摘要】
1、一种铸造有色金属用铸型材料，其特征在于该铸型材料包括以下组分及其重量百分比α-半水石膏粉20～35％，石英粉 3.2～10％，铝矾土 50～60％，滑石粉 4～10％，石墨粉 1.5～5％，玻璃纤维 0.1～0.3％，其中石英粉的粒度为200～500目，铝矾土的粒度为100～600目，滑石粉的粒度为350～500目，玻璃纤维的长度和直径分别为10～15mm和0.024±0.002mm。2、 根据权利要求1所述的铸造有色金属用铸型材料，其特征在于铸造铝合金用铸型材料包括以下组分及其重量百分比(x—半水石膏粉 35%，石英粉 3.2%,铝矾土 50%，滑石粉 10%，石墨粉 1.5。％，玻璃纤维 0.3%。3、 根据权利要求1所述的铸造有色金属用铸型材料，其特征在于铸造铜合金用铸型材料包括以下组分及其重量百分比-a—半水石膏粉 20.7%，石英粉 10%，铝矾土 60%,滑石粉 4%,石墨粉 5%，玻璃纤维 0.3%。4、 根据权利要求1所述的铸造有色金属用铸型材料，其特征在于铸造铝合金或铜合金用铸型材料包括以下组分及其重量百分比:(X —半水石膏粉 30%，石英粉 4.8%，铝砜土 55%，滑石粉 7%，石墨粉 3%,玻璃纤维 0.2%。5、 一种铸造有色金属用铸型的制型工艺，其特征在于(1) 、按其组分及重量百分比配铸型材料；(2) 、将配后铸型材料混匀；(3) 、配制硅溶胶溶液按硅溶胶10 16%和水84 卯％混合制成；(4) 、制浆将铸型材料重量的38 46%的硅溶胶溶液置于制浆机内，再将混匀后的铸型材料置于硅溶胶溶液中，搅拌3 5分钟；(5) 、制成铸型将制浆制成铸型并自然干燥；(6) 、焙烧将干燥后的铸型置于加热炉内加热到IO(TC，保温7 10小时后；加热到18(TC，保温4 5小时后；加热到240。C，保温6 8小时后；加热到320 °C，保温5小时后；加热到400。C，保温5小时后；加热到50(TC:保温5 7 小时后；加热到60(TC，保温5小时后；加热到70(TC:保温5小时后；随炉冷 却至30(TC 40(TC，浇铸熔炼后的有色金属。6、 根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：江涛，朱飞，成丹，唐华林，刘天模，于今，吴先哲，肖乐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[]