一種zl101薄壁鋁合金件的鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種ZL101薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟：1)準(zhǔn)備型砂原料；2)制備粘結(jié)劑料漿，所述粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成：淀粉36-40％，呋喃樹(shù)脂6-8％，鈣基膨潤(rùn)土14-16％，-100目甘蔗渣纖維素粉3-5％，硬脂酸鋅1-2％，三聚磷酸鈉2-3％，余量為水；3)制備型砂；4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)；5)熔煉ZL101合金；其中采用添加0.035％的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為735-745℃時(shí)進(jìn)行精煉，精煉后靜置10-12min；6)澆注：其中控制鋁合金澆注溫度為720-730℃，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用6-8kg/s的速度，中間的約2/5采用4-5kg/s，最后的約1/5采用6-8kg/s；7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
【專利說(shuō)明】一種ZL101薄壁鋁合金件的鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種薄壁鋁合金鑄件的鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，越來(lái)越多的薄壁鋁合金件采用鑄造法一次成型，如大型座體，蝸殼、艙門(mén)類鑄件，這類鑄件尺寸較大，壁薄，不加工面多，壁厚處40-100mm,壁薄處3_5mm,壁厚過(guò)渡不均勻，鑄造工藝難度大，尺寸難控制，這類鑄件通常采用ZLlOl合金砂型重力鑄造或金屬性壓鑄，ZLlOl合金雖然有較好的流動(dòng)性，但是液態(tài)金屬在薄壁、狹長(zhǎng)的通道中冷卻速度快，容易產(chǎn)生冷隔等鑄造缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用澆道設(shè)計(jì)，布置冷鐵，冒口設(shè)計(jì)等改進(jìn)澆注條件的方法，但這些方法仍然不太理想，對(duì)于這類鑄件產(chǎn)品，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)對(duì)型砂進(jìn)行改進(jìn)以克服這類缺陷的報(bào)道不多見(jiàn)。
[0003]型砂在鑄造生產(chǎn)中的作用極為重要，因型砂的質(zhì)量不好而造成的鑄件廢品約占鑄件總廢品的30?50%。通常對(duì)型砂的要求是:1、具有較高的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，以承受各種外力和高溫的作用。2、良好的流動(dòng)性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒間相互移動(dòng)的能力。3、一定的可塑性，即型砂在外力作用下變形，當(dāng)外力去除后能保持所給予的形狀的能力。4、較好的透氣性，即型砂孔隙透過(guò)氣體的能力。5、高的潰散性，又稱出砂性，即在鑄件凝固后型砂是否容易破壞，是否容易從鑄件上清除的性能。
[0004]型砂按所用粘結(jié)劑不同，可分為粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、石英砂等，以粘土砂、水玻璃砂及石英砂用的最多。
[0005]型砂中的原砂、粘結(jié)劑類型等對(duì)鑄件的性能具有重要影響，特別是對(duì)鋁合金鑄造而言，傳統(tǒng)的鋁合金鑄造用的型砂配方中型砂粒徑太大或太小，型砂料徑太大，雖然透氣性較好，但是鋁砂件表面比較粗糙，光潔度不好，型砂料徑太小，導(dǎo)致砂型透氣性不好，鋁鑄件有氣孔產(chǎn)生。國(guó)內(nèi)外廣泛使用的煤粉粘土濕型砂，一般由原砂、粘結(jié)劑、煤粉添加物等與水混制而成，具有一定的防粘砂效果和材料成本低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，但其消耗量大、排放嚴(yán)重、在鑄造過(guò)程煤粉燃燒分解產(chǎn)生有毒氣體污染。并且傳統(tǒng)的型砂鑄造鋁合金產(chǎn)品的粘砂、氣孔、裂紋等缺陷率在15 %以上，廢品率高導(dǎo)致鑄件成本的極大增加。
[0006]因此，本發(fā)明著力從鑄造型砂的改進(jìn)來(lái)改善ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法采用全新的型砂作為制作鑄型，采用重力澆注方法，配合合金冶煉和澆注工藝的改進(jìn)，克服ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造缺陷。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟:
[0010]I)準(zhǔn)備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計(jì)有下列原料組成:石英原砂新砂60-64份，石英原砂舊砂24-28份，電解鋁渣粉料3_5份，鋯英砂4_6份，空心微珠1_6份，粘結(jié)劑料漿16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度為100-200目，石英原砂舊砂的粒度為150-250目，電解鋁渣粉料和鋯英砂的粒度為-300目，空心微珠的粒度約為10-60 μ m,粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:淀粉36-40 %，呋喃樹(shù)脂6_8 %，鈣基膨潤(rùn)土 14-16 %，-100目甘蔗渣纖維素粉3-5 %，硬脂酸鋅1-2 %，三聚磷酸鈉2_3 %，余量為水；按上述配比稱量各型砂原料；
[0011]2)制備粘結(jié)劑料漿:取上述稱量好的粘結(jié)劑組分原料，在攪拌容器中加入水，然后加入淀粉并攪拌得懸混液，并在攪拌條件下依次加入呋喃樹(shù)脂、鈣基膨潤(rùn)土、硬脂酸鋅、三聚磷酸鈉，全部加完后以600-800rpm的速度攪拌10-15分鐘，然后加入-100目甘蔗渣纖維素粉，并以lOOO-llOOrpm的速度攪拌15-20分鐘，獲得粘結(jié)劑料漿；
[0012]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結(jié)劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8-10小時(shí)制得型砂。
[0013]4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)，根據(jù)被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規(guī)內(nèi)澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統(tǒng)采用常規(guī)鑄件澆注系統(tǒng)即可，無(wú)需布置冷鐵；
[0014]5)熔煉 ZL101 合金；控制合金成分為 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用純鋁和中間合金在電阻爐中熔煉，待全部熔化并均質(zhì)15-20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為735-745°C時(shí)進(jìn)行精煉，精煉后靜置10-12min ；
[0015]6)澆注:將鑄型提前烘烤預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120-150°C，控制鋁合金澆注溫度為720-730°C，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用6_8kg/s的速度，中間的約2/5采用4-5kg/s,最后的約1/5采用6_8kg/s ；
[0016]7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
[0017]本發(fā)明通過(guò)對(duì)型砂的改進(jìn)和和冶煉澆注工藝的控制；使得制備的薄壁鑄件工藝缺陷少，產(chǎn)品合格率高，具體為:
[0018]一.關(guān)于型砂的改進(jìn):
[0019]I)本發(fā)明制備的型砂不采用粉煤灰做原料，排放少，不產(chǎn)生有毒氣體，幾乎零污染。
[0020]2)本發(fā)明型砂骨料采用石英原砂新砂、石英原砂舊砂搭配，節(jié)省原料成本；添加適量鋯英砂可提高型砂的耐火度，使得鑄型耐澆性能提高。
[0021]3)創(chuàng)造性的在型砂中添加電解鋁渣粉料，解決了電解鋁渣廢料回收的問(wèn)題，節(jié)省成本，同時(shí)發(fā)現(xiàn)由于電解鋁渣粉料中含有殘余的鋁和氧化鋁，與被鑄鋁合金同質(zhì)成分，可改善鋁合金的表面質(zhì)量，起到了意料不到的技術(shù)效果。
[0022]4)添加適量的空心微珠改善了鑄型的透氣性能；同時(shí)通過(guò)幾種粉料的粒度搭配，既使得鑄型透氣性能好，降低鑄造缺陷，又使得鑄件的表面光潔。
[0023]5)采用以淀粉為主的全新的粘結(jié)劑，使得由該型砂制備的鑄型澆注時(shí)強(qiáng)度、鑄后潰散性優(yōu)異。
[0024]二.關(guān)于冶煉和澆注工藝
[0025]I)本發(fā)明通過(guò)提高精煉溫度，并控制精煉時(shí)間，使得鋁合金熔體中的氣體含量降低；
[0026]2)本發(fā)明通過(guò)提高澆注的溫度使得合金的流動(dòng)性好，避免產(chǎn)生澆不足等缺陷；[0027]3)本發(fā)明創(chuàng)造性的針對(duì)薄壁鋁合金件采用控制澆注速度的方式，前期快，使得熔體迅速充型，中期稍慢以使得卷入氣體少，同時(shí)由于前期的澆注使得合金充型效果更好，最后再快速澆注以保證合金在鑄型內(nèi)的滿充和補(bǔ)縮效果，這樣的配合使得鑄件的冷隔缺陷基本消除。
[0028]經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，采用本發(fā)明方法所制備ZLlOl薄壁鑄件，粘砂、氣孔、裂紋、冷隔、縮孔、疏松等缺陷率在3%以下，可大幅提高鑄件成品率，降低鑄件成本。
[0029]本發(fā)明方法廣泛適用于座體、艙門(mén)，蝸殼、筒套類薄壁件以及壁厚相差大的ZLlOl鋁合金鑄件。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例一
[0031]一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟:
[0032]I)準(zhǔn)備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計(jì)有下列原料組成:石英原砂新砂60份，石英原砂舊砂28份，電解鋁渣粉料3份，鋯英砂6份，空心微珠I份，粘結(jié)劑料漿18份，水22份；其中，石英原砂新砂的粒度為100-200目，石英原砂舊砂的粒度為150-250目，電解鋁渣粉料和鋯英砂的粒度為-300目，空心微珠的粒度約為10-60 μ m,粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:淀粉36%，呋喃樹(shù)脂8%，鈣基膨潤(rùn)土 14%，-100目甘蔗渣纖維素粉5%，硬脂酸鋅I %，三聚磷酸鈉3%，余量為水；按上述配比稱量各型砂原料；
[0033]2)制備粘結(jié)劑料漿:取上述稱量好的粘結(jié)劑組分原料，在攪拌容器中加入水，然后加入淀粉并攪拌得懸混液，并在攪拌條件下依次加入呋喃樹(shù)脂、鈣基膨潤(rùn)土、硬脂酸鋅、三聚磷酸鈉，全部加完后以600rpm的速度攪拌15分鐘，然后加入-100目甘蔗渣纖維素粉，并以IOOOrpm的速度攪拌20分鐘，獲得粘結(jié)劑料漿；
[0034]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結(jié)劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8小時(shí)制得型砂。
[0035]4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)，根據(jù)被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規(guī)內(nèi)澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統(tǒng)采用常規(guī)鑄件澆注系統(tǒng)即可，無(wú)需布置冷鐵；
[0036]5)熔煉 ZLlOl 合金；控制合金成分為 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5%,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用純鋁和中間合金在電阻爐中熔煉，待全部熔化并均質(zhì)15分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為735°C時(shí)進(jìn)行精煉，精煉后靜置IOmin ；
[0037]6)澆注:將鑄型提前烘烤預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120°C，控制鋁合金澆注溫度為720°C，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用6kg/s的速度，中間的約2/5采用4kg/s,最后的約1/5采用6kg/s ；
[0038]7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
[0039]實(shí)施例二
[0040]一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟:
[0041]I)準(zhǔn)備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計(jì)有下列原料組成:石英原砂新砂64份，石英原砂舊砂24份，電解鋁渣粉料5份，鋯英砂4份，空心微珠6份，粘結(jié)劑料漿16份，水26份；其中，石英原砂新砂的粒度為100-200目，石英原砂舊砂的粒度為150-250目，電解鋁渣粉料和鋯英砂的粒度為-300目，空心微珠的粒度約為10-60 μ m,粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:淀粉40 %，呋喃樹(shù)脂6 %，鈣基膨潤(rùn)土 16 %，-100目甘蔗渣纖維素粉3 %，硬脂酸鋅2 %，三聚磷酸鈉2 %，余量為水；按上述配比稱量各型砂原料；
[0042]2)制備粘結(jié)劑料漿:取上述稱量好的粘結(jié)劑組分原料，在攪拌容器中加入水，然后加入淀粉并攪拌得懸混液，并在攪拌條件下依次加入呋喃樹(shù)脂、鈣基膨潤(rùn)土、硬脂酸鋅、三聚磷酸鈉，全部加完后以SOOrpm的速度攪拌10分鐘，然后加入-100目甘蔗渣纖維素粉，并以IlOOrpm的速度攪拌15分鐘，獲得粘結(jié)劑料漿；
[0043]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結(jié)劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約10小時(shí)制得型砂。
[0044]4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)，根據(jù)被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規(guī)內(nèi)澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統(tǒng)采用常規(guī)鑄件澆注系統(tǒng)即可，無(wú)需布置冷鐵；
[0045]5)熔煉 ZLlOl 合金；控制合金成分為 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用純鋁和中間合金在電阻爐中熔煉，待全部熔化并均質(zhì)20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為745°C時(shí)進(jìn)行精煉，精煉后靜置12min ；
[0046]6)澆注:將鑄型提前烘烤預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150°C，控制鋁合金澆注溫度為730°C，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用8kg/s的速度，中間的約2/5采用5kg/s,最后的約1/5采用8kg/s ；
[0047]7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
[0048]實(shí)施例三
[0049]一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟:
[0050]I)準(zhǔn)備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計(jì)有下列原料組成:石英原砂新砂62份，石英原砂舊砂26份，電解鋁渣粉料4份，鋯英砂5份，空心微珠3份，粘結(jié)劑料漿17份，水24份；其中，石英原砂新砂的粒度為100-200目，石英原砂舊砂的粒度為150-250目，電解鋁渣粉料和鋯英砂的粒度為-300目，空心微珠的粒度約為10-60 μ m,粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:淀粉38%，呋喃樹(shù)脂4%，鈣基膨潤(rùn)土 15%，-100目甘蔗渣纖維素粉4%，硬脂酸鋅1.5%，三聚磷酸鈉2.3%，余量為水；按上述配比稱量各型砂原料；
[0051]2)制備粘結(jié)劑料漿:取上述稱量好的粘結(jié)劑組分原料，在攪拌容器中加入水，然后加入淀粉并攪拌得懸混液，并在攪拌條件下依次加入呋喃樹(shù)脂、鈣基膨潤(rùn)土、硬脂酸鋅、三聚磷酸鈉，全部加完后以700rpm的速度攪拌13分鐘，然后加入-100目甘蔗渣纖維素粉，并以1050rpm的速度攪拌18分鐘，獲得粘結(jié)劑料漿；
[0052]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結(jié)劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約9小時(shí)制得型砂。
[0053]4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)，根據(jù)被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規(guī)內(nèi)澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統(tǒng)采用常規(guī)鑄件澆注系統(tǒng)即可，無(wú)需布置冷鐵；
[0054]5)熔煉 ZLlOl 合金；控制合金成分為 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用純鋁和中間合金在電阻爐中熔煉，待全部熔化并均質(zhì)18分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為740°C時(shí)進(jìn)行精煉,精煉后靜置Ilmin ；[0055]6)澆注:將鑄型提前烘烤預(yù)熱，預(yù)熱溫度為135°C，控制鋁合金澆注溫度為725°C，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用7kg/s的速度，中間的約2/5采用4kg/s,最后的約1/5采用7kg/s ；
[0056]7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
[0057] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)準(zhǔn)備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計(jì)有下列原料組成:石英原砂新砂60-64份，石英原砂舊砂24-28份，電解鋁渣粉料3_5份，鋯英砂4_6份，空心微珠1_6份，粘結(jié)劑料漿16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度為100-200目，石英原砂舊砂的粒度為150-250目，電解鋁渣粉料和鋯英砂的粒度為-300目，空心微珠的粒度約為10-60 μ m,粘結(jié)劑以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組分組成:淀粉36-40%，呋喃樹(shù)脂6_8%，鈣基膨潤(rùn)土 14-16%，-100目甘蔗渣纖維素粉3-5%，硬脂酸鋅1-2%，三聚磷酸鈉2_3%，余量為水；按上述配比稱量各型砂原料； 2)制備粘結(jié)劑料漿:取上述稱量好的粘結(jié)劑組分原料，在攪拌容器中加入水，然后加入淀粉并攪拌得懸混液，并在攪拌條件下依次加入呋喃樹(shù)脂、鈣基膨潤(rùn)土、硬脂酸鋅、三聚磷酸鈉，全部加完后以600-800rpm的速度攪拌10-15分鐘,然后加入-100目甘鹿洛纖維素粉，并以lOOO-llOOrpm的速度攪拌15-20分鐘，獲得粘結(jié)劑料漿； 3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結(jié)劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8-10小時(shí)制得型砂。 4)制作鑄型及澆注系統(tǒng)，根據(jù)被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規(guī)內(nèi)澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統(tǒng)采用常規(guī)鑄件澆注系統(tǒng)即可，無(wú)需布置冷鐵； 5)熔煉ZL1 01合金;控制合金成分為 Si6.8-7.2%,Mg0.25-0.45%,Fe0.5%,Zn0.3%,Mn0.35%, Al余量，采用純鋁和中間合金在電阻爐中熔煉，待全部熔化并均質(zhì)15-20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進(jìn)行變質(zhì)處理，除渣后通入氬氣旋轉(zhuǎn)除氣在溫度為735-745°C時(shí)進(jìn)行精煉，精煉后靜置10-12min ； 6)澆注:將鑄型提前烘烤預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120-150°C，控制鋁合金澆注溫度為720-730°C，澆注速度按如下方式控制，總澆注量的前約2/5采用6_8kg/s的速度，中間的約2/5采用4-5kg/s,最后的約1/5采用6_8kg/s ； 7)隨型冷卻后，開(kāi)模，清理并進(jìn)行熱處理。
【文檔編號(hào)】B22C9/08GK104014717SQ201410241851
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】朱小英 申請(qǐng)人:朱小英