[其他]鑄鋼件水溶性型芯

在審

• 申請號: 101987000002126
• 申請日: 1987-03-17
• 公開（公告）號: CN1004055B
• 公開（公告）日: 1989-05-03
• 發明（設計）人: 孟爽芬;羅愛華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 代理公司: 哈爾濱工業大學專利事務所
• 代理人: 黃錦陽

鑄鋼件水溶性型芯，選用電熔剛玉砂或鋁釩土熟料砂作為基材，另加氫氧化鋇有機粘結劑，在低溫下烘干制成，與現有水溶性型芯的制造方法相比，本發明制造成本低廉。方法簡單，節約能源，可以改善鑄造工人的勞動環境，制成的型芯潰散性能良好，用于鋼件鑄造，可以獲得高質量的鑄件。

本發明屬于鑄造技術領域。

隨著現代工業技術的發展，尤其是航空、航天事業的突飛猛進，鑄件的形狀日益復雜;對其內腔的復雜程度、尺寸精度及表面光潔度等方面的要求越來越高。現有的技術已難以適應，鑄造工作者們迫切需要一種高強度、高精度、耐熱性好、易成形、易潰散的型芯來滿足生產的要求。在此基礎上，水溶性型芯應運而生了，這是一種澆注后不需清理，可直接在水或稀酸中溶解潰散的型芯。

水溶性型芯早在四十年代就有人進行過探索與研究。見不池敬一《鑄段造》，1978，（5），1～9。六十年代開始用來解決鋁、鎂合金的復雜內腔的成形問題，見Casting Technology April1967，（27）那時的水溶芯是用水溶性無機鹽為基體材料，故稱為水溶性鹽芯。這類型芯雖然能用于鋁、鎂合金的鑄造，但它們的熔點低（只有幾百度），耐熱性差，且易與金屬液反應，因此對澆注溫度高達1600℃以上的鑄鋼、耐熱合金等高熔點合金的鑄造就無能為力了。

高熔點合金的細孔，目前多用以石英為主要成分的硅基陶瓷芯來形成。這種陶瓷芯雖然耐熱性很高，也不與金屬液反應，但不易脫芯，必須采用熱荷性堿或氫氟酸溶液來除芯。除芯工藝復雜，設備龐大、時間長，且對鑄造合金有腐蝕作用。見US Patent US3701379。

因此，在水溶性鹽芯的基礎上，國外發展了一種既具有鹽芯的水溶性又具有陶瓷芯的耐熱性的型芯，這就是水溶性陶瓷芯。這種型芯可分為兩類：

1.以能溶于水或稀酸的耐火陶瓷材料（如MgO、（6、5〕CaO〔8、7〕）為基材，加入一些易發揮的有機增塑劑，成形后高溫燒結而成。

2.以難溶耐火材料（多用Al₂O₃系材料）為基材，可溶性鹽類為粘結劑，通過各種成形工藝制成。

第一類水溶性陶瓷芯最突出的優點是優異的高溫性能及良好的表面光潔度，使之能用于許多高熔點合金的精鑄生產中。其缺點是需高溫燒結，不但使工藝復雜化，還使型芯水溶性下降。這是因為高溫燒結導致燒結體的晶粒粗大、致密;同時也使雜質活性增大，與基體材料形成難溶的新相。故這類型芯的脫芯條件要求較高，一般要在溫度相當高的熱蒸汽或有機酸中脫芯，有時還需輔之以一定的機械攪動或振動。脫芯后原材料也不易回收，成本高。見US patent US3722574，US Patent US3643728。

第二類水溶性陶瓷芯不需要高溫燒結，低溫烘干后即可使用，生產工藝簡單，原材料易回收，多用于砂型鑄造中。其水溶性較第一類型芯好得多，這類型芯的結構是可溶性鹽包復于耐火材料顆粒的表面，型芯入水后，由于耐火材料顆粒之間的毛細管現象。產生水的滲透，使粘結層的鹽溶解，導致整個型芯的迅速潰散，故這類型芯在80℃左右的熱水中就可以脫芯，且速度較快，φ50×50mm的型芯只需1分鐘。但這類型芯受其粘結劑鹽熔點的限制，使用溫度不能太高，受熱時間也不能太長，且這類型芯的光潔度不如第一類陶瓷芯，在精鑄中使用還有困難。見黃星亮《現代鑄造》1982（3），5-12。

本發明的目的在于選擇合理的水溶性型芯混合料的配方，使之可以采用一般的制芯方法制造型芯，并具有較好的水溶潰散性，無燒結現象，從而獲得光潔的鑄件內腔。

本發明的要點在于：

1.原材料選用

（1）型芯基材：采用電熔剛玉砂或鋁釩土熟料砂。其化學組成，結構性質見表1

兩種原砂常溫巖相結構中的剛玉相（α-Al₂O₃）和莫來石相（3Al₂O₃·2SiO₂）結構穩定，致密，且不與鋼液反應，因而是鑄鋼件理想的耐火材料，尤其是鋁釩土砂價格低廉（不到剛玉砂的十分之一，也低于石英砂），采用后可有效地降低成本。