一種zl101薄壁鋁合金件的鑄造方法
【專利摘要】本發明公開了一種ZL101薄壁鋁合金件的鑄造方法，該方法包括如下步驟：1)準備型砂原料；2)制備粘結劑料漿，所述粘結劑以重量百分數計由下列組分組成：淀粉36-40％，呋喃樹脂6-8％，鈣基膨潤土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；5)熔煉ZL101合金；其中采用添加0.035％的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為735-745℃時進行精煉，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，開模，清理并進行熱處理。
【專利說明】一種ZL101薄壁鋁合金件的鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金鑄造【技術領域】，具體涉及一種薄壁鋁合金鑄件的鑄造方法。
【背景技術】
[0002]目前，越來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性，但是液態金屬在薄壁、狹長的通道中冷卻速度快，容易產生冷隔等鑄造缺陷，現有技術中通常采用澆道設計，布置冷鐵，冒口設計等改進澆注條件的方法，但這些方法仍然不太理想，對于這類鑄件產品，現有技術中通過對型砂進行改進以克服這類缺陷的報道不多見。
[0003]型砂在鑄造生產中的作用極為重要，因型砂的質量不好而造成的鑄件廢品約占鑄件總廢品的30?50%。通常對型砂的要求是:1、具有較高的強度和熱穩定性，以承受各種外力和高溫的作用。2、良好的流動性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒間相互移動的能力。3、一定的可塑性，即型砂在外力作用下變形，當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、粘結劑類型等對鑄件的性能具有重要影響，特別是對鋁合金鑄造而言，傳統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，導致砂型透氣性不好，鋁鑄件有氣孔產生。國內外廣泛使用的煤粉粘土濕型砂，一般由原砂、粘結劑、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、生產效率高的優點，但其消耗量大、排放嚴重、在鑄造過程煤粉燃燒分解產生有毒氣體污染。并且傳統的型砂鑄造鋁合金產品的粘砂、氣孔、裂紋等缺陷率在15 %以上，廢品率高導致鑄件成本的極大增加。
[0006]因此，本發明著力從鑄造型砂的改進來改善ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造缺陷。

【發明內容】

[0007]針對現有技術的不足，本發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，克服ZLlOl薄壁鋁合金件的鑄造缺陷。
[0008]為實現上述目的，本申請采用的技術方案如下:
[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)準備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計有下列原料組成: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,粘結劑以重量百分數計由下列組分組成:淀粉36-40 %，呋喃樹脂6_8 %，鈣基膨潤土 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)制備粘結劑料漿:取上述稱量好的粘結劑組分原料，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脂、鈣基膨潤土、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，獲得粘結劑料漿；
[0012]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8-10小時制得型砂。
[0013]4)制作鑄型及澆注系統，根據被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規內澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統采用常規鑄件澆注系統即可，無需布置冷鐵；
[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15-20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為735-745°C時進行精煉，精煉后靜置10-12min ；
[0015]6)澆注:將鑄型提前烘烤預熱，預熱溫度為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，開模，清理并進行熱處理。
[0017]本發明通過對型砂的改進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，產品合格率高，具體為:
[0018]一.關于型砂的改進:
[0019]I)本發明制備的型砂不采用粉煤灰做原料，排放少，不產生有毒氣體，幾乎零污染。
[0020]2)本發明型砂骨料采用石英原砂新砂、石英原砂舊砂搭配，節省原料成本；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題，節省成本，同時發現由于電解鋁渣粉料中含有殘余的鋁和氧化鋁，與被鑄鋁合金同質成分，可改善鋁合金的表面質量，起到了意料不到的技術效果。
[0022]4)添加適量的空心微珠改善了鑄型的透氣性能；同時通過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劑，使得由該型砂制備的鑄型澆注時強度、鑄后潰散性優異。
[0024]二.關于冶煉和澆注工藝
[0025]I)本發明通過提高精煉溫度，并控制精煉時間，使得鋁合金熔體中的氣體含量降低；
[0026]2)本發明通過提高澆注的溫度使得合金的流動性好，避免產生澆不足等缺陷；[0027]3)本發明創造性的針對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的滿充和補縮效果，這樣的配合使得鑄件的冷隔缺陷基本消除。
[0028]經過大量的實驗統計，采用本發明方法所制備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]本發明方法廣泛適用于座體、艙門，蝸殼、筒套類薄壁件以及壁厚相差大的ZLlOl鋁合金鑄件。
【具體實施方式】
[0030]實施例一
[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)準備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計有下列原料組成: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,粘結劑以重量百分數計由下列組分組成:淀粉36%，呋喃樹脂8%，鈣基膨潤土 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)制備粘結劑料漿:取上述稱量好的粘結劑組分原料，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脂、鈣基膨潤土、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，獲得粘結劑料漿；
[0034]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8小時制得型砂。
[0035]4)制作鑄型及澆注系統，根據被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規內澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統采用常規鑄件澆注系統即可，無需布置冷鐵；
[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15分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為735°C時進行精煉，精煉后靜置IOmin ；
[0037]6)澆注:將鑄型提前烘烤預熱，預熱溫度為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，開模，清理并進行熱處理。
[0039]實施例二
[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)準備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計有下列原料組成: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,粘結劑以重量百分數計由下列組分組成:淀粉40 %，呋喃樹脂6 %，鈣基膨潤土 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)制備粘結劑料漿:取上述稱量好的粘結劑組分原料，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脂、鈣基膨潤土、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，獲得粘結劑料漿；
[0043]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約10小時制得型砂。
[0044]4)制作鑄型及澆注系統，根據被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規內澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統采用常規鑄件澆注系統即可，無需布置冷鐵；
[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20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為745°C時進行精煉，精煉后靜置12min ；
[0046]6)澆注:將鑄型提前烘烤預熱，預熱溫度為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，開模，清理并進行熱處理。
[0048]實施例三
[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)準備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計有下列原料組成: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,粘結劑以重量百分數計由下列組分組成:淀粉38%，呋喃樹脂4%，鈣基膨潤土 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)制備粘結劑料漿:取上述稱量好的粘結劑組分原料，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脂、鈣基膨潤土、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，獲得粘結劑料漿；
[0052]3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約9小時制得型砂。
[0053]4)制作鑄型及澆注系統，根據被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規內澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統采用常規鑄件澆注系統即可，無需布置冷鐵；
[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18分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為740°C時進行精煉,精煉后靜置Ilmin ；[0055]6)澆注:將鑄型提前烘烤預熱，預熱溫度為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，開模，清理并進行熱處理。
[0057] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產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，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
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)準備型砂原料:所采用的鑄造型砂以重量份計有下列原料組成: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,粘結劑以重量百分數計由下列組分組成:淀粉36-40%，呋喃樹脂6_8%，鈣基膨潤土 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)制備粘結劑料漿:取上述稱量好的粘結劑組分原料，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脂、鈣基膨潤土、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，獲得粘結劑料漿； 3)制備型砂:將步驟2)制備的粘結劑料漿與步驟I)中稱量好的其它型砂組分在混料器中混合約8-10小時制得型砂。 4)制作鑄型及澆注系統，根據被鑄零件的形狀制作鑄型，采用頂注方式制作常規內澆道、橫澆道和直澆道和冒口，該澆注系統采用常規鑄件澆注系統即可，無需布置冷鐵； 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15-20分鐘后，向熔煉后的鋁液中添加0.035%的Sr進行變質處理，除渣后通入氬氣旋轉除氣在溫度為735-745°C時進行精煉，精煉后靜置10-12min ； 6)澆注:將鑄型提前烘烤預熱，預熱溫度為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，開模，清理并進行熱處理。
【文檔編號】B22C9/08GK104014717SQ201410241851
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】朱小英 申請人:朱小英