一种zl101薄壁铝合金件的铸造方法
【专利摘要】本发明公开了一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤：1)准备型砂原料；2)制备粘结剂料浆，所述粘结剂以重量百分数计由下列组分组成：淀粉36-40％，呋喃树脂6-8％，钙基膨润土14-16％，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5％，硬脂酸锌1-2％，三聚磷酸钠2-3％，余量为水；3)制备型砂；4)制作铸型及浇注系统；5)熔炼ZL101合金；其中采用添加0.035％的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745℃时进行精炼，精炼后静置10-12min；6)浇注：其中控制铝合金浇注温度为720-730℃，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6-8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s，最后的约1/5采用6-8kg/s；7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
【专利说明】一种ZL101薄壁铝合金件的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝合金铸造【技术领域】，具体涉及一种薄壁铝合金铸件的铸造方法。
【背景技术】
[0002]目前，越来越多的薄壁铝合金件采用铸造法一次成型，如大型座体，蜗壳、舱门类铸件，这类铸件尺寸较大，壁薄，不加工面多，壁厚处40-100mm,壁薄处3_5mm,壁厚过渡不均匀，铸造工艺难度大，尺寸难控制，这类铸件通常采用ZLlOl合金砂型重力铸造或金属性压铸，ZLlOl合金虽然有较好的流动性，但是液态金属在薄壁、狭长的通道中冷却速度快，容易产生冷隔等铸造缺陷，现有技术中通常采用浇道设计，布置冷铁，冒口设计等改进浇注条件的方法，但这些方法仍然不太理想，对于这类铸件产品，现有技术中通过对型砂进行改进以克服这类缺陷的报道不多见。
[0003]型砂在铸造生产中的作用极为重要，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30?50%。通常对型砂的要求是:1、具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用。2、良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力。3、一定的可塑性，即型砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力。4、较好的透气性，即型砂孔隙透过气体的能力。5、高的溃散性，又称出砂性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。
[0004]型砂按所用粘结剂不同，可分为粘土砂、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、粘结剂类型等对铸件的性能具有重要影响，特别是对铝合金铸造而言，传统的铝合金铸造用的型砂配方中型砂粒径太大或太小，型砂料径太大，虽然透气性较好，但是铝砂件表面比较粗糙，光洁度不好，型砂料径太小，导致砂型透气性不好，铝铸件有气孔产生。国内外广泛使用的煤粉粘土湿型砂，一般由原砂、粘结剂、煤粉添加物等与水混制而成，具有一定的防粘砂效果和材料成本低、生产效率高的优点，但其消耗量大、排放严重、在铸造过程煤粉燃烧分解产生有毒气体污染。并且传统的型砂铸造铝合金产品的粘砂、气孔、裂纹等缺陷率在15 %以上，废品率高导致铸件成本的极大增加。
[0006]因此，本发明着力从铸造型砂的改进来改善ZLlOl薄壁铝合金件的铸造缺陷。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，该方法采用全新的型砂作为制作铸型，采用重力浇注方法，配合合金冶炼和浇注工艺的改进，克服ZLlOl薄壁铝合金件的铸造缺陷。
[0008]为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下:
[0009]一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤:
[0010]I)准备型砂原料:所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成:石英原砂新砂60-64份，石英原砂旧砂24-28份，电解铝渣粉料3_5份，锆英砂4_6份，空心微珠1_6份，粘结剂料浆16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60 μ m,粘结剂以重量百分数计由下列组分组成:淀粉36-40 %，呋喃树脂6_8 %，钙基膨润土 14-16 %，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5 %，硬脂酸锌1-2 %，三聚磷酸钠2_3 %，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；
[0011]2)制备粘结剂料浆:取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600-800rpm的速度搅拌10-15分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以lOOO-llOOrpm的速度搅拌15-20分钟，获得粘结剂料浆；
[0012]3)制备型砂:将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤I)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8-10小时制得型砂。
[0013]4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；
[0014]5)熔炼 ZL101 合金；控制合金成分为 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15-20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035%的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745°C时进行精炼，精炼后静置10-12min ；
[0015]6)浇注:将铸型提前烘烤预热，预热温度为120-150°C，控制铝合金浇注温度为720-730°C，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6_8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s,最后的约1/5采用6_8kg/s ；
[0016]7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
[0017]本发明通过对型砂的改进和和冶炼浇注工艺的控制；使得制备的薄壁铸件工艺缺陷少，产品合格率高，具体为:
[0018]一.关于型砂的改进:
[0019]I)本发明制备的型砂不采用粉煤灰做原料，排放少，不产生有毒气体，几乎零污染。
[0020]2)本发明型砂骨料采用石英原砂新砂、石英原砂旧砂搭配，节省原料成本；添加适量锆英砂可提高型砂的耐火度，使得铸型耐浇性能提高。
[0021]3)创造性的在型砂中添加电解铝渣粉料，解决了电解铝渣废料回收的问题，节省成本，同时发现由于电解铝渣粉料中含有残余的铝和氧化铝，与被铸铝合金同质成分，可改善铝合金的表面质量，起到了意料不到的技术效果。
[0022]4)添加适量的空心微珠改善了铸型的透气性能；同时通过几种粉料的粒度搭配，既使得铸型透气性能好，降低铸造缺陷，又使得铸件的表面光洁。
[0023]5)采用以淀粉为主的全新的粘结剂，使得由该型砂制备的铸型浇注时强度、铸后溃散性优异。
[0024]二.关于冶炼和浇注工艺
[0025]I)本发明通过提高精炼温度，并控制精炼时间，使得铝合金熔体中的气体含量降低；
[0026]2)本发明通过提高浇注的温度使得合金的流动性好，避免产生浇不足等缺陷；[0027]3)本发明创造性的针对薄壁铝合金件采用控制浇注速度的方式，前期快，使得熔体迅速充型，中期稍慢以使得卷入气体少，同时由于前期的浇注使得合金充型效果更好，最后再快速浇注以保证合金在铸型内的满充和补缩效果，这样的配合使得铸件的冷隔缺陷基本消除。
[0028]经过大量的实验统计，采用本发明方法所制备ZLlOl薄壁铸件，粘砂、气孔、裂纹、冷隔、缩孔、疏松等缺陷率在3%以下，可大幅提高铸件成品率，降低铸件成本。
[0029]本发明方法广泛适用于座体、舱门，蜗壳、筒套类薄壁件以及壁厚相差大的ZLlOl铝合金铸件。
【具体实施方式】
[0030]实施例一
[0031]一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤:
[0032]I)准备型砂原料:所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成:石英原砂新砂60份，石英原砂旧砂28份，电解铝渣粉料3份，锆英砂6份，空心微珠I份，粘结剂料浆18份，水22份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60 μ m,粘结剂以重量百分数计由下列组分组成:淀粉36%，呋喃树脂8%，钙基膨润土 14%，-100目甘蔗渣纤维素粉5%，硬脂酸锌I %，三聚磷酸钠3%，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；
[0033]2)制备粘结剂料浆:取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600rpm的速度搅拌15分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以IOOOrpm的速度搅拌20分钟，获得粘结剂料浆；
[0034]3)制备型砂:将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤I)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8小时制得型砂。
[0035]4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；
[0036]5)熔炼 ZLlOl 合金；控制合金成分为 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5%,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035%的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735°C时进行精炼，精炼后静置IOmin ；
[0037]6)浇注:将铸型提前烘烤预热，预热温度为120°C，控制铝合金浇注温度为720°C，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6kg/s的速度，中间的约2/5采用4kg/s,最后的约1/5采用6kg/s ；
[0038]7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
[0039]实施例二
[0040]一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤:
[0041]I)准备型砂原料:所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成:石英原砂新砂64份，石英原砂旧砂24份，电解铝渣粉料5份，锆英砂4份，空心微珠6份，粘结剂料浆16份，水26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60 μ m,粘结剂以重量百分数计由下列组分组成:淀粉40 %，呋喃树脂6 %，钙基膨润土 16 %，-100目甘蔗渣纤维素粉3 %，硬脂酸锌2 %，三聚磷酸钠2 %，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；
[0042]2)制备粘结剂料浆:取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以SOOrpm的速度搅拌10分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以IlOOrpm的速度搅拌15分钟，获得粘结剂料浆；
[0043]3)制备型砂:将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤I)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约10小时制得型砂。
[0044]4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；
[0045]5)熔炼 ZLlOl 合金；控制合金成分为 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035%的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为745°C时进行精炼，精炼后静置12min ；
[0046]6)浇注:将铸型提前烘烤预热，预热温度为150°C，控制铝合金浇注温度为730°C，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用8kg/s的速度，中间的约2/5采用5kg/s,最后的约1/5采用8kg/s ；
[0047]7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
[0048]实施例三
[0049]一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，该方法包括如下步骤:
[0050]I)准备型砂原料:所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成:石英原砂新砂62份，石英原砂旧砂26份，电解铝渣粉料4份，锆英砂5份，空心微珠3份，粘结剂料浆17份，水24份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60 μ m,粘结剂以重量百分数计由下列组分组成:淀粉38%，呋喃树脂4%，钙基膨润土 15%，-100目甘蔗渣纤维素粉4%，硬脂酸锌1.5%，三聚磷酸钠2.3%，余量为水；按上述配比称量各型砂原料；
[0051]2)制备粘结剂料浆:取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以700rpm的速度搅拌13分钟，然后加入-100目甘蔗渣纤维素粉，并以1050rpm的速度搅拌18分钟，获得粘结剂料浆；
[0052]3)制备型砂:将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤I)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约9小时制得型砂。
[0053]4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁；
[0054]5)熔炼 ZLlOl 合金；控制合金成分为 Si6.8-7.2%, Mg0.25-0.45%, Fe0.5 %,Zn0.3%, Mn0.35%, Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质18分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035%的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为740°C时进行精炼,精炼后静置Ilmin ；[0055]6)浇注:将铸型提前烘烤预热，预热温度为135°C，控制铝合金浇注温度为725°C，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用7kg/s的速度，中间的约2/5采用4kg/s,最后的约1/5采用7kg/s ；
[0056]7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
[0057] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种ZLlOl薄壁铝合金件的铸造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)准备型砂原料:所采用的铸造型砂以重量份计有下列原料组成:石英原砂新砂60-64份，石英原砂旧砂24-28份，电解铝渣粉料3_5份，锆英砂4_6份，空心微珠1_6份，粘结剂料浆16-18份，水22-26份；其中，石英原砂新砂的粒度为100-200目，石英原砂旧砂的粒度为150-250目，电解铝渣粉料和锆英砂的粒度为-300目，空心微珠的粒度约为10-60 μ m,粘结剂以重量百分数计由下列组分组成:淀粉36-40%，呋喃树脂6_8%，钙基膨润土 14-16%，-100目甘蔗渣纤维素粉3-5%，硬脂酸锌1-2%，三聚磷酸钠2_3%，余量为水；按上述配比称量各型砂原料； 2)制备粘结剂料浆:取上述称量好的粘结剂组分原料，在搅拌容器中加入水，然后加入淀粉并搅拌得悬混液，并在搅拌条件下依次加入呋喃树脂、钙基膨润土、硬脂酸锌、三聚磷酸钠，全部加完后以600-800rpm的速度搅拌10-15分钟,然后加入-100目甘鹿洛纤维素粉，并以lOOO-llOOrpm的速度搅拌15-20分钟，获得粘结剂料浆； 3)制备型砂:将步骤2)制备的粘结剂料浆与步骤I)中称量好的其它型砂组分在混料器中混合约8-10小时制得型砂。 4)制作铸型及浇注系统，根据被铸零件的形状制作铸型，采用顶注方式制作常规内浇道、横浇道和直浇道和冒口，该浇注系统采用常规铸件浇注系统即可，无需布置冷铁； 5)熔炼ZL1 01合金;控制合金成分为 Si6.8-7.2%,Mg0.25-0.45%,Fe0.5%,Zn0.3%,Mn0.35%, Al余量，采用纯铝和中间合金在电阻炉中熔炼，待全部熔化并均质15-20分钟后，向熔炼后的铝液中添加0.035%的Sr进行变质处理，除渣后通入氩气旋转除气在温度为735-745°C时进行精炼，精炼后静置10-12min ； 6)浇注:将铸型提前烘烤预热，预热温度为120-150°C，控制铝合金浇注温度为720-730°C，浇注速度按如下方式控制，总浇注量的前约2/5采用6_8kg/s的速度，中间的约2/5采用4-5kg/s,最后的约1/5采用6_8kg/s ； 7)随型冷却后，开模，清理并进行热处理。
【文档编号】B22C9/08GK104014717SQ201410241851
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】朱小英 申请人:朱小英