專利名稱：黑色金屬壓力鑄造方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬鑄造方法及鑄造設(shè)備，尤其涉及黑色金屬的鑄造方法和鑄造設(shè)備。
黑色金屬的冶煉和鑄造，在我國已有四五千年的歷史了，也曾有過光輝的成就，字跡和圖案清晰、音質(zhì)清越的古代巨鐘和巨鼎就是有力的物證。在世界進(jìn)入工業(yè)時(shí)代后，由于公知的歷史原因，我國的鑄造技術(shù)相對(duì)地落后了，高精度、高機(jī)械性能的大型鑄件(如高精度機(jī)床床身、耐磨礦山機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)用的缸體和缸蓋等)的鑄造技術(shù)僅為少數(shù)工業(yè)發(fā)展國家所掌握。然而，就這些少數(shù)工業(yè)發(fā)展國家而論，他們的鑄造技術(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它工業(yè)，不能滿足其它工業(yè)的需要，他們至今也未能完全掌握具有亞共晶結(jié)構(gòu)的、大面積、高精度薄壁鑄件的鑄造技術(shù)。
機(jī)械壓力鑄造方法，可以獲得尺寸精確、表面光潔、宏觀缺陷少的鑄件，但其應(yīng)用范圍至今只限于有色金屬的鑄造，因?yàn)榇蠖鄶?shù)有色金屬熔點(diǎn)較低，在熔融狀態(tài)下具有較高的流動(dòng)性，其金相結(jié)構(gòu)也不十分復(fù)雜，用于壓鑄的型芯、型膜等取材和加工也較方便。然而，黑色金屬熔點(diǎn)較高，用來壓鑄的型芯、型模的取材和加工都較困難，尤其是黑色金屬這類灰鑄鐵的金相結(jié)構(gòu)難以掌握，故壓鑄技術(shù)至今還未能應(yīng)用于灰鑄鐵，特別是未能用來壓鑄高精度、高機(jī)械性能的亞共晶鑄件。
本發(fā)明旨在提供一種黑色金屬壓力鑄造方法和壓鑄設(shè)備，實(shí)現(xiàn)迄今尚未解決的大面積薄壁鑄件的鑄造，尤其是具有亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的鑄造。
本發(fā)明是通過下述壓鑄方法和壓鑄設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述目的的。
本發(fā)明的黑色金屬金力鑄造方法和壓鑄設(shè)備分為二種(一)單純的內(nèi)壓壓鑄法和相應(yīng)的內(nèi)壓鑄設(shè)備;(二)內(nèi)壓和外壓并用的雙壓壓鑄法和相應(yīng)的雙壓式壓鑄設(shè)備。這二種壓鑄方法和壓鑄設(shè)備均適用于一般黑色金屬鑄造，也適用于過共晶灰鑄鐵和亞共晶灰鑄鐵的鑄造，因亞共晶鑄鐵的鑄造需要更嚴(yán)格的技術(shù)條件，故在專節(jié)(三)中敘述具有亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的鐵水制備及鑄造。為敘述清楚，今分?jǐn)⑷缦乱?、單純的?nèi)壓壓鑄法和內(nèi)壓式壓鑄設(shè)備(參見圖1)內(nèi)壓壓鑄方法是將按照技術(shù)要求指定的黑色金屬加熱熔化，使成流動(dòng)性良好的熔體(鐵水)，將鐵水注入可以迅速密封的鐵水包或保溫電爐，在密封后將氣體充入鐵水包或保溫電爐，將鐵水經(jīng)深底管、緩沖石墨導(dǎo)塊的通道、砂型鐵水通道，壓入不設(shè)冒口的由砂型和型芯構(gòu)成的型腔，鐵水依靠壓力將型腔中的空氣經(jīng)可透氣的型砂間隙排入大氣，并充滿型腔，凝固后即成定型鑄件。為了保證砂型、型芯不因過高的壓力而破壞或者變形，故在鐵水包密封蓋上設(shè)一可調(diào)節(jié)上限氣壓的排氣安全閥，使包內(nèi)的氣壓不高于砂型、型芯的承壓強(qiáng)度。
本發(fā)明的單純內(nèi)壓式壓鑄機(jī)是由壓力機(jī)、鐵水包、鐵水包密封蓋、包括砂型和型芯的砂箱，安全罩五大部分構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如下壓力機(jī)它處于壓鑄機(jī)的最下部，用來升降鐵水包，使鐵水包與密封蓋快速密封并提供一個(gè)選定的向上壓力的壓力機(jī)，最好選擇可調(diào)節(jié)壓力的由缸體(1)、活塞(2)和壓縮機(jī)等構(gòu)成的液壓機(jī)或者氣壓機(jī)。
鐵水包它是鑄造工業(yè)常用的由鐵外殼(5)、內(nèi)壁設(shè)有耐火襯里(6)的鐵水包。為了適應(yīng)壓鑄，鐵水包外殼(5)應(yīng)用較厚的低碳鋼制造;為了保證密封，鐵水包上口緣應(yīng)在同一平面上并且有較高的平整度;為了使鐵水包長期在高溫下工作而不變形或發(fā)生金相變化，最好在鐵水包外殼(5)的外壁上設(shè)置一個(gè)有入水管(P1)、出水管(P2)的冷卻套(5);為了使鐵水保溫，最好在鐵水包的耐火襯里(6)的外緣加設(shè)一個(gè)高頻或工頻加熱線圈(3)。
密封蓋它是由用加強(qiáng)筋(如工字鋼等)聯(lián)成一體的上層(L1)和下層(L2)構(gòu)成的。在下層(L2)的下面設(shè)有直徑略小于鐵水包口緣直徑的耐火襯里(6′)，耐火襯里(6′)的外緣設(shè)有放置石墨石棉密封圈(7)的環(huán)形槽。在上下兩層之間，設(shè)有冷卻套以及開口于下層(L2)的帶有閥門(v1)的進(jìn)氣管(8)和帶有可調(diào)限定壓力的安全排氣閥(v2)的排氣管(9);在密封蓋中部有用耐火材料(如，石墨或氮?dú)馀鸬?制造的可插入鐵水包底部的深底管(P0)，深底管(P0)是用壓環(huán)(L3)擠壓石墨石棉密封圈(7′)密封固定在下層(L2)上的，深底管(P0)的頂端設(shè)有高度略高于上層(L1)的石墨石棉圈(15)，以便與砂箱(10)內(nèi)嵌裝的緩沖石墨導(dǎo)塊(14)作密封連接。密封蓋上層(L1)是放置砂箱(10)和防護(hù)罩(17)的。
砂箱與現(xiàn)鑄造業(yè)中常用的砂箱一樣，它是由可以對(duì)合的二個(gè)部分(上箱和下箱)構(gòu)成的，下箱底部開有一個(gè)孔徑大于深底管頂端石墨石棉密封圈(15)的孔，該孔的外周有一個(gè)帶肩的半環(huán)形卡(16)，以便嵌入緩沖石墨導(dǎo)塊(14)并通過石墨石棉圈(15)將砂箱(10)與深底管(P0)構(gòu)成密封連接。砂箱內(nèi)包括鐵水通道，砂型(11)，砂芯(12)和型腔(13)，為了加強(qiáng)型腔承壓強(qiáng)度，最好在型砂上表面加一個(gè)強(qiáng)度較高的多孔蓋板或者在加強(qiáng)的箱底部打若干孔。
防護(hù)罩用作安全保護(hù)的防護(hù)罩(17)是用金屬板或金屬網(wǎng)制成的，放在密封蓋上層(L1)上面的，將整個(gè)砂箱(10)罩在其內(nèi)，以防萬一事故發(fā)生時(shí)物料橫飛。
操作把注入了鐵水的鐵水包放在可以平動(dòng)的壓力機(jī)活塞上，升起鐵水包，使鐵水包與密封蓋緊壓密封，將氣充入鐵水包，使鐵水通過深底管等壓入與密封蓋緊壓密封的砂箱型腔制成鑄件。在鐵水包或保溫電爐與密封蓋制成一個(gè)整體的條件下，可在鐵水包或保溫電爐的上部或“密封蓋”頂部留置一個(gè)可以迅速密封的鐵水入口，在注入鐵水并密封后充氣施壓，把鐵水經(jīng)深底管等壓入型腔，制成鑄件。
二、內(nèi)壓加外壓的雙壓壓鑄法和雙壓式壓鑄設(shè)備(參見圖2)鑒于上述單純內(nèi)壓壓鑄法所用的壓鑄壓力(強(qiáng))是以砂型的強(qiáng)度為上限的，而在鑄造表面精度很高的鑄件時(shí)需要更高的壓鑄壓力，特此提出了雙壓壓鑄法。本法是在內(nèi)壓壓鑄法的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，把內(nèi)壓法的與大氣相通的砂箱密閉在密封罩和鐵水包密封蓋之間，而密封罩上設(shè)有帶閥門的進(jìn)氣管與帶有可調(diào)上限壓力的排氣安全閥的排氣管，把罩內(nèi)壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定值，然后把鐵水通過深底管、鐵水通道壓入型腔并成形。因?yàn)樯靶褪峭笟獾?，型腔?nèi)的氣壓與罩內(nèi)氣壓相同。而當(dāng)鐵水充滿型腔后，鐵水壓力升高，由于鐵水界面除了受到型腔壁的力之外還受到一個(gè)大小等于罩內(nèi)氣壓的壓力。把壓鑄壓力極限從砂型承壓強(qiáng)度提高到砂型承壓強(qiáng)度與密封罩充氣氣壓之和。
所以，雙壓式壓鑄設(shè)備是在如圖1所示的單純內(nèi)壓壓鑄設(shè)備的密封蓋。上面增設(shè)一個(gè)如圖2所示的帶有進(jìn)氣閥(v3)的進(jìn)氣管和帶有可調(diào)限壓的安全排氣閥(v4)的排氣管的密封罩(17′)和一個(gè)密封圈(18)將砂箱密封在密封罩與鐵水包密封蓋之間。
三、具有亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的鐵水制備及鑄造。
眾所周知，屬于類鑄鐵的過共晶灰鑄鐵(如球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵)具有優(yōu)良的韌性。但是，由于其中的石墨晶體較大，其剛性較低耐磨性和散熱性較差，不宜制造精密的大型機(jī)械或受力較大的零部件;而亞共晶灰鑄鐵，不僅有良好的韌性，而且有優(yōu)良的剛性、耐磨性和散熱性，是最理想的機(jī)械用材。但是，獲得亞共晶灰結(jié)構(gòu)鑄件的工藝條件是十分苛刻的，其成敗取決于鐵水成份、溫度、孕育條件和鑄造條件，而鐵水成份的穩(wěn)定與原料及配料的規(guī)格密切相關(guān)，為說清諸因素，故詳述如下(一)合格鐵水的制備(參見圖3)MaUter對(duì)黑色金屬鑄造的研究有精湛的造詣和成就，圖3的碳、硅在石墨化過程中的影響曲線就是他給出的，該圖清楚地顯出了獲得灰口鑄鐵的一般條件，它對(duì)掌握亞共晶鑄鐵的條件有重要的指導(dǎo)價(jià)值。本人從事鑄造工作已四十多年，從鑄造亞共晶結(jié)構(gòu)鑄件的經(jīng)驗(yàn)證明把鐵水的總碳量控制在2.8～3.1%、鐵水溫度控制在1450～1550℃是必要的，鐵水的最佳溫度是1500～1550℃。未還原的微量金屬氧化物在鐵水中的存在有害于亞共晶團(tuán)的形成，必須在沖天爐中將其還原物金屬態(tài)，才能確有把握地獲得亞共晶鑄鐵，鐵水硅含量最好掌握在0.8～2.0%。實(shí)踐還證明鐵水中的總碳含量、硅含量、各種微量金屬的還原與原料、配料的規(guī)格密切相關(guān)，也與沖天爐的冶煉條件密切相關(guān)，任何條件的不符往往會(huì)導(dǎo)致失敗。
(一)原料、配料的規(guī)格①生鐵(高爐冶煉生鐵)是化學(xué)成份符合國家標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)生灰鐵，其塊度最好不大于60×120×30(單位毫米)。
②再生回收生鐵(廢鑄件)宜用磷、硫含量不大于0.3%，銻含量不大于0.01%的鑄鐵，用前必須粉碎到塊度不大于40×100×120(單位毫米)。
③焦碳必須用含碳量高的沖天爐焦或者符合國家標(biāo)準(zhǔn)的沖天爐焦(鑄造焦)，其塊度以大于150×150×200(單位毫米)的為佳。
④石灰石必須用高鈣含量的石灰石，其塊度以40～60立方毫米的為佳。
⑤鋼用來調(diào)節(jié)灰鑄鐵中含碳量的鋼，其含碳量以小于0.45%的為佳，其塊度以小于20×30×50(單位毫米)的為佳。
⑥硅鐵在爐后進(jìn)行熔化以補(bǔ)充鐵水硅含量的硅鐵，其含硅量以45～60%的為佳。
⑦錳鐵目的在于除硫和適當(dāng)增加錳含量，用一般錳鐵即可，其塊度小于20×30×50(單位毫米)的為佳。
⑧硅鐵爐前用于孕育的專用硅鐵以硅含量75%的為佳。
(二)沖天爐的冶煉條件用沖天爐冶煉亞共晶鑄鐵與冶煉普通鑄鐵相同，將焦碳、石灰石的混合物與生鐵、廢鋼、錳鐵、硅鐵的混合物一層夾一層地加入，而生鐵與廢鋼的比例是根據(jù)各自的各碳量和要求的總碳量2.8～3.1%計(jì)算出來的;錳鐵的加入量根據(jù)生鐵含硫量和增補(bǔ)確定;硅鐵的加入在于補(bǔ)充冶煉過程中的硅損失，使硅含量維持在0.8～2.0%。
由于亞共晶鑄鐵之獲得最好在1500～1550℃時(shí)孕育，鐵水只有在1500～1550℃才有較好的流動(dòng)性，故鐵水必須保持在1500～1550℃的溫度。由于確保微量金屬的還原和把總碳量穩(wěn)定在2.8～3.1%，硅含量控制在0.8～2.0%，最好使用沖天爐，鼓入的熱風(fēng)至少先預(yù)熱到260～300℃。在一定的風(fēng)量下(與沖天爐的容量等有關(guān)，故不能指定)風(fēng)壓必須不低于240～300毫米汞柱，并使一氧化碳充滿沖天爐，故直筒式?jīng)_天爐是不適用的。最簡單易用的多風(fēng)眼密筋爐膽沖天爐是較適用的，要求設(shè)計(jì)的沖天爐必須是有彎氣道的、有窄出氣口的，以便攏住一氧化碳。
(二)孕育將獲得的總碳量為2.8～3.1%、含硅量為0.8～2.0%微量金屬呈金屬態(tài)的溫度為1500～1550℃的合格鐵水緩緩倒入已已置入重量為鐵水重0.3～0.8%的硅鐵的鐵水包(硅鐵的硅含量以75%為佳)，使鐵水在1500～1550℃下孕育，孕育時(shí)間為2～35分鐘，其中孕育時(shí)間以8～30分鐘為佳，硅鐵的加入量根據(jù)待鑄鑄件厚度而定，厚度小于4毫米的就取其上限(0.8%)厚度大的就適量少加，但不要少于0.3%。必須說明，在鑄造薄鑄件時(shí)，孕育前的鐵水的硅含量不宜高于1.4%。
(三)鑄造鑒于亞共晶鑄鐵具有吸熱性差、散熱性好、凝固快的特點(diǎn)，故鑄造必須在10～40秒鐘內(nèi)完成，這個(gè)任務(wù)一般不是普通澆鑄法所能完成的，而壓鑄法則能完成。鑄造用的砂箱用含氮較高的氣氛籠罩為佳，尤以純氮?dú)鈿夥諡樽罴?。鑄造時(shí)，可用普通黑色金屬鑄造的型砂最好用呋喃樹脂砂。
將由沖天爐所得之合格鐵水，經(jīng)過幾分鐘孕育之后，投以三角試塊，測定試塊的白點(diǎn)大小在1～3毫米(此為最佳鐵水)時(shí)，才能把鐵水用澆鑄法或上述壓鑄法(較大鑄件或薄鑄件只能用壓鑄法)充入型腔、凝固即成亞共晶鑄件。


圖1-單純內(nèi)壓式壓鑄設(shè)備示意圖。
圖2-內(nèi)、外壓并用的雙壓式壓鑄設(shè)備示意圖，其中1-壓力機(jī)缸體;2-壓力機(jī)活塞;3-高頻式或工頻加熱線圈;4-鐵水包外殼;5-鐵水包冷卻水套;P1-鐵水包冷卻水套進(jìn)水管;P2-鐵水包冷卻水套出水管;6-鐵水包耐火襯里;L1-鐵水包密封蓋上層;L2-鐵水包密封蓋下層;7、7′-石墨石棉密封圈;L3-壓環(huán);8-進(jìn)氣管;v1-進(jìn)氣管閥門;9-出水管;v2-排氣安全閥;P0-鐵水包深底管;10-砂箱;11-型砂;12-型芯;13-型腔;14-鐵水緩沖石墨導(dǎo)塊;15-石墨石棉圈;16-半環(huán)形卡;17-防護(hù)罩;17′-密封罩;v3-密封罩進(jìn)氣閥;v4-密封罩排氣安全閥;18-密封圈。
圖3-MaUrer給出的碳、硅在石墨化過程中的影響曲線，其中Ⅰ-白口區(qū);Ⅱ-珠光體區(qū);Ⅲ-鐵素體區(qū);ⅡB-灰白點(diǎn)區(qū);Ⅰb-珠光體-鐵素體區(qū)。
實(shí)施例與效果例1，在1963～1971年間，本人在沖天爐上用焦碳、石灰炭石、生鐵、廢鋼、錳鐵、硅鐵進(jìn)行了幾十次條件試驗(yàn)，對(duì)鑄造亞鐵晶結(jié)構(gòu)鑄件的原料規(guī)格、冶煉風(fēng)溫、風(fēng)壓、孕育條件等作了系統(tǒng)試驗(yàn)，從而得出了上述的原料、配料要求。在當(dāng)時(shí)條件下。我使用的沖天爐中以多風(fēng)眼密筋爐膽沖天爐為最佳，因?yàn)樗芴峁囟葹?40～300℃的熱風(fēng)，熱風(fēng)風(fēng)壓為240～300毫米汞柱，具有能籠住一氧化碳的爐體結(jié)構(gòu)，基本滿足獲得上述合格的鐵水，并取得了亞共晶鑄件。
例2，在例1所述的基礎(chǔ)上，本人把設(shè)有砂型砂芯、型腔的砂箱用鐵筒密封起來，只將與砂箱密封連接的石墨管留在筒外，將石墨管抽入鐵水，然后將鐵筒抽真空，使鐵水壓入型腔，獲得了φ150×300mm的共晶團(tuán)個(gè)數(shù)達(dá)350的細(xì)晶石墨鑄件。
例3，本人用石墨石棉作密封圈，用鐵板作蓋，對(duì)鐵水包進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，結(jié)果是在氣壓達(dá)20kg/cm2，鐵水包沒有損壞，密封圈也不漏氣。后來由于公知的社會(huì)因，實(shí)驗(yàn)未能繼續(xù)。
但是，從上所述多次成功的結(jié)果可以肯定黑色金屬的壓鑄法是完全可行的，具有亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的獲得也是確有把握的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是①鐵水成份穩(wěn)定(鑄造快)而且純凈;②鐵水從上而下不易產(chǎn)生氣泡或鑄件缺陷;③在加高壓時(shí)可將幾個(gè)砂箱墨置壓鑄，只要鐵水包中之鐵水能在20分鐘內(nèi)用完，鑄件質(zhì)量基本上可保證一致。
權(quán)利要求
1.黑色金屬壓力鑄造法及其設(shè)備，其特征在于它是由單純的內(nèi)壓壓鑄法和相應(yīng)的內(nèi)壓式壓鑄設(shè)備，內(nèi)壓、外壓并用的雙壓壓鑄法和相應(yīng)的雙壓式壓鑄設(shè)備，鑄造亞共晶結(jié)構(gòu)鑄件的鐵水制備和鑄造三部分構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色金屬壓力鑄造方法及其設(shè)備，其特征在于所述的單純內(nèi)壓壓鑄法及相應(yīng)的內(nèi)壓式壓鑄設(shè)備中的方法是將按照技術(shù)要求規(guī)定的黑色金屬加熱熔化，使成流動(dòng)性良好的熔體(鐵水)，將鐵水注入可以迅速密封的鐵水包或保溫電爐，在密封后將氣體充入鐵水包或保溫電爐，將鐵水經(jīng)深底管、鐵水緩沖石墨導(dǎo)塊的通道和砂型鐵水通道，壓入不設(shè)冒口的由砂型和型芯構(gòu)成的型腔，鐵水依靠壓力將型腔中的空氣可透氣的型砂間隙排入大氣并充滿型腔，凝固后即成定型鑄件。為了保證砂型、型芯不因過高的壓力而破壞或者變形，故在鐵水包密封蓋上設(shè)置一可調(diào)節(jié)上限氣壓的排氣安全閥，使鐵水包內(nèi)的氣壓不高于砂型、型芯的承壓強(qiáng)度;單純內(nèi)壓式壓鑄機(jī)是由壓力機(jī)、鐵水包、鐵水包密封蓋，包括砂型和型芯的砂箱，安全罩五大部分構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如下壓力機(jī)它處于壓鑄機(jī)的最下部，用來升降鐵水包，使鐵水包與密封蓋快速密封并提供一個(gè)選定的向上壓力。壓力機(jī)，最好選擇可調(diào)節(jié)壓力的由缸體(1)、活塞(2)和壓縮機(jī)等構(gòu)成的;液壓機(jī)或者氣壓機(jī)鐵水包它是鑄造從常用的由鐵外殼(5)、內(nèi)壁設(shè)有耐火襯里(6)的鐵水包。為了適應(yīng)加鑄，鐵水包外殼(5)應(yīng)用較厚的低碳鋼制造;為了保證密封，鐵水包上口緣應(yīng)在同一平面上，并且有較高的平整度;為了使鐵水包長期在高溫下工作而不變形或發(fā)生金相變化，最好在鐵水包外殼(5)內(nèi)外壁上設(shè)置一個(gè)有入水管(P1)出水管(P2)的冷卻套(5);為了使鐵水保溫，最好在鐵水包的耐火襯里(6)的外緣加設(shè)一個(gè)高頻或工頻加熱線圈(3);密封蓋它是由用加強(qiáng)筋(如，工字鋼等)聯(lián)成一體的上層(L1)和下層(L2)構(gòu)成的。在下層(L2)的下面設(shè)有直徑略小于鐵水包口緣直徑的耐火襯里(6)，耐火襯里(6)的外緣設(shè)有放置石棉密封圈(7)的環(huán)形槽。在上下兩層之間，設(shè)有冷卻套及開口于下層(L2)的帶有閥門(v1)的進(jìn)氣管(8)和帶有可調(diào)限定壓力的安全排氣閥(v2)的排氣管(9)，在密封蓋中部有用耐火材料(如，石墨或氮化硼等)制造的可插入鐵水包底部的深底管(P0)，深底管(P0)是用壓環(huán)(L3)擠壓石墨石棉密封圈(7)密封固定在下層(L2)上的，深底管(P0)的頂端設(shè)有高度略高于上層(L1)的石墨石棉圈(15)，以便與砂箱(10)內(nèi)嵌裝的緩沖石墨導(dǎo)塊(14)作密封連接。密封蓋上層(L1)是放置砂箱(10)和防護(hù)罩(17)的;砂箱與現(xiàn)鑄造業(yè)中常用的砂箱一樣，它是由可以對(duì)合的二個(gè)部分(上箱和下箱)構(gòu)成的，下箱底部開有一個(gè)孔徑大于深底管頂端石墨石棉密封圈(15)的孔，該孔的外周有一個(gè)帶肩的半環(huán)形卡(16)，以便嵌入緩沖石墨導(dǎo)塊(14)并通過石墨石棉圈(15)將砂箱(10)與深底管(P0)構(gòu)成密封連接;砂箱內(nèi)包括鐵水通道，砂型(11)、砂芯(12)和型腔(13);為了加強(qiáng)型腔承壓強(qiáng)度，最好在型砂上表面加一個(gè)強(qiáng)度較高的多孔蓋板或者在加強(qiáng)的箱底部打若干孔;防護(hù)罩用作安全保護(hù)的防護(hù)罩(17)，用金屬板或金屬網(wǎng)制成的，放在密封蓋上層(L1)上面的，將整個(gè)砂箱(10)罩在其內(nèi);操作把注入了鐵水的鐵水包放在可以平動(dòng)的壓力機(jī)活塞上，升起鐵水包，使之與密封蓋緊壓密封，將氣充入鐵水包，使鐵水通過深底管等壓入與密封蓋緊壓密封的砂箱型腔制成鑄件。在鐵水或或保溫電爐與密封蓋制成一個(gè)整體的條件下，可在鐵水包或保溫電爐的上部或“密封蓋”頂部留置一個(gè)可以迅速密封的鐵水入口，在注入鐵水并密封后充氣施壓，把鐵水經(jīng)深底管等壓入型腔，制成鑄件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色金屬壓力鑄造方法及其設(shè)備，其特征在于所述的雙壓壓鑄法和相應(yīng)的雙壓式壓鑄設(shè)備中的方法，是在內(nèi)壓壓鑄法的基礎(chǔ)上改進(jìn)，把內(nèi)壓法的與大氣相通的砂箱密閉在密封罩和鐵水包密封蓋之間，而密封罩上設(shè)有帶閥門的進(jìn)氣管與帶有可調(diào)上限壓力的排氣安全閥的排氣管，把罩內(nèi)壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定值，然后把鐵水通過深底管、鐵水通道壓入型腔并成形。因?yàn)樯靶褪峭笟獾?，型腔?nèi)的氣壓與罩內(nèi)氣壓相同，而當(dāng)鐵水充滿型腔后，鐵水壓力升高，由于鐵水界面除了受到型腔壁的力之外，還受到一個(gè)大小等于罩內(nèi)氣壓的壓力，把壓鑄壓力極限從砂型承壓強(qiáng)度提高到砂型承壓強(qiáng)度與密封罩充氣氣壓之和，雙壓式壓鑄設(shè)備是在內(nèi)壓式壓鑄設(shè)備是鐵水包密封蓋上增設(shè)一個(gè)將砂箱密封在密封罩與鐵水包密封罩與間的帶有進(jìn)氣閥的進(jìn)氣管和帶有可調(diào)節(jié)限壓的安全排氣閥的排氣管的密封罩和一個(gè)密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黑色金屬壓力鑄造法及其設(shè)備，其特征在于所述的具有亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的鐵水制備及鑄造包括合格鐵水的制備、孕育、鑄造三個(gè)部分，所述的合格鐵水的制備又包括原料和配料的規(guī)格、沖天爐冶煉條件、二個(gè)部分，原料和配料的規(guī)格是①生鐵(高爐冶煉生鐵)是化學(xué)成份符合國家標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)生灰鐵，其塊度最好小大于60×120×30(單位毫米)。②再生回收生鐵(廢鑄件)需用磷、硫含量不大于0.3%銻含量不大于0.01%的鑄鐵，用前必須粉碎到塊度不大于40×100×120(單位毫米);③焦碳必須用含碳量高的沖天爐焦或者符合國家標(biāo)準(zhǔn)的沖天爐焦(鑄造焦)，其塊度以大于150×150×200(單位毫米)的為佳;④石灰石必須用高鈣含量的石灰石，其塊度以40～60立方毫米為佳;⑤鋼用來調(diào)節(jié)灰鑄鐵中含碳量的鋼，其含碳量以小于0.45%的為佳，其塊度以小于20×30×50(單位毫米)的為佳;⑥硅鐵在爐后進(jìn)行熔化以補(bǔ)充鐵水硅含量的硅鐵，其含硅量以45～60%的為佳。⑦錳鐵目的在于除硫和適當(dāng)增加錳含量，用一般錳鐵即可其塊度小于20×30×50(單位毫米)的為佳;⑧硅鐵爐前用于孕育的專用硅鐵以硅含量75%的為佳。沖天爐的冶煉操作是用沖天爐冶煉亞共晶鑄鐵與冶煉普通鑄鐵相同，將焦碳、石灰石的混合物與生鐵、廢鋼、錳鐵、硅鐵的混合物一層夾一層地加入，而生鐵與廢鋼的比例是根據(jù)各自的各碳量和要求的總碳量2.8～3.1%計(jì)算出來的;錳鐵的加入量根據(jù)生鐵含硫量和增補(bǔ)確定;硅鐵的加入在于補(bǔ)充冶煉過程中的硅損失，使硅含量維持在0.8～2.0%;由于亞共晶鑄鐵之獲得，最好在1500～1550℃時(shí)孕育，鐵水只有在1500～1550℃才有較好的流動(dòng)性，故鐵水必須保持1500～1550℃的溫度。由于確保微量金屬的還原和把總碳量穩(wěn)定在2.8～3.1%，硅含量控制在0.8～2.0%，最好使用沖天爐，鼓入的熱風(fēng)至少能預(yù)熱到260～300℃，在一定的風(fēng)量下(與沖天爐的容量等有關(guān)，故不能指定)風(fēng)壓必須不低于240～300毫米汞柱，并使一氧化碳充滿沖天爐，故直筒式?jīng)_天爐是不適用的。最簡單易用的多風(fēng)眼密筋爐膽沖天爐是較適用的，要求設(shè)計(jì)的沖天爐必須是有彎氣道的、有窄出氣口的，以便攏住一氧化碳，合格鐵水的標(biāo)準(zhǔn)是總碳量為2.8～3.1%、碳含量為0.8～2.0%、鐵水溫度為1450～1550℃，尤其以1500～1550℃為最佳，微量金屬氧化物已充分還原為金屬態(tài);孕育的條件是將上述合格鐵水強(qiáng)度倒入已置入重量為鐵水重0.3～0.8%的硅鐵的鐵水包(硅鐵的硅含量以75%為佳，使鐵水在1450～1550℃下孕育，孕育時(shí)間為2～35分鐘，其中孕育時(shí)間以8～30分鐘為佳;硅鐵的加入量根據(jù)待鑄鑄件厚度而定，厚度小于4毫米的就取其上限(0.8%)厚度大的就適量少加，但不要少于0.3%。必須說明，在鑄造薄鑄件時(shí)，孕前的鐵水的硅含量不宜高于1.4%;鑄造條件是鑄造必須在10～40秒鐘內(nèi)完成，鑄造用的砂箱用含氮較高的氣氛籠罩為佳，尤以純氮?dú)鈿夥諡樽罴选ｈT造時(shí)，可用普通黑色金屬鑄造的型砂，最好用呋喃樹脂砂，由沖天爐所得之合格鐵水，經(jīng)過幾分鐘孕育之后，必須投以三角試塊，測定試塊的白點(diǎn)大小，在1～3毫米(此為最佳鐵水)時(shí)，才能將鐵水用澆鑄法或上述壓鑄法(較大鑄件或薄鑄件只能用壓鑄法)充入型腔、凝固即成亞共晶鑄件。
全文摘要
黑色金屬壓力鑄造方法及其設(shè)備，本發(fā)明包括單純內(nèi)壓壓鑄法及其設(shè)備、內(nèi)外壓并用的雙壓法壓鑄方法及其設(shè)備和亞共晶鑄件的鐵水制備和鑄造三大部分。內(nèi)壓法是將鐵水密封在鐵水包中，用充入的氣體把鐵水通過深底管、緩沖導(dǎo)塊和鐵水通道壓入無冒口的型腔成型的。雙壓壓鑄法則是將砂箱密封在可以充氣的密封罩中，在充氣后再進(jìn)行壓鑄，以提高壓鑄壓力上限。本發(fā)明提供了亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件的鐵水制備、原料和配料規(guī)格、孕育和鑄造規(guī)范。
文檔編號(hào)B22D27/13GK1045934SQ8910180
公開日1990年10月10日 申請(qǐng)日期1989年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月31日
發(fā)明者林漢欽 申請(qǐng)人:吳欣