[发明专利]一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造用芯，具体地说是一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法，适用于球墨铸铁、灰铸铁和可锻铸铁铸造用芯，属于铸造用芯领域。

背景技术

现有铸铁件的铸造生产中，一般都是使用砂芯来形成铸铁件的内腔，芯的外形与欲形成的内腔形状相一致。现有铸铁用砂芯的材料一般都包括耐火材料、粘结剂。耐火材料以石英砂为主，粘结剂有树脂、水玻璃、植物油、糊精等。这种芯的制造方法是将砂和粘结剂混合均匀后，在芯模(也叫芯盒)内成形，固化后获得一定的强度，其室温抗拉强度一般只有1-10MPa；其使用方法是，将铸铁砂芯预热或不预热，放入铸型内，浇注铁液待铸件成形后，将芯破坏，使其流出铸铁件的空腔。这些芯的材料一般都不回收，如果回收复用，其成本很高。对于复杂内腔的芯，将其从中清理干净很困难，经常有砂粒残留。这种铸铁用芯的问题是：

(1)容易出现粘砂缺陷：由于耐火材料的导热系数小，铁液接触砂芯后，砂芯的表面迅速升温，甚至达到与铁液相近的高温。在这种高温下，耐火材料便发生软化，出现与铸铁件粘连的现象，即粘砂缺陷；

(2)强度低，易损坏。由于粘结力有限，其室温强度较低，一般只有几MPa，甚至小于1MPa，在搬运、安装等过程中容易损坏或出现掉砂现象，增加了铸铁件缺陷发生率；

(3)抗金属液冲刷能力差；一旦有高温金属液直接冲刷，就容易被冲跨，出现掉砂或溃散，导致铸件报废；

(4)清理和回收困难：由于芯的材料是粘结剂和耐火材料的混合物，即使经过高温铁液的作用，也难以完全溃散，不仅清理困难，而且难以回收利用。造成较大的固废和废液污染；

(5)污染环境：由于其耐火材料多为高熔点的氧化物，难以降解，排放后形成固废污染，其粉尘容易导致矽肺病；其中的粘结剂是有机物，燃烧后产生废气甚至是有毒气体，造成废气污染；

(6)铸件质量差：由于这种芯的导热性差，使铸件的冷却缓慢，晶粒粗大，性能不高。

发明内容

为了解决现有技术中铸铁芯的上述强度低、抗金属液冲刷能力差、难以回收利用、环境污染严重的问题，本发明设计了一种铸铁用可熔性金属芯及其制备和使用方法，根据热传导原理，利用高强高韧的铝硅合金来制作铸铁用芯，芯材料可以回收利用，制芯成本低，强度高，铸铁件质量高。

本发明的技术方案为：

一种铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯，所述可熔性金属芯的材料为含硅重量分数8-13％的铝硅合金，根据硅含量不同，所述可熔性金属芯的熔点为577-620℃。所述可熔性金属芯优选为含硅重量分数9-11％的铝硅合金。

这种芯材料导热性好，且在熔化时会吸收大量的热，因此，当液态的铸铁材料将铸铁芯包裹时，铸铁芯便迅速吸收大量的热，并向芯内部传递，因此，芯的温度虽有所升高，但又不会出现熔化；相应地与芯接触的铸铁材料温度迅速降低至熔点以下，发生凝固，得到组织细小致密凝固层。

进一步地，所述可熔性金属芯的的形状与要成形的铸铁件内腔形状相一致，且在所述可熔性金属芯的端部留有芯头，确保牢固稳定地将铸铁芯安装在铸型内。

进一步地，所述可熔性金属芯的横截面积与包围该可熔性金属芯的铸铁件的横截面积之比为0.6-1.2∶1，优选为0.8∶1。当这一比值小于0.6时，在铸铁件凝固前，铸铁芯的温度就会升高至熔点被熔化；当铸铁芯的横截面积与包围芯的铸铁件横截面积的比大于1.2时，芯的冷却能力过强，导致铸铁件容易出现冷隔、白口或开裂缺陷。

上述铸铁用可熔性金属芯即铸铁芯可以采用消失模铸造方法、金属型铸造方法或者其他铸造方法整体成形，也可以以回收的本发明铸铁芯为原料，具体制造方法，包括如下步骤：

(1)铸造毛坯：将回收的铸铁芯置入熔炼炉内，使温度达到其熔点以上80-120℃的温度，采用消失模铸造方法、金属型铸造方法或者其他铸造方法铸造成形，得到铸铁芯毛坯，其中，消失模铸造方法、金属型铸造方法等铸造成形方法均为常规方法，在此不再赘述；

(2)清理与光整：去除步骤(1)铸铁芯毛坯上的浇口和毛刺飞边，并对其表面进行光洁处理，使其表面光洁度级别比铸铁件内腔的表面光洁度高1级；

(3)涂覆涂料：对步骤(2)铸铁芯的表面涂覆现有技术中的石英粉或锆英粉铸铁涂料，涂料层厚度为0.1-0.5mm。这层涂料既可起到隔热作用，又可起到隔离芯与铸铁件的作用，防止芯的物质扩散进入铸铁件中；

(4)预热：将步骤(3)涂覆有涂料的铸铁用芯加热至180-350℃保温20min以上，使铸铁芯表面涂料中的水份和挥发物挥发，得到本发明的铸铁芯。