中国压铸杂志

高压铸造用水溶性盐芯的研究进展

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-09-04
 
文:陈维平、郑洪伟   华南理工大学机械与汽车工程学院
 
摘要:水溶性盐芯具有优良的溃散性,利用水溶性盐芯制备含有复杂内腔的铸件能提高生产效率。综述了水溶性盐芯技术在国内外的研究进展。对水溶性盐芯的理想性能,水溶性盐芯的3种主要制备成形方法进行了比较和分析,并介绍了常用于水溶性盐芯制备的无机盐种类。指出熔融浇注法可能是未来研究水溶性盐芯技术的主要研究趋势之一。
关键词:水溶性盐芯;溃散性;熔融浇注法;高压铸造
在汽车及航空发动机等一些精密铸件中,对于那些形状特别复杂,无法通过机械加工或其它类似成型方法制造的内腔和小孔,可以采用铸造工艺直接成型。这要求所使用的型芯不仅要具有高强度、高尺寸精度及高稳定性,而且还要具有良好的溃散性,以便
于清理。对于复杂内腔的铸件,采用低压或者常压铸造方法,如砂型铸造、重力金属型铸造、低压铸造等,广泛应用的砂芯可以满足它们的要求。而对于高压铸造,砂芯的强度很难达到要求,表面精度低,而且最后的清砂工作也耗时耗力,效率低下。
水溶性盐芯技术,是指利用水溶的碱金属盐制成型芯,待铸件铸造完成后,用高温高压水流冲洗型芯,快速完成铸件清理工作。1943年,L Margot等人将碳酸钾熔化后浇注成水溶性盐芯。水溶性盐芯比一般砂芯强度高,表面质量好,不发气,可降低铸件的夹砂、气孔等缺陷,铸件冶金质量好,无疏松、针孔。而且水溶性盐芯容易被清除,无粉尘、噪音,不会污染环境,清理时不损伤铸件。另外,无机盐还可以回收利用,有效降低了资源消
耗。因此,世界各国特别是美国、日本和德国对可溶性盐芯技术进行了深入的研究。水溶性盐芯技术已成功应用到一些精密铸件商业生产中,如发动机活塞内冷油道、摩托车铝轮中空轮毂等的铸造。
1 理想水溶性盐芯具备的性能
相比传统的砂芯,盐芯的最大优势是其优良的溃散性,以及铸件内腔的高表面精度。利用水溶性盐芯浇注铸件后,可用水将芯子溶脱出来,清理迅速方便,铸件内腔表面光洁。但水溶性盐芯在实际生产中的应用需要满足一定的条件。具体来说,水溶性盐芯应该具备以下性能要求。
(1)成形性好,凝固收缩要尽可能小。如果盐具有高的凝固收缩性能,会使盐芯在烧结时产生较大变形,或者在铸造时产生较大缩孔、缩松和裂纹,且会降低铸件内腔的尺寸精度。
(2)具有较高的强度,能够承受高压铸造时的挤压力或者冲击力,避免浇注时盐芯表面产生微裂纹,甚至在高压作用下碎裂。
(3)具有良好的溃散性,提高盐芯的清理效率。
(4)具有良好的抗吸湿性能,利于盐芯的实际生产、保存和运输,降低制造成本。
(5)具有良好的化学稳定性和热稳定性。盐芯不会与合金发生反应,在高温合金熔液冲刷下不会熔解。为了避免盐芯在高温金属液作用下软化,表面发生熔解,Robin A.C在盐芯表面覆盖了一层隔热陶瓷材料,可以承受比盐芯熔点高的浇注温度。
(6)盐芯的线膨胀系数要与合金的相匹配。避免合金冷却收缩时产生有害应力。
(7)盐芯材料来源广泛,经济,不污染环境,对合金没有或只有较少的腐蚀,能回收重复利用。
受无机盐材料本身性质限制,很难或没有能够同时满足水溶性盐芯具备的所有理想性能的无机盐。只有根据实际应用要求,在满足基本性能的基础上,不断优化选择,提高水溶性盐芯的综合性能。
2 水溶性盐芯的制备技术
水溶性盐芯的制备方法,主要有熔融浇注法、压制烧结法和常规粘结法等工艺,并且在国内外得到广泛的研究和应用。这3种制备工艺,分别与金属的液态成形方法、陶瓷材料的压制烧结制备方法和砂芯的制备方法类似。
2.1 熔融浇注法
熔融浇注法制备水溶性盐芯以水溶性无机盐作为主要原料,将水溶性盐熔化,浇注成一定形状的铸件。也可以在熔融盐中加入陶瓷颗粒或其它添加剂,搅拌均匀后注入模具中。熔融浇注法制备水溶性盐芯的工艺流程如图1所示。

 
Thomas F F等采用压力铸造方法制作水溶性盐芯,将盐,如碳酸钠等熔化,在空气中预冷到一定温度,使熔融盐保持液固状态。模具温度控制在一定范围,进行压力铸造。用压力铸造的水溶性盐芯比重力铸造的强度高,但以单独的盐铸造成盐芯,强度不高,易开裂,不能应用于高压铸造。
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