CN107052244A - 一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了消失模铸造技术领域的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，本方法中，ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.35～0.40%、Si：0.20～0.40%、Mn：1.60～1.70%、P≤0.035、S≤0.035；具体步骤包括：STMMA共聚树脂的发泡；制作模型、模型组合成模型簇；在模型簇表面涂覆涂料；真空状态下振动造型；将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入模型簇中，浇注温度为1540～1580℃；最后落砂。本方案中ZG40Mn2材料的成分含量与1540～1580℃的浇注温度相辅相成，在本方案的成分含量下，再严格控制浇注温度，克服了铸件产生裂纹的缺陷，得到的铸件抗拉强度、屈服强度、冲击韧性值和强度等值均优于现有工艺生产的铸件，提高了铸件的合格率。
Description
技术领域
本发明涉及消失模铸造技术领域，具体涉及一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法。
背景技术
消失模铸造是指将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型族刷涂耐火材料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型汽化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。
消失模铸造的步骤通常是：第一步、原始泡塑珠粒、发泡成型；第二步、利用泡塑和板材制作模型、模型组合成模型簇；第三步、将发泡成型的珠粒填充到模型簇中；第四步、在模型簇的表面涂覆涂料；第五步、振动造型：将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动；第六步、浇注：将熔化的金属液浇注到模型簇中，冷凝成型；第七部、落砂：冷凝成型的铸件从砂箱中吊出，去除铸件表面的涂，然后在抛丸机中抛丸即可。其中，在浇注步骤，通常浇注温度与金属液的属性有关，所以金属液的属性不同，为了得到品质较好的逐渐，那么浇注温度也要随之改变，找的最佳的浇注温度。而这样的温度一般需要通过无数次的尝试才能寻找到。
ZG40Mn2为一种特殊材料，其所含成分及成分的标准含量是C：0.35～0.45%、Si：0.20～0.40%、Mn：1.60～1.80%。其特殊性表现在锰含量是1.6～1.8%，该材料的机械性能良好，目前有使用该材料制备各种承受较大的冲击载荷铸件产品。但是，由于一些铸件的结构较为复杂，而传统铸造方法具有局限性，利用ZG40Mn2材料结合传统铸造方法铸造铸件，具有加工难度大、加工余量多、生产周期长及产品有气孔、致密度低、夹渣及裂纹等严重的缺陷，导致铸件的合格率仅能达到50%左右，无法满足当下制造业的需求。且由于ZG40Mn2材料的锰含量高，由此显著提高了淬透性，工艺条件控制不当就会使得产品开裂，无法满足使用要求。
发明内容
本发明旨在提供一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，以解决传统铸造方法的局限，导致利用ZG40Mn2材料铸造的铸件强度低易开裂的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下基础技术方案：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1540～1580℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.35～0.40%、Si：0.20～0.40%、Mn：1.60～1.70%、P≤0.035、S≤0.035；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件去除其表面的涂料层，再将铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
本发明中“STMMA共聚树脂”是可发性聚甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚树脂珠粒的简称。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明中ZG40Mn2材料的成分及成分含量设定为C：0.35～0.40%、Si：0.20～0.40%、Mn：1.60～1.70%、P≤0.035、S≤0.035；在此成分比例下，再结合1540～1580℃的浇注温度和压力为0.06～0.07MP的负压浇注，有利于液体金属的充型和补缩，提高铸件的组织致密度。
本方案中ZG40Mn2材料的成分含量与1540～1580℃的浇注温度相辅相成，在本方案的成分含量下，若浇注温度过高或过低都会影响到铸件的品质，使得到的铸件基本有裂纹。而严格控制在本方案的工艺条件下，克服了铸件产生裂纹、夹渣等的缺陷，得到的铸件抗拉强度、屈服强度、冲击韧性值和强度等值均优于现有工艺生产的铸件，铸件的合格率可达到95%以上，且得到的铸件通过X射线无损检测，均能达到二级及二级以上，多为一级。
以下是对基础技术方案的优化：
优化方案一：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.352%、Si：0.391%、Mn：1.601%、P≤0.031、S≤0.012；浇注温度为1578℃。
优化方案二：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.396%、Si：0.386%、Mn：1.687%、P≤0.033、S≤0.016；浇注温度为1541℃。
优化方案三：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.332%、Mn：1.647%、P≤0.031、S≤0.014；浇注温度为1556℃。
优化方案四：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.376%、Si：0.381%、Mn：1.692%、P≤0.033、S≤0.016；浇注温度为1548℃。
优化方案五：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.371%、Mn：1.663%、P≤0.032、S≤0.009；浇注温度为1562℃。
以上优化方案一和优化方案二均能得到二级铸件，优化方案三、优化方案四和优化方案五均能达到一级铸件。在确定的温度点值下，结合相应的成分含量，达到的铸件的品质更优。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案作进一步说明：
实施例1：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1578℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.352%、Si：0.391%、Mn：1.601%、P≤0.031、S≤0.012；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件铸件去除其表面的涂料层，再将铸件铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
实施例2：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1541℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.396%、Si：0.386%、Mn：1.687%、P≤0.033、S≤0.016；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件铸件去除其表面的涂料层，再将铸件铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
实施例3：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1556℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.332%、Mn：1.647%、P≤0.031、S≤0.014；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件铸件去除其表面的涂料层，再将铸件铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
实施例4：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1548℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.376%、Si：0.381%、Mn：1.692%、P≤0.033、S≤0.016；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件铸件去除其表面的涂料层，再将铸件铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
实施例5：一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1562℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.371%、Mn：1.663%、P≤0.032、S≤0.009；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件铸件去除其表面的涂料层，再将铸件铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
对比例1：
与实施例1的区别在于，ZG40Mn2材料的化学成分和浇注温度为：C：0.438、Si：0.398Mn：1.663、P：0.032、S：0.014；浇注温度：1549℃。
对比例2：
与实施例1的区别在于，ZG40Mn2材料的化学成分和浇注温度为：C：0.419、Si：0.365、Mn：1.783、P：0.035、S：0.018；浇注温度：1538℃。
以上五组实施例条件下铸成的含有ZG40Mn2材料的铸件，分别经过正火和回火后，利用X射线无损检测及对随炉试棒做机械性能测试，得到与铸件相关的性能参数，结果见表1。
表1中：δb，表示材料的抗拉强度；δs，表示材料的屈服强度；δ5，表示比例试样产生5%塑性变形时应力的屈服强度；ψ，表示材料的收缩率；Akv，表示材料的冲击韧性值；HB，表示材料的硬度。
通过上述表1的数据对比可以看出，实施例条件下得到的铸件的抗拉强度、屈服强度和延展率均大于对比例，这说明铸件的品质较佳，得到的铸件无裂纹产生，得到的实施例1～3得到的铸件均属于Ⅰ级铸件，实施例4、实施例5和对比例1得到的铸件属于Ⅱ级铸件，均属于合格品；对比例2得到的铸件属于Ⅲ级铸件不允许使用，属于不合格产品作报废处理。
Claims (6)
1.一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、发泡：采用粒径为0.25～0.90mm的可发性STMMA共聚树脂在发泡箱内进行预发泡，发泡至60～75倍，然后经过12～30h的熟化得到珠粒；
b、成型、组簇：制作模型，将熟化的珠粒填充到模型的型腔内，在115～125℃的蒸气下加热40～45s，再经90s冷却模型至38～42℃使模型硬化定形，然后出模；出模后在40～45℃的烘干房内放置12h以上；将处理后的模型组合成模型簇；
c、挂涂：将涂料涂覆在模型簇表面，使涂层厚度为0.9～1.9mm，涂层在40～50℃下烘干；
d、振动造型，将带有抽气室的砂箱放在振动台上，底部放入型砂振动紧实，砂箱底部型砂厚度为100～150mm，型砂的粒径为0.7～0.9mm；振实后，将模型簇固定在砂箱内，再向模型簇内加入型砂并进行三维振动，振动45s；所述砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成真空，压力为0.06～0.07MP；
e、浇注：将熔融后的ZG40Mn2金属液浇注入步骤d的模型簇中，然后在压力为0.06～0.07MP的真空条件下维持3～5min再停泵，浇注温度为1540～1580℃；所述 ZG40Mn2材料的成分及成分的重量百分比为C：0.35～0.40%、Si：0.20～0.40%、Mn：1.60～1.70%、P≤0.035、S≤0.035；
f、落砂：浇注完成并冷却至室温后，将铸件从砂箱中吊出；敲击铸件去除其表面的涂料层，再将铸件推入抛丸机中进行抛丸，然后转移至电阻炉中加热至850～870℃后保温4小时后进行退火。
2.如权利要求1所述的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.352%、Si：0.391%、Mn：1.601%、P≤0.031、S≤0.012；浇注温度为1578℃。
3.如权利要求1所述的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.396%、Si：0.386%、Mn：1.687%、P≤0.033、S≤0.016；浇注温度为1541℃。
4.如权利要求1所述的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.332%、Mn：1.647%、P≤0.031、S≤0.014；浇注温度为1556℃。
5.如权利要求1所述的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.376%、Si：0.381%、Mn：1.692%、P≤0.033、S≤0.016；浇注温度为1548℃。
6.如权利要求1所述的一种ZG40Mn2材料的消失模铸造方法，其特征在于：步骤e中，ZG40Mn2金属液的成分及成分的重量百分比为C：0.361%、Si：0.371%、Mn：1.663%、P≤0.032、S≤0.009；浇注温度为1562℃。
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