TWI621485B - 金屬鑄造方法 - Google Patents

Abstract

一種金屬鑄造方法包含將一高活性金屬浸入於一鐵水中，使該高活性金屬於該鐵水中熔融，且該高活性金屬於該鐵水熔融時，該鐵水完全包覆該高活性金屬；將該鐵水澆鑄於一離心鑄模中進行離心鑄造以形成一鑄件。由於該金屬鑄造方法可在非真空環境中實施，可不受真空設備的限制製作大尺寸之鑄件。

Description

金屬鑄造方法

本發明是關於一種金屬鑄造方法，特別是關於一種離心鑄造之金屬鑄造方法。

金屬鑄造會在鐵水中加入活性較高之金屬，使鐵水於後續製程定型為鑄件時，活性較高之金屬會在鑄件表面氧化而形成一氧化膜，以藉由該氧化膜保護其內部合金。但由於活性較高之金屬容易氧化，常在熔融的過程中過度氧化而影響鐵水之流動性，這將造成後續鑄件成型不完全的問題，又或是導致鑄件成型時產生氣孔或微氣孔槽，造成鑄件的缺陷。

在先前技術中，一般使用真空腔隔絕空氣來避免鐵水的氧化，但這樣的作法將使得金屬鑄造受到真空腔大小的限制，特別離心鑄造是藉由鑄模的旋轉使得鐵水能以旋轉產生的離心力流動至模穴中，因此鐵水的流動性對鑄造的品質影響甚大，欲藉由離心鑄造生產大口徑之管件時，則需大型的真空設備而使製作成本大幅提高。

本發明的主要目的在於將高活性金屬浸入鐵水，使高活性金屬於鐵水中熔融，以避免高活性金屬在熔融狀態下過度氧化導致鐵水的流動性不佳，而可提升金屬鑄造的良率。

本發明之一種金屬鑄造方法包含將一高活性金屬浸入於一鐵水中，使該高活性金屬於該鐵水中熔融，其中該高活性金屬於該鐵水熔融時，該鐵水完全包覆該高活性金屬，以及將熔有該高活性金屬的該鐵水澆鑄於一離心鑄模中進行離心鑄造以形成一鑄件，其中該鑄件之一表面因該高活性金屬氧化而形成一氧化膜。

本發明藉由將該高活性金屬完全地浸入該鐵水中熔融，而可避免該高活性金屬於熔融時氧化，因此在非真空環境中施作時亦能維持該鐵水良好的流動性，使得離心鑄造後該高活性金屬能在該鑄件中分佈均勻，而能以低成本的方式大量生產大口徑管件。

請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種金屬鑄造方法10包含：熔煉製程11、加入低熔點氧化劑12、將高活性金屬浸入鐵水中13、進行離心鑄造14及噴砂處理15。

請參閱第1及2圖，於熔煉製程11之步驟中將多種金屬置入高溫爐中進行熔煉而得到一鐵水110，在本實施例中，是將鐵(Fe)、矽(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、鎳(Ni)、鈷(Co)、碳(C)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、銅(Cu)、釩(V)、鎢(W)及硼(B)進行熔煉，以在後續製程中鑄成高耐熱之合金鋼，該熔煉製程11之一熔煉溫度介於1400度至1700度之間，其中合金之材料並非本案之限制。

請參閱第1及3圖，於加入低熔點氧化劑12之步驟中將一低熔點氧化劑120倒入該鐵水110中，以藉由漂浮於該鐵水110上的該低熔點氧化劑120避免該鐵水110中的熔融金屬氧化，其中該低熔點氧化劑120可選自於二氧化矽或玻璃。

請參閱第1及4圖，於將高活性金屬浸入鐵水中13之步驟中將一高活性金屬140浸入於一鐵水110中，使該高活性金屬140於該鐵水110中熔融，且該高活性金屬140於該鐵水110熔融時，該鐵水110完全包覆該高活性金屬140，以避免該高活性金屬140於熔融時接觸大量空氣導致其氧化而影響該鐵水110的流動性。本實施例係選擇以一夾治具130夾取該高活性金屬140，使操作者能穩固該高活性金屬140進入該鐵水110，並藉該鐵水110將該高活性金屬140包覆為佳，其中該夾治具130可以為任何態樣機構，僅須能穩固承載該高活性金屬140且其不與該鐵水110反應即可，於此不設限之。另外，由於該鐵水110表面漂浮有該低熔點氧化劑120，因此，熔融之該高活性金屬140漂浮至該鐵水110表面時亦能避免接觸到空氣，使得該金屬鑄造方法10可在一非真空環境中進行，而不受真空設備的限制製作大型鑄件。其中該高活性金屬140可選自於鋁(Al)或鈦(Ti)，在本實施例是使用鋁作為該高活性金屬140。

較佳的，該夾治具130夾取該高活性金屬140浸入於該鐵水110中時，同時以該夾治具130攪拌該鐵水110，使該高活性金屬140於該鐵水110中均勻分佈，以避免後續離心鑄造時該高活性金屬140過於集中而無法在整個鑄件上形成緻密之氧化層。

請參閱第1及5圖，於進行離心鑄造14之步驟中將該鐵水110澆鑄於一離心鑄模150中進行離心鑄造以形成一鑄件160，形成該鑄件160後，位於該鑄件160表面的高活性金屬成分會接觸到空氣而氧化，使該鑄件160之一表面形成緻密之一氧化膜，本實施例是在該鑄件160的表面生成氧化鋁(Al₂O₃)，而可保護該鑄件160內部金屬，使該鑄件160具有良好的抗氧化能力。

請參閱第1圖，於進行噴砂處理15之步驟中對該鑄件160進行噴砂處理，由於離心鑄造時質量較輕的物質會集中到內側壁表面，如雜質及該低熔點氧化劑120，可能會影響到該鑄件160的特性，因此，藉以噴砂處理去除雜質及該低熔點氧化劑120。

請參閱第6圖，為本實施例實際鑄造後，分別截取該鑄件160之內層、中層及外層試片後分別進行ICP(Inductively Coupled Plasma)檢測所得之金屬含量數據，可以看到該鑄件160之內層、中層及外層試片中鋁(Al)的含量大致相當，代表離心鑄造時該鐵水110的流動性佳，使該高活性金屬成分能均勻的分佈於該鑄件160中，可證明本案能確保該高活性金屬140融入該鐵水110時能避免氧化，而維持良好的流動性。

本發明藉由將該高活性金屬140完全地浸入該鐵水110中熔融，而可避免該高活性金屬140於熔融時氧化，因此在非真空環境中施作時亦能維持該鐵水110良好的流動性，使得離心鑄造後該高活性金屬140能在該鑄件160中分佈均勻，而能以低成本的方式大量生產大口徑管件。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

10‧‧‧金屬鑄造方法

11‧‧‧熔煉製程

12‧‧‧加入低熔點氧化劑

13‧‧‧將高活性金屬浸入鐵水中

14‧‧‧進行離心鑄造

15‧‧‧噴砂處理

110‧‧‧鐵水

120‧‧‧低熔點氧化劑

130‧‧‧夾治具

140‧‧‧高活性金屬

150‧‧‧離心鑄模

160‧‧‧鑄件

第1圖：依據本發明之一實施例，一種金屬鑄造方法的流程圖。 第2至5圖：依據本發明之一實施例，該金屬鑄造方法之各流程的示意圖。 第6圖：依據本發明之一實施例，該金屬鑄造方法所鑄造之一鑄件的ICP檢測數據。

Claims (7)

1. 一種金屬鑄造方法，其包含：將一高活性金屬浸入於一鐵水中，使該高活性金屬於該鐵水中熔融，其中該高活性金屬於該鐵水熔融時，該鐵水完全包覆該高活性金屬，該高活性金屬可選自於鋁(Al)或鈦(Ti)；以及將熔有該高活性金屬的該鐵水澆鑄於一離心鑄模中進行離心鑄造以形成一鑄件，其中該鑄件之一表面因該高活性金屬氧化而形成一氧化膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬鑄造方法，其中將該高活性金屬浸入於該鐵水前包含將一低熔點氧化劑倒入該鐵水中，使該低熔點氧化劑漂浮於該鐵水上，該低熔點氧化劑可選自於二氧化矽或玻璃。
3. 如申請專利範圍第2項所述之金屬鑄造方法，其中形成該鑄件後包含一噴砂處理，以去除該低熔點氧化劑。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之金屬鑄造方法，其中當該高活性金屬浸入於該鐵水中時，同時攪拌該鐵水，使該高活性金屬於該鐵水中均勻分佈。
5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬鑄造方法，其中該高活性金屬可選自於鋁或鈦。
6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬鑄造方法，其中該金屬鑄造方法是在一非真空環境中進行。
7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬鑄造方法，其中將該高活性金屬浸入於該鐵水前包含一熔煉製程以得到該鐵水，該熔煉製程之一熔煉溫度介於1400度至1700度之間。