鑄造用球粘土澆口杯的研制

馬中全，周 梅，孫金城，潘悅飛

（山東建筑大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山東 濟(jì)南 250101）

澆口杯是用于鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)組成部分，特別是與冶金工業(yè)的發(fā)展有著極為密切的關(guān)系，是冶煉工藝裝備的重要組成部件之一。澆口杯的作用是容納澆入的熔融金屬液并緩解液態(tài)金屬對鑄型的沖擊，使其平穩(wěn)地流入直澆道而進(jìn)入鑄型型腔中，現(xiàn)有的澆口杯主要為砂型制作而成，在澆注過程中容易使鑄件產(chǎn)生氣孔、沙眼、鐵豆、渣眼、縮孔、裂紋和澆不足等缺陷，影響了鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量，并且在澆注鋁合金鑄件時(shí)，不可以反復(fù)使用，一次性就廢了。為了解決這個(gè)問題，以球粘土為主，添加黑粘土，以焦寶石為輔料，采用粉末冶金法成型，在1250℃～1320℃爐內(nèi)燒結(jié)后，隨爐冷卻制成；按材料配比容量計(jì)，60目～80目的球粘土占45%～50%，60目～80目的黑粘土占30%～35%，≤1mm顆粒的焦寶石占18%～20%。

1 試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)施方案

以球粘土和黑粘土為主料，以焦寶石為輔料，按成分不同容量比例計(jì)，80目～100目的球粘土45%～50%，60目～80目的黑粘30%～35%，≤1mm顆粒的焦寶石18%～20%。采用粉末冶金法成型，在1250℃～1300℃范圍內(nèi)燒結(jié)后制成。五種不同容量比如下：

（1）球粘土30%、黑粘土50%、焦寶石20%。

（2）球粘土40%、黑粘土40%、焦寶石20%。

（3）球粘土48%、黑粘土32%、焦寶石20%。

（4）球粘土55%、黑粘土25%、焦寶石20%。

（5）球粘土65%、黑粘土15%、焦寶石20%。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將三種材料按實(shí)施方案中的比例分別倒入混砂機(jī)內(nèi)，開動(dòng)機(jī)器進(jìn)行混合均勻5min～8min，然后再在攪拌混合時(shí)噴灑極少量的水（憑經(jīng)驗(yàn)觀察混砂狀態(tài)，注意不要在表面出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，水的量按重量約5%～6%，即水的用量為原料質(zhì)量的5%～6%），混合5min～10min。將其混合料倒入容器中（編號），用塑料布蓋好，放在無風(fēng)的地方放置15h～20h。

（2）將混合好的料裝入模具（澆口杯的模具事先已根據(jù)所需尺寸做好，如圖1所示的尺寸），在四柱壓力機(jī)上進(jìn)行壓制成型。

（3）合格的壓制品應(yīng)分批編號，填好壓型記錄，送電熱烘干箱烘干。壓制品烘干溫度50℃～70℃，烘干時(shí)間6h～8h。

（4）將烘干后的制品放入高溫?zé)Y(jié)爐中隨爐加熱燒結(jié)。燒結(jié)溫度1275±15℃，控溫用可控硅調(diào)壓自控，用UJ3—1電位差計(jì)監(jiān)控。

1.3 性能實(shí)驗(yàn)

（1）將五個(gè)試樣分別抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：把澆口杯平放在萬能試驗(yàn)機(jī)的工作區(qū)間，用微機(jī)控制操作進(jìn)行加壓，直至產(chǎn)生裂縫為止，屏幕顯示該產(chǎn)品的室溫下的抗壓強(qiáng)度值。本次試驗(yàn)用澆口杯尺寸是高度80mm，壁厚10mm，上口內(nèi)徑100mm，下口內(nèi)徑60mm的錐筒式澆口杯。不同的壁厚抗壓強(qiáng)度是不同的，見表1。

（2）產(chǎn)品的體積密度用JG85型天平測定密度ρ＝G/V。

（3）用1380℃灰鑄鐵金屬液澆注，觀察澆口杯內(nèi)壁浸腐蝕的變化情況，見表1。

（4）將試樣加熱到850℃，然后放入冷水中，重復(fù)兩次。觀察外形的變化，見表1。

表1 球粘土為主材料制作澆口杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

2 結(jié)語

本項(xiàng)目的研制是通過組成材料成分的改變，找到了最佳配方方案，其燒結(jié)灼減比率≤13%，體積密度為≥2.65g/cm3，顯氣孔率為18.65%，產(chǎn)品常溫耐壓強(qiáng)度16.38MPa，含有SiO258%，Al2O335%，其余如Fe2O3、TiO2等雜質(zhì)。成品尺寸公差內(nèi)孔、外圓、高度不超過圖紙要求的1%。

以球粘土和黑粘土為基料，以焦寶石為輔料，按材料配比容量計(jì)，球粘土48%（80目～100目）、黑粘土32%（60目～80目）、焦寶石20%（顆粒≤1mm），采用粉末冶金法成型，在1275±15℃爐內(nèi)燒結(jié)后，隨爐冷卻制成的鑄造用澆口杯無論從外形表面，還是從性能方面，都大大的提高了澆口杯的使用壽命，降低了砂型澆口杯影響澆注質(zhì)量和鑄造成本的問題，能夠有效提高澆注質(zhì)量。它的良好的澆注工藝性能和較低的成本是以往其他澆口杯所不具備的，這是用球粘土做主要原料制作的澆口杯一個(gè)鮮明特點(diǎn)，便于推廣應(yīng)用，如圖2所示。

圖1 澆口杯模具尺寸

圖2 粉末冶金法研制的鑄造用澆口杯