專利名稱：用于澆注不銹鋼的失泡沫方法
本申請概括地說涉及到失泡沫鑄造法，更具體地說，涉及到一種用于澆注不銹鋼的失泡沫法。
使用失泡沫法的鑄造方法是周知的，在授與H.F.索邪(Shroyer)的美國專利第2830343號中可以看到有關這種方法的說明。這種鑄造法使用了一種空腔較少的鑄造方法，在在這種方法中，將聚苯乙烯泡沫型埋置在模砂中。放置在模砂中的泡沫型模會被倒進該型模中的熔化金屬所溶解。熔化的金屬會取代泡沫型模從而精確地復制該型模的所有特征。與使用失蠟法的失蠟鑄造法相似，型模在傾注過程中被破壞掉了，因而每次澆注都需制做新的型模。
上述方法使用了以下的基本步驟。首先，利用某種模型制做一泡沫型模及澆注系統(tǒng)。其次，通常將上述模具或泡沫型模以及澆注系統(tǒng)組合成由各個獨立部件構(gòu)成的組件，以利于大量地生產(chǎn)。此后，給該組件鍍上可透性的難熔鍍膜。再次，將準備好的組件安放在疏松游離的模砂中，而模砂則通過搖動整個模具組件而填充于泡沫組件周圍。然后，將熔化的金屬澆注進該泡沫組件中，從而溶解了所述組件中的泡沫并且用熔化了的金屬取代泡沫。最后，移去且分離上述組件，并且已知的方法將各個獨立部件磨光。
上述失泡沫法已經(jīng)用于生產(chǎn)灰口鐵及非鐵類零件。到目前為止，利用上述方法澆注不銹鋼是行不通的。當不銹鋼的熔化金屬揮發(fā)時，會產(chǎn)生碳，而碳則會被吸收進液態(tài)金屬中，從而會提高最終不銹鋼產(chǎn)品的碳含量。某些適于不銹鋼的應用具備了美國材料試驗學會(ASTM)的有關碳含量的標準，該標準的碳含量在0.06%至0.08%的范圍之內(nèi)。一種按照ASTM標準生產(chǎn)的不銹鋼零件的應用是核反應堆的管道懸掛器上述核反應堆需要按ASTM質(zhì)量技術(shù)員資料A297HH所生產(chǎn)的零件。
按上述失泡沫法制造不銹鋼管道懸掛器的嘗試具有不能令人滿意的結(jié)果。包圍泡沫型模的模砂甚至會受到4”至12”汞高真空的影響，此真空形成于盛放模砂及部件的砂箱中以使模砂保留在所述部件的周圍。盡管具有上述的真空范圍，此范圍在現(xiàn)有技術(shù)中被認為是能保持方法的完整性，但其結(jié)果也不是不能令人滿意的。
這樣，可以看到，用于按諸如ASTM所規(guī)定的應用標準去生產(chǎn)低碳含量不銹鋼零件的失泡沫法是必要的，而現(xiàn)有技術(shù)卻無法滿足上述要求。
本申請人的方法能解決諸多問題，這些問題是伴隨現(xiàn)有技術(shù)的失泡沫生產(chǎn)方法以及通過提供失泡沫法的其它生產(chǎn)方法所產(chǎn)生的，盡管上述失泡沫法能夠生產(chǎn)出具有最低或很低碳含量的不銹鋼零件。
為了達到這一目的，本申請人的方法使用了高度真空，此真空在預定容積和溫度澆注不銹鋼的過程中被應用于失泡沫法，以便使得在鑄造過程中生產(chǎn)的碳被真空排放出來，以及形成低碳不銹鋼件。
這樣，將會看到，本發(fā)明的一個方面是提供一種用于生產(chǎn)低碳不銹鋼零件的失泡沫法。
本發(fā)明的另一方面是提供一種高度真空的失泡沫鑄造法，此法會排出任何形成于澆注過程中的不需要的揮發(fā)性元素。
本發(fā)明的上述及其它方面將會通過閱讀對最佳實施例的說明，同時仔細看附圖而得以更充分的理解。
在附圖中

圖1是在本發(fā)明的方法中所使用的失泡沫裝置的透視圖;
圖2是顯示本方法的裝置的概略側(cè)視圖。
以下參照附圖，將會看到公開的生產(chǎn)不銹鋼低碳零件的獨特方法利用了已知的失泡沫型裝置。
在本方法中，可按照ASTM標準A-297HH生產(chǎn)高純度的不銹鋼鍋爐管道懸掛器。該管道懸掛器先用塑料泡沫狀材料制成，即由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成，PMMA可從道爾化學公司(DOWChenicalCompany)獲得。這些鍋爐管道懸掛器被裝配成可澆注量的組件，該組件包括84個在一連接件上彼此間隔安放的管道懸掛器。然后，給上述鍋爐管道懸掛器組件噴鍍上一層約4密耳厚度的硅酸鋁難熔鍍膜。再后，將該鍍了膜的組件在120°F條件下干燥約12小時，在此時間后，上述管道懸掛器組件即可在真空泡沫法裝置中使用。
如圖所示的裝置，是一種標準的失泡沫型裝置，在該裝置中，開放容器(10)具有一底部表層(12)，該底層由5密耳厚度的聚烯烴塑料(EEVA)薄膜構(gòu)成。位于主箱室(14)下方并用上述表層(12)加發(fā)分隔的下部箱室(14)會向表層(12)提供約18″汞高的真空，而上述真空是利用裝置(16)抽取該真空而獲得的。所述開放容器(10)約為15-20平方英尺，高約為4-7英尺。
此后，給開放容器(10)填充約一英寸的模砂層。一般來說，可以使用兩種不同類型的模砂。一種是具有標稱美國鑄造協(xié)會(AFS)90-100顆粒度數(shù)并具有約65干性滲透率的模砂。另一種是具有34-38AFS顆粒細度數(shù)及450-525干性滲透率的模砂。業(yè)已對上述模砂的不同類型的洗滌劑做了評估，從而能選定一種能在自動化發(fā)動機生產(chǎn)車間中利用已知失泡沫法生產(chǎn)灰口鐵發(fā)動機組件的有效洗滌劑。此后，將每組包括84個鍋爐管道懸掛器的四個鍋爐管道懸掛器組件(18)安放在開放容器(12)內(nèi)，上述各個懸掛器組件通過已知的澆注方式(20)和一個澆注孔(22)而被此連接在一起，而所說的澆注孔用于使液態(tài)不銹鋼被澆注進帶澆注口的管道懸掛器組件(18)中。開放容器(12)填充了前述類型的模砂，由于所述模具相對來說比較精密，所以，通過一受控漏斗(未顯示)來填充的受控模砂會防止不適當?shù)負p壞模具的/或防止每個管道懸掛器破裂。此后，用模砂填充開放容器(12)直至能蓋管道懸掛器組件(18)的高度(24)。然后，振動被填充的上部容器以使整個砂床密實。當然，上述所有步驟都是伴著使用約18″汞高的真空而進行的，上述真空狀態(tài)提供于下部箱室(14)，此室用薄膜(12)與上部箱室(10)相分隔。
再后，用一約為5密耳厚度的聚烯烴塑料材料(EVA)制成的頂部薄膜(26)來覆蓋開放容器(10)，并且，通過三根與開孔(28，30，32)相連接的2″真空撓性導管向箱室(10)提供22″英寸汞高的真空。在約20″至29″汞高范圍的工作真空狀態(tài)下，上述三根導管會抽出500單位的氯氟甲烷(CFFM)，而在澆注過程中則將抽出1500單位的氯氟甲烷(CFM)。
然后，將熔化的不銹鋼經(jīng)由穿過薄膜(26)延伸至模具組件(18)的入口澆注進模具組件(18)中，上述熔化的不銹鋼是在溫度約為2450°F的條件下澆注的。
對所需澆注溫度的分析是利用有關多合金鋼的固相線/液相線的標準合金抑制劑系數(shù)而進行的，平均液相線經(jīng)計算為2650°F至2675°F。以此為依據(jù)，所要求的澆注溫度選定為2875°F±25°F。
對于安放在箱室(10)中較大的四組管道懸掛器型模來說，應按平均為18至22秒的澆注時間來對成型澆注定時，而對少量的管道懸掛器型模/模具來說，則應按平均為12至18秒的澆注時間來定時。這一結(jié)果是分別按金屬的流速約為每秒78-64磅及每秒75-50磅而計算出來的。
可以通過將所需要澆注的不銹鋼的溫度提高至2900°F±25℃F來減少澆注時間。增加溫度會相應地縮短澆注時間并減少澆注不足的差錯。與較低的熔化金屬溫度狀態(tài)下之18至22秒的澆注時間相反，包括約1400磅熔化不銹鋼的較多澆注量所需的平均澆注時間約為10至14秒。這樣，在提高了熔化金屬的溫度的條件下，平均澆注速率就會從每秒78-64磅的范圍上升至每秒140-100磅的范圍。如前所述，在澆注過程中，所有的澆注活動都是在約20″-29″英寸汞高的真空狀態(tài)下進行的，此真空狀態(tài)是在不向下部箱室(14)提供真空的情況下提供給箱室(10)的。在澆注不銹鋼過程中提供給箱室(10)的高度真空狀態(tài)不僅會因?qū)⑷刍饘傥肽＞呓M件(18)中而有助于澆注該熔化金屬，而且會使得含碳煙霧在澆注過程中從箱室(10)排出。應該注意在一種試驗過程中，約1400磅的金屬可在使用高度真空的情況下于10秒鐘之內(nèi)澆注進模具組件(18)中，而同樣數(shù)量的熔化金屬在不使用真空的情況下則需約25-30秒鐘才能澆注進模具(18)。
分析表明，用高度真空的失泡沫法所制成的鑄件會使得沒有任何碳吸收的現(xiàn)象達到最低的限度。對鑄件所做的不同類型的顯微照相表明，最壞的情況是有0.03%的碳吸收，而最好的情況則是只有少量的脫碳。通過對比在澆注過程中不使用高度真空時用普通失泡沫法制成的樣本，可以明顯地看出，較高含量的碳吸收為最壞情況是0.23%而最好情況是0.09%。如前所述，碳吸收是諸如作為鍋爐懸掛器的不銹鋼應用的關鍵，這是因為較高的碳含量會影響以后對這些懸掛器所做的連接焊接，并且，上述懸掛器還應按ASTM標準來生產(chǎn)，而該標準則要求不銹鋼有較低的碳含量。
應該認識到，為簡明及清楚起見，本文并沒有公布特定的修正及改進型式，但是，所有的修正與改進型式均應認為屬于下述權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用失泡沫法澆注低碳鐵類金屬部件的方法，此方法包括的步驟是形成一填充了模砂的箱室，該箱室?guī)в幸凰芰闲湍２考?，此部件盛放在上述箱室之中；覆蓋上述填充了模砂的箱室的頂部；給上述箱室提供20″至29″汞高的真空狀態(tài)；將熔化的不銹鋼澆注進所述的塑料型模區(qū)域以便取代所述塑料型模從而使得低碳不銹碳呈處于該區(qū)域上的型模部件的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述之方法，其中，是在2900°F±25°F溫度情況下澆注熔化了的不銹鋼。
3.如權(quán)利要求2所述之方法，其中，用500單位的氯氟甲烷(CFM)將上述真空狀態(tài)提供給箱室的三側(cè)。
4.如權(quán)利要求2所述之方法，其中，所述之箱室覆蓋有一層約5密耳厚的聚烯烴(EVA)材料制成的塑料薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述之方法，其中，所澆注的熔化不銹鋼的溫度在2400°F至2900°F的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述之方法，其中，所述的塑料型模部件是用聚甲基丙烯酸甲酯制成的。
7.如權(quán)利要求6所述之方法，其中，所述的塑料型模部件鍍有硅酸鋁。
8.如權(quán)利要求7所述之方法，其中，所述鍍了膜的塑料部件需在約120°F的溫度下干燥約12小時。
9.如權(quán)利要求8所述之方法，其中，所述的塑料部件被制成一具有多個鍋爐管道懸掛器的組件。
10.如權(quán)利要求1所述之方法，其中，所述之填充了模砂的箱室?guī)в幸坏撞克芰媳∧樱诖吮∧ど咸峁┝思s18″汞高的真空狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述之方法，其中，當提供所述箱室的真空時，會解除提供給上述膜層的真空狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求1所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有34-38顆粒細度數(shù)和450-525干性滲透率的模砂來填充的。
13.如權(quán)利要求10所述之方法，其中，所述填充了模砂的箱室是用具有90-100顆粒細度數(shù)和約65干性滲透率模砂來填充的。
全文摘要
一種用于形成低碳不銹鋼零件的失泡沫法，此法在澆注過程中用了高度真空狀態(tài)。
文檔編號B22D27/15GK1091342SQ9311453
公開日1994年8月31日 申請日期1993年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月16日
發(fā)明者布賴恩·漢德 申請人:巴布考克和威爾科斯公司