精密铸造过滤器

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      近年来，随着科技的发展和工业生产的要求，对铸造合金的质量要求日益严格。对于一些铸件不仅要求有合格的化学成分和力学性能，而且要求有优越的内在质量和外在质量。然而采用传统的熔炼铸造工艺往往不能满足这些要求，关键原因在于合金中的非金属夹杂物超出所允许的范围。为减少非金属夹杂物的影响，人们一方面对配制合金的原材料提出了严格的要求，另一方面则竭力在铸造工艺上采取措施，铸造过滤技术就是在这种情况下发展起来的一种过滤净化熔液的新工艺。

　　精铸件一般要求较高，在铸件型腔充满液体时，在凝固过程中，渣子不能排出，加之冷却较快，在渣子上浮过程中就已凝固，出现渣孔导致铸件报废。在浇注过程中采用泡沫陶瓷过滤器，可以显著提高金属液的纯净度、减少铸件缺陷。过滤技术在国外熔模铸造生产中已非常普遍，国内有为数不多的工厂采用铸钢泡沫陶瓷过滤器。事实上，对要求高的铸件，使用泡沫陶瓷过滤器后带来的经济效益（铸件成品率的提高、加工、返修费用的节省、索赔的减少等）远超过过滤器本身增加的铸件生产成本。

　　一、泡沫陶瓷过滤器的种类及特点

　　过滤器根据使用条件可分为铸钢用、铸铁用及铸铝用三种类型的过滤器，我们主要介绍铸钢用过滤器。铸钢用泡沫陶瓷过滤器的主要以氧化锆质及碳质材质为主，这两种材质均具有良好耐高温性能，已经通过多年的生产实践验证。

　　1.氧化锆质泡沫陶瓷过滤器

　　氧化锆质陶瓷过滤器以高纯的氧化锆为基本原料，经过1600℃以上的高温烧结，质地稳定，具有强度高、耐高热力冲击能力好的特点，同时高温下不与任何金属溶液发生反应，可以承受1700°C钢液的冲击。因此，氧化锆质陶瓷过滤器适用于所有钢种，包括碳钢、不锈钢以及钴基、镍基等高温合金，也可用于大型铸铁件。另外，该类过滤器在精铸工艺中同样有着很好的应用优势。

　　2.碳质泡沫陶瓷过滤器

　　碳质过滤器的主要成分是碳质材料及氧化铝或其他无机骨料，蓄热系数低，重量轻，有利于金属液在接触过滤器时快速启动，能消除熔融金属在过滤过程中凝固的风险。含碳陶瓷过滤器可以制作成300 mm的大尺寸产品，由于原料成本较低，有一定的成本优势。主要用于碳钢、低合金钢及大型铸铁件，但是不适用于浇注前预热过滤器的场合，也不推荐不锈钢以及含碳量低于0.1%的合金钢使用。

　　二、泡沫陶瓷过滤器的选型

　　在使用泡沫陶瓷过滤器时，要依据铸件的质量要求和金属液中夹杂物的数量来确定过滤器的孔径（单位英寸产品的孔数，ppi），铸钢用过滤器的孔径主要为10 ppi、15 ppi，而20ppi和30 ppi规格的产品使用较少。过滤器的厚度越大，过滤器的强度越好，过滤器的过滤效率也越高，但其使用成本也越高。从最适宜的强度和过滤效率考虑，一般推荐如下：尺寸<60mm，厚度20～22mm；60-100mm，厚度22～25mm，100～150mm，厚度25～30mm，>150mm，厚度30～40mm。

　　三、过滤器的安放

　　精铸件一般形状复杂，给铸造工艺带来一定难度，使用过滤器时多数情况下放置在浇口位置。在实际应用中根据不同的铸件及要求，可以采用如下方法：

　　1.放置在型壳浇口杯

      在型壳浇口杯预留过滤器台或使用锥台型过滤器，在型壳焙烧出炉后，迅速过滤器放置在浇口位置，如图1所示。或者在浇注之前经过滤器同型壳一起烘烤预热，有助于金属液开始通过，使用效果更好，如图2所示。

         

                               
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                               图1 设计有过滤器座的型壳

                     

                               
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                           图2　预热后的型壳及过滤器

　　为使过滤器放置容易，需要设计过滤底座，即在型壳放置过滤器处与过滤器外缘最好有2毫米间隙、支撑面要留有大于5ｍｍ宽度的底座，如图3所示。过滤器也可以做成圆台形，与浇口匹配，可外包纤维棉，直接放在浇口位置，如图4所示。

                    

                               
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                         图3　方形过滤器座的示意

         

                               
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                   图4　圆台形过滤器在浇口杯放置

　　2.放置陶瓷浇口杯

　　把过滤器放在专用的陶瓷材质的浇口杯内，在制壳过程中，将浇口杯联到铸件树上，浇注时将过滤器放在浇口杯内进行浇注，如图5、图6所示。

               

                               
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                         图5 设计有过滤器座的陶瓷浇口杯

                           

                               
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                           图6 陶瓷浇口杯与型壳的配合使用

　　3.放置在预制位置

　　把过滤器放在浇注系统内，预先将带有过滤器的浇注系统型壳制作好，在管壳上相应位置预留有开口，便于过滤器放在安装座内。制壳阶段放于座内，用水玻璃或硅溶胶封住，固化烘干后就可浇注试验。

　　另外，钢液浇注温度控制在工艺范围上限，浇注速度应尽快达到最大，以避免冷隔、浇不足等铸造缺陷。

      四、应用案例

　　1．小型精密铸件-缸头的使用效果

　　铸件为缸头，主要缺陷是夹杂和气孔。材质：ZG25CrNiMo，浇注温度：1550~1570℃，浇注重量45~50kg，水玻璃砂制壳，壳型焙烧温度840℃，保温3ｈ；采用圆台型Φ（70-60）×22 10ppi氧化锆质过滤器。过滤器如图7所示，浇注前过滤器放置如图8所示。过滤器随炉焙烧，浇注时未出现阻流现象，起到了过滤、整流的作用。使用后废品率大幅度降低，铸件表面光洁，表面质量提高。

                 

                               
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                           图7圆台形泡沫陶瓷过滤器

                        

                               
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　                             图8 过滤器放置

　　2．大型精铸-阀体的使用效果

　　铸件为阀体，硅溶胶制壳，材质为镍基合金，浇注重量为300Kg，浇注温度在1540℃，浇注时间在12s，使用氧化锆质过滤器 150ｍｍ×150ｍｍ×30ｍｍ（10ppi）一片，放置在自制浇口杯中，铸件经过X射线探伤，气孔、夹渣缺陷大幅度减少，铸件表面光洁。过滤器口及放置位置如图9、图10所示。

              

                               
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                           图9过滤器的安放底座

         

                               
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                          图10过滤器在浇口杯中的安放

　　3．使用与不使用过滤器铸件产品质量对比

　　由表1可以看出，使用过滤器后，铸件合格率明显上升，减少了铸件的夹渣缺陷，降低了气孔废品率。

            

                               
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　　4．齿套铸件使用过滤器前后性能对比

　　齿套为ZG310-570钢，单件重量在3～6Kg，每组4个铸件，浇注温度为1580～1630℃，浇注时间是6～8ｓ。使用ф60mm×20mm（10PPI）氧化锆质过滤器，共过滤198件，合格198件，而未使用过滤器前的废品率为13%。

            

                               
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　　由表2齿套过滤前后力学性能对比可以看出，过滤后的力学性能更佳。通过对齿套ZG310-570钢进行金相分析，可以看出经过过滤后基体中珠光体和铁素体比未过滤更加均匀。

　　由上述应用案例可以看出，使用过滤器以后，铸件不仅成品率与表面质量提高、焊补率下降，铸件的内在品质如力学性能、也大幅度提升，表明过滤技术在提升产品质量、升华铸件品质方面起到了关键作用。

　　五、过滤技术的应用前景

　　过滤技术在滤除金属液中夹杂物，改善铸件的内部组织和加工性能，提高铸件的工艺出品率、合格率及力学性能，降低铸造生产的综合成本方面起到重要作用。随着我国铸钢件品质的不断提升，人们对过滤技术认识的不断深入，铸钢用泡沫陶瓷过滤器己被越来越多的铸造厂家所认同，将在提高铸件的质量和成品率方面将发挥越来越大的作用。

铸造小猫

树脂砂用的普通冒口底部也有放过滤片的，用来浇冒口一体的设计

                               
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我本善良

学习了

xyajms

学习，不知道实用不

我本善良

                               
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