无定形石墨砂在铜合金铸造中的应用研究华中理工大学（武汉４３００７４）潘应君，魏伯康，林汉 同成都飞机公司钱钰厚，缪国良，刘铁锭，吴奇略［摘要］石墨砂是一种新型的铸造用砂．研究了 石墨砂对铸铜合金组织与性能的影响，并将石墨砂应用于青铜阀体铸件的生产中，取得了良好的效 果．［关键词］石墨砂，铜合金ＴｈｅＳｔｕｄｙｏｆＣｒｙｐｔｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＧ ｒａｐｈｉｔｅＳａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｅｄｉｎＣｕＡｌｌｏｙｓＣａｔｓｉｎｇ￥ＰａｎＹ ｉｎｇｊｕｎ；ＷｅｉＢｏｋａｎｇ；ＬｉｎＨａｎｔｏｎｇ；ＱｉａｎＹｕｈｏｕ；ＭｉａｏＧ ｕｏｌｉａｎｇ；ＬｉｕＴｉｅｄｉｎｇ；ＷｕＱｉｌｕｅＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒｙｐｔｏ－ｃ ｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｇｒａｐｈｉｔｅｓａｎｄｉｓａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｃａｓｔｉｎｇｓａ ｎｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｓａｎｄｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕ ｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣｕａｌｌｏｙｓｃａｓｔｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄ ｉｅｄａｎｄｔｈｅｃｒｙｐｔｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｇｒａｐｈｉｔｅｓａｎｄｗａｓａ ｐｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｃａｓｔＣｕａｌｌｏｙｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｕｃｃｅｓｓ ｆｕｌｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｙｐｔｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｇｒａｐｈｉｔｅｓａ ｎｄ；Ｃｕａｌｌｏｙｓ男，２８岁，材料系博士研究生１引言天然无定形石墨砂是一种刚问世不 久的新型铸造用砂。由于其具有高导热率、高冷却能力、高耐火度、高化学稳定性和稳定的化学中 性等特点，可以开发用作激冷砂、高熔点合金用砂、易氧化合金用砂等，是一种能提高铸件质量， 改善劳动和环境条件，具有较大经济和社会效益的铸造用砂。铜合金是现代工业中应用广泛的重要 材料之一。但是，由于其在铸造生产中容易产生缩松、偏析等缺陷，组织致密性差，铸件易发生渗 漏现象，铸件机械性能降低，因而生产中常用金属型或石墨型浇铸，而用砂型浇铸时则必须安放大 量冷铁。然而，金属型及石墨型成本较高；安放大量冷铁不仅会提高生产成本，影响生产效率，且 铸件质量也不易保证。本研究的目的，是以天然无定型石墨砂及以石墨砂为原料制造的石墨砂激冷 块取代金属型和石墨型及冷铁来生产铸铜件，细化组织，消除缺陷，提高机械性能。２试验条件及 方法试验用合金为锡青铜ＺＱＳ。１０—２及铝青铜ＺＱ．ｒｅｇ—４；熔炼设备为５０ｋｇ中频 电炉。分别以石英砂、刚玉砂和石墨砂砂型浇注铜合金阶梯试样（尺寸见图１），然后取样加工成 拉棒（ｔｈ１０Ｘ１００ｍｍ），比较在不同砂型条件下合金的机械性能；为比较合金在不同型砂 条件下的流动性，同时对每一砂型浇注了螺旋线型流动性试样；为了取代砂型生产中使用的大量冷 铁，本试验用以石墨砂为原料制造的石墨砂激冷块代替冷铁，研究不同厚度的石墨砂激冷块对铜合 金组织的影响（试验所采用的铸型见图２）。田２激冷效果试验铸型３试验结果及分析３·ｌ不同 砂型对铜合全性能的影响试验结果见图３。表明，在相同的铸造条件下，石墨砂型浇注的合金试样 的抗拉强度和延伸率最高，刚玉砂型的次之，石英砂型的最低，相反，石墨砂型浇铸的流动性试样 螺旋线的长度最短。日３三种砂型对ＺＱＡ１９—４合金性能的影响比较（平均值）很明显，之所 以出现上述结果，主要是由于三种型砂的激冷能力不同所致。在其它条件相同的情况下，由于石墨 砂的导热率和蓄热系数要比石英砂高得多，故其砂型的激冷能力比起石英砂型也就大得多，从而使 得合金晶粒细化（图４），抗拉强度和延伸率都得到提图４三种砂型对ＺＱＡ１９—４合金组织的 影响２５０Ｘ高；相反，使得合金的流动性试样螺旋线长度变短。３．２石墨砂邀冷块对用合全组 织的影响试验中用冷铁（ＨＴ２００）和石墨砂激冷块（７０％石墨砂）进行对比，观察不同激冷 块对ＺＱＡＩｇ—４合金组织的影响。冷铁尺寸为中３０Ｘ１５（ｍｍ），石墨砂激冷块的尺寸有 两种，分别为ｔｈ３０Ｘ１５（ｍｍ）和ｔｈ３０Ｘ３０（ｍｍ）。浇注温度为１１８０’Ｃ、金 相试样取自靠近激冷端。由图５可见，在冷铁和３０ｍｍ石墨砂激冷块的作用下，合金组织中的树 枝晶变得较为细小，二者的激冷图５不同激冷块对ＺＱＡ１９—４合金组织的影响２００Ｘ效果相 当；而１５ｍｍ石墨砂激冷块的激冷效果稍差一些，但与没放激冷块的相比，其效果还是很明显的 。用人造石墨块作为铸型和激冷块在铸造中已有应用，但由于人造石墨块的加工劳动环境很差，且 其成本较高，来源有限，因而其应用范围受到了限制。而天然无定形石墨砂资源丰富，价格低廉， 石墨砂激冷块的制造工艺简单，使用方便，完全可以代管冷铁和人造石墨块，起到细化组织，消除 缺陷，提高机械性能的作用．４生产试验图６是武汉某造船厂的一间体零件，材质为ＺＱＳｎｌｏ —２！，要求承受０．１５ＭＰａ的水压而不漏。该厂生产中，采用石英砂干型并安放冷铁工艺， 结果容易产生枝晶间缩松缺陷，导致铸件的组织致密性差，在使用过程中发生渗漏现象。为了消除 缺陷，满足水压试验要求，曾在铸型中安放大量冷铁和设置足够大的冒口，虽使废品率得到下降， 但工艺复杂，成本较高，且仍存在一定的废品。为此，我们在该铸件上进行了石墨砂型工艺试验。 石墨砂型配比为：石墨砂１００％，粘土１０％，水１０％．混砂工艺为：石墨砂十粘土干混ｓｍ ｉｎ，再加水混１０ｔｎｉｎ。阀体砂芯也采用石墨砂制造，在２００Ｃ烘烤３ｈ．铜液浇注温度 为１２００’Ｃ。开箱后，铸件表面质量良好，无气孔和粘砂等缺陷；加工后进行水压试验，可以 完全满足要求。试验中生产阀体１０件，无一废品。这说明，采用石墨砂铸造锡青铜铸件，可以有 效地加快铸件的凝固速度，细化晶粒，消除气孔和缩松，提高铸件的致密性。５结语（１）以石墨 砂型（芯）取代石英砂型（芯）铸造用合金，可以消除缩松等缺陷，细化组织，有效地提高合金的 强度和延伸率。门）无定形石墨砂激冷块取代冷铁可以有效地细化ＺＱＡＩｇ—４合金的组织。为 了达到相同的激冷效果，其厚度须是冷铁的２倍。（３）无定形石墨砂应用于锡青铜用体零件铸造 ，可以有效地消除缩松等缺陷，提高铸件的致密性。收稿日期：１９９４年４月３日无定形石墨砂 在铜合金铸造中的应用研究@潘应君，魏伯康，林汉同，钱钰厚，缪国良，刘铁锭，吴奇略$华中 理工大学，成都飞机公司石墨砂，铜合金石墨砂是一种新型的铸造用砂．研究了石墨砂对铸铜合金 组织与性能的影响，并将石墨砂应用于青铜阀体铸件的生产中，取得了良好的效果．致密性差，在 使用过程中发生渗漏现象。为了消除缺陷，满足水压试验要求，曾在铸型中安放大量冷铁和设置足 够大的冒口，虽使废品率得到下降，但工艺复杂，成本较高，且仍存在一定的废品。为此，我们在 该铸件上进行了石墨砂型工艺试验。石墨砂型配比为：石墨砂１００％，粘土１０％，水１０％． 混砂工艺为：石墨砂十粘土干混ｓｍｉｎ，再加水混１０ｔｎｉｎ。阀体砂芯也采用石墨砂制造， 在２００Ｃ烘烤３ｈ．铜液浇注温度为１２００’Ｃ。开箱后，铸件表面质量良好，无气孔和粘砂 等缺陷；加工后进行水压试验，可以完全满足要求。试验中生产阀体１０件，无一废品。这说明， 采用石墨砂铸造锡青铜铸件，可以有效地加快铸件的凝固速度，细化晶粒，消除气孔和缩松，提高 铸件的致密性。５结语（１）以石墨砂型（芯）取代石英砂型（芯）铸造用合金，可以消除缩松等 缺陷，细化组织，有效地提高合金的强度和延伸率。门）无定形石墨砂激冷块取代冷铁可以有效地 细化ＺＱＡＩｇ—４合金的组织。为了达到相同的激冷效果，其厚度须是冷铁的２倍。（３）无定 形石墨砂应用于锡青铜用体零件铸造，可以有效地消除缩松等缺陷，提高铸件的致密性。收稿日期 ：１９９４年４月３日无定形石墨砂在铜合金铸造中的应用研究@潘应君，魏伯康，林汉同，钱钰厚，缪国良，刘铁锭，吴奇略$华中理工大学，成都飞机公司石墨砂，铜合金石墨砂是一种新型的铸造用砂．研究了石墨砂对铸铜合金组织与性能的影响，并将石墨砂应用于青铜阀体铸件的生产中，取得了良好的效果．
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