[发明专利]包含用于减少铸造缺陷的添加剂的铸型材料混合物

说明书

本发明涉及用于金属铸造的模具或型芯的铸型材料混合物，其包括至少一种耐火铸型基础材料、粘结剂和基于油膏的添加剂。本发明还涉及一种组分体系、一种用于利用铸型材料混合物或组分体系分别制造模具和型芯的方法以及根据该方法制造的模具和型芯。

技术领域

本发明涉及用于金属铸造的模具或型芯的铸型材料混合物，其包括至少一种耐火铸型基础材料、粘结剂和基于油膏的添加剂。本发明还涉及一种包括耐火铸型基础材料、粘结剂和油膏的组分体系、一种用于分别利用铸型材料混合物或组分体系制造模具和型芯的方法、以及根据该方法制造的模具和型芯。

背景技术

铸造模具基本上由模具或者模具和型芯构成，型芯为待生产的铸件的阴模。在此，模具和型芯通常由耐火铸型基础材料、例如石英砂和合适的粘结剂构成，该粘结剂在从铸型工具中取出模具时为铸造模具提供足够的机械强度。耐火铸型基础材料优选以自由流动的形式存在，使得铸型基础材料能够在与粘结剂混合之后倒入到合适的空心模具中、压实并随后固化。

在铸造时，模具形成用于铸件的外壁，型芯用于在铸件内形成空腔。在此，并不绝对必需的是：模具和型芯由相同材料构成。因此，例如在硬模铸造时，借助于金属的永久模具对铸件的外部铸型。由不同组成的铸型材料混合物且根据不同方法制造的模具和型芯的组合也是可行的。

为简单起见，在下文中仅提及型芯，该叙述同样也适用于基于相同铸型材料混合物的且根据相同方法制造的模具，反之亦然。(多个)模具和可能的型芯组合成型芯包，然后用液态金属，如铁、钢、铝、青铜或其他有色金属浇铸。

随后，液态金属填充空腔，从而形成期望的铸件。液态金属尤其例如在铁铸造(铸造温度在大约1300℃至1500℃之间)或钢铸造(铸造温度在大约1500℃至1700℃之间)时的高温，导致有机粘合剂的分解并且加热型芯。

随温度升高，石英砂由于热膨胀而膨胀，直至在573℃时进行从α时石英到β英石英的晶型变化，即所谓的石英相变(Qaurzsprung)，这发生突然的体积增加。石英砂的进一步晶型变化发生在1470在、从β4石英到(α)-方石英，这同样伴随体积增加。当然，这种晶型变化不仅取决于相变温度，而且还明显地取决于其他参数，例如粒度或温度-时间梯度。

这种体积变化引起熔融金属-砂的界面附近的砂的微观结构中的机械应力，这会在模具/型芯中导致裂纹，裂纹使得熔融金属进入模具/型芯中进而在铸件表面处产生脉纹。

脉纹是不规则的、细丝状的、薄金属隆起，尤其在铸件的角或角落和边缘处难以将其去除。在使用化学增强铸型材料的情况下，脉纹更容易在铸造部件的内轮廓(型芯)处产生，并且穿过裂纹在液态金属能够渗入的铸型部件表面处形成。这些脉纹是不期望的并且必须费力且费时地将其去除，这与增加的成本相关。在具有窄的穿通部的关键应用中，脉纹可能封闭这些穿通部。在这些部位，很难检测到脉纹并且通常无法将其去除。

其他类型的砂，所谓的特种砂，例如铬矿砂、橄榄石砂、耐火粘土砂、铝土矿砂或者特制的砂，同样可用于制造模具和型芯。

这些砂在20℃至1700℃之间不呈现相变，具有更低的热膨胀且趋向于产生更小的脉纹缺陷。然而，它们也贵得多。公知的是，在砂混合物中使用砂添加剂以避免或减少脉纹缺陷。现有技术中已知四种不同类型的抗脉纹形成添加剂，这些抗脉纹形成添加剂的作用方式彼此不同：

第一种类型是如下的抗脉纹形成添加剂，这些抗脉纹形成添加剂与纯砂混合物相比，通过其自身低的热膨胀减少了石英砂-添加剂混合物的热膨胀。这些添加剂也称为砂替代物，并且基于铸型材料混合物以10至100重量％添加。属于此类的，包括例如硅酸铝，像莫来石珠或所谓的微球。