金属型浇注铝活塞用保温冒口套的研制

介绍了一种以漂珠、附加保温材料和水玻璃粘结剂混制而成的保温冒口套。验证结果表明：该冒口套具有保温效果好，寿命长，价廉，制作工艺简单，是进口冒口套的替代品，具有推广应用价值。
关键词：　保温冒口套　金属型　铝活塞

用金属型铸造铝活塞时，以往我们采用活塞头部朝下，上抽芯等方法，其工艺出品率仅为40%左右。河北某厂引进德国马勒公司的浇注机生产铝活塞，采用的是下抽芯方法，活塞头部朝上，并使用保温冒口，工艺出品率高达82%。但进口保温冒口套价格昂贵，且常因供应中断而影响生产。为此研制出了一种新型金属型保温冒口套，它不仅具有良好的保温性能，且寿命长，有足够的耐火度和一定的韧性，材料来源广，成本低，使用方便，无污染。

1　试验用原材料

1.1　保温材料

试验用保温材料为空心微珠(漂珠)及附加保温材料，附加保温材料的作用是在冒口套中起提高韧性的作用。空心微珠的化学成分、物理性能见表1。

名　称	wB/%	体积质量	耐火度	导热系数
SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	其他	kg.m-3	℃	W.m-1.K-1
空心微珠	50～60	2～5	25～40	0.5～3	0.5～2	余量	250～390	>1 550	0.071～0.095

1.2　粘结剂

试验用的粘结剂为水玻璃，其性能见表2。

编　号	模数	密度/kg.m-3
1	2.27	1 520
2	2.48	1 510

2　“8”字试样及冒口套制作

将漂珠和附加保温材料定量后混匀，然后慢慢加入水玻璃混匀，最后加适量水调湿后备用。“8”字试样及生产用冒口套均利用金属型在自制的压实设备上紧实。图1为压实机的结构简图；图2则为试验用金属型结构简图。制作好的“8”字试样及冒口套要进行烘干硬化才可使用。 3　试验方法

研制出的新型保温冒口套要求表面质量好，有一定强度，不易损坏，可重复使用，保温性能好，故要求其具有较高的抗拉强度、较小的体积质量及导热系数，以下是具体的试验方法。

3.1　冒口套表面质量评定

要对烘干(或焙烧)后的冒口套外观质量进行评定，一般为以下两个方面。

(1)烘烤或焙烧后是否变形、开裂。
(2)用手指用力划其表面，看是否掉粉。如果无变形、开裂及不掉粉，则其表面质量为“好”；如果无变形及开裂、部分掉粉，则其表面质量为“较好”；如果变形或开裂，不掉粉，或无变形开裂但掉粉严重，则表面质量为“差”。

3.2　抗拉强度的测试

将制成的“8”字试样在杠杆式万能强度试验机上测定。试验结果取三个数值的算术平均值。

3.3　体积质量

将冒口套或“8”字试样，在架式天平上称量，然后计算其体积质量。

3.4　导热系数的测定

用混合料在自制压实设备上压制100 mm×100 mm×50 mm的试样，试验测定导热系数。

3.5　模拟浇注试验

试验是在实验室模拟现场工作条件进行。即将冒口套预热至300 ℃，然后直接放入已加热至750 ℃的箱式炉内保温1.5 min，取出炉外放置1 min左右，计数1次；然后再放入，进行第2次，这样重复进行，直至冒口出现明显裂纹或破损，统计其重复次数。

3.6　实验室浇注试验

浇注的是ZL108合金，浇注温度为700～720 ℃，浇注时，铸型装配简图如图3。本试验主要考虑高温铝液对冒口套表面是否浸蚀。 4　试验结果

经大量试验获得了一种较理想的混合料，其配方中漂珠与附加保温材料比例适当，水玻璃为25%。经烘干后的冒口套的抗拉强度为0.84 MPa；体积质量为0.93 g/cm3；表面质量好；T=100 ℃时的导热系数λ=0.273 W/(m.K)。通过浇注试验发现冒口套与铝合金分离，冒口套表面光滑，未被铝液浸蚀，且冒口套无裂纹、破损等。模拟试验进行了近百次，无明显裂纹、破损，说明此种冒口套可以承受一定的急冷、急热，因而使进一步的生产验证成为可能。

5　生产验证

对生产试验中浇注的铝活塞随机抽样检查缩松情况，铸件从中间剖开后，用NaOH水溶液腐蚀，肉眼观察无缩孔、缩松，符合产品的标准要求。对试验的50个冒口套进行观察，使用过程中不浸蚀，无污染，可重复使用120～200次(根据活塞大小不同)。由此可见冒口套性能满足要求，且铸件质量良好。

6　经济效益分析

已研制的冒口套价格为0.80元/套，其平均使用寿命150次；进口冒口套约为200元/套，寿命1000～2000次。河北某厂年产活塞250万个，如用研制的冒口套代替进口冒口套，则每年节约人民币23.75万元。此冒口套使用的原材料来源广，价格低，尤其制作方便，可一次成型，如推广至其他铝合金的金属型铸造生产中，除可减小冒口，提高工艺出品率外，亦可减少人力、物力、能源等消耗，具有可观的经济效益和社会效益。