作為砂獅三合一熱處理技術(shù)的發(fā)明者，美國(guó)CEC公司一直走在鑄造技術(shù)的最前沿。砂獅三合一熱處理工藝結(jié)合熱除模、除芯、熱處理和砂回收工序于一體，該工藝節(jié)省勞力、能源和環(huán)保費(fèi)用，目前已成為世界鑄件處理的標(biāo)準(zhǔn)。

        鋁鑄件生產(chǎn)的現(xiàn)在和將來(lái)

        眾所周知，降低汽車(chē)的總重量能減少燃料的消耗、降低CO2的排放量，同時(shí)能提高燃油的 經(jīng)濟(jì)效益。因此，汽車(chē)制造業(yè)需要使用更多的輕金屬材料來(lái)減少燃油消耗和廢氣排放，很多鐵鑄件包括缸體、缸蓋、制動(dòng)器、制動(dòng)盤(pán)和懸架系統(tǒng)等都將被鋁鑄件所替代。

        據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，在2001年生產(chǎn)的新車(chē)型中，鋁鑄件平均占汽車(chē)所有鋁部件總重量的80％，平均約為118kg。其后幾年，這一數(shù)字在迅速提升，預(yù)計(jì)在將來(lái)8～10年內(nèi)將提升更快，同時(shí)使用鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)和鋁制缸蓋的小型汽車(chē)的比例將很快達(dá)到95％。

        傳統(tǒng)鋁鑄件的生產(chǎn)方法不僅成本昂貴，而且消耗能源巨大。這些鑄件的工藝流程由幾個(gè)獨(dú)立的步驟組成，每一步都與前面的步驟無(wú)關(guān)。美國(guó)能源部和美國(guó)材料協(xié)會(huì)在一次工業(yè)前瞻會(huì)議上宣稱：“生產(chǎn)操作中熱處理工藝步驟的結(jié)合能達(dá)到節(jié)省能源的效果”。

        鑄件后續(xù)生產(chǎn)熱處理工藝的結(jié)合

        傳統(tǒng)的鑄造工藝包括消失模、永久?；蚓苌澳?組合砂型。傳統(tǒng)的鑄件后處理工序主要包括快速冷卻、去冒口、機(jī)械去砂模/砂芯和人工清潔，緊接著加熱鑄件，再然后進(jìn)行熱處理。

        而這些獨(dú)立的設(shè)備需要更多管理操作，其中運(yùn)輸會(huì)對(duì)鑄件造成損害，額外的設(shè)備和操作需要額外的人力、生產(chǎn)空間和能源。

        現(xiàn)在有一種新專利技術(shù)，它適用于使用有機(jī)粘結(jié)劑的半永久模和精密砂模鑄造。當(dāng)鑄件凝固后立刻進(jìn)入熱處理爐，不需要上面提到的分步操作。這個(gè)技術(shù)叫做砂獅三合一熱處理工藝，見(jiàn)圖2。它將鑄造的去芯和去砂、熱砂回收、鑄件熱處理這三步工藝在一個(gè)自動(dòng)化的爐子里同時(shí)進(jìn)行。

        當(dāng)芯砂和型砂處于高溫富氧的爐內(nèi)環(huán)境時(shí)，砂中粘結(jié)劑的巨大能量就能釋放出來(lái)。當(dāng)粘結(jié)劑燃燒掉后，芯砂和型砂就變得松散，此時(shí)安裝于頂部的高速風(fēng)扇吹過(guò)鑄件，將砂粒吹至爐底。高速風(fēng)扇產(chǎn)生的快速氣流吹過(guò)不規(guī)則形狀的鑄件時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力差。這個(gè)壓力差在鑄件的里外形成湍流，從而帶走松動(dòng)的砂子。

        高速風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流使?fàn)t內(nèi)空氣分布均勻，而且使溫度的控制非常平穩(wěn)。鑄件在熱處理結(jié)束后就完全沒(méi)有砂子。這些干凈的、完全回收的砂子可以自動(dòng)排出，再次成為模子與型芯的材料，而不需要額外處理。

        在傳統(tǒng)的熱處理工藝中，鑄件凝固冷卻后還需要再加熱到熱處理溫度；而在砂獅技術(shù)中，則是鑄件直接進(jìn)入熱處理爐，保留了澆注結(jié)束后的余熱，并將這些余熱用于熱處理爐內(nèi)的三步工藝。圖3所示為用于汽車(chē)鑄件的砂獅系統(tǒng)，圖4為砂獅三合一熱處理的前后工藝。

        在結(jié)束T4或T6的整個(gè)熱處理過(guò)程后，鑄件冷卻到環(huán)境溫度，直接被運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)工序，如去澆道、冒口、機(jī)加工。將鑄造工藝和這種熱處理工藝相結(jié)合，就意味著這個(gè)爐子能用來(lái)回收砂子（經(jīng)過(guò)處理的砂子）和回收不合格的芯型。從澆注、凝固和芯型車(chē)間收集的氣體可用作爐內(nèi)燃?xì)?，在這里，有害的氣體可以燃燒干凈。

        綜上所述，幾個(gè)主要鋁鑄件工藝的結(jié)合可以大大降低生產(chǎn)成本。上述工藝是無(wú)污染、有效的鑄件生產(chǎn)工藝。對(duì)使用砂獅三合一熱處理工藝的鑄造企業(yè)的調(diào)查結(jié)果表明：這個(gè)工藝可平均降低30％以上的生產(chǎn)成本。

        新興流化床工藝

        CEC公司的一個(gè)類似新興流化床技術(shù)，它可同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱處理、去熱模以及芯砂、熱砂的回收利用，適用于半永久?；蚓苌澳?。工作時(shí)，鑄件浸入到有流動(dòng)熱砂的流化床中。與前面討論的工藝一樣，鑄件也是在富氧的高溫環(huán)境下處理的。當(dāng)鑄件剛剛凝固時(shí)，立刻進(jìn)行這個(gè)工藝流程，這樣就節(jié)省了能源和時(shí)間。

        這項(xiàng)技術(shù)有前面描述的砂獅三合一技術(shù)所有能源和環(huán)保方面的優(yōu)點(diǎn)，它為某些鑄件提供了包括熱處理在內(nèi)的非常有效的后處理操作。

        新的淬火技術(shù)

        淬火處理和時(shí)效處理利用傳統(tǒng)的技術(shù)，空氣淬冷作為三合一熱處理技術(shù)的補(bǔ)充。CEC公司有很多處理汽車(chē)鑄件的設(shè)備都利用空氣淬冷，尤其是對(duì)于缸體和缸蓋。鋁制缸體常常使用鑄鐵缸蓋，因此為了適應(yīng)鑄鐵和鋁不同的冷卻特性，緩慢的空氣淬冷是首選工藝。鑄件周?chē)諝饬鲃?dòng)的均勻性很重要，因?yàn)樽兓臒醾鬟f速率會(huì)形成相應(yīng)的溫度梯度，從而形成應(yīng)力和變形。

        與水冷相比較，空冷有很多好處。傳統(tǒng)水冷會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，而如果應(yīng)力足夠高，鑄件會(huì)產(chǎn)生變形。在淬火工業(yè)中，鑄件表面易形成壓應(yīng)力，而鑄件內(nèi)部由于較慢的冷卻速度易形成拉應(yīng)力。對(duì)于大型的鑄件，如鋁制缸體，常常會(huì)由于明顯的溫度不均勻而導(dǎo)致更高的淬火應(yīng)力。通過(guò)緩慢的冷卻鑄件，溫度在整個(gè)鑄件的分布將比較均勻。

        空氣淬冷的效果取決于淬火氣流、淬火氣流溫度、鑄件構(gòu)造和鑄件的排列。鑄件的布氏硬度在HB 95～105或更高。典型的淬火速率為32.22℃/min，目標(biāo)溫度為240.56℃。為了達(dá)到必要的氣流分布，淬火爐膛都經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到高速氣體流動(dòng)時(shí)的均勻性。

        CEC公司同時(shí)發(fā)展了另一種可行的鋁鑄件處理工藝——?dú)忪F淬火。綜合我們所知的各種空氣淬冷，將水與空氣結(jié)合成霧狀的方式已經(jīng)在應(yīng)用。這個(gè)工藝不僅比空冷速度快，而且減少了對(duì)空氣處理設(shè)備的要求。