採用激冷麵層塗料的複合型殼熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法
2023-06-19 07:02:11
專利名稱：採用激冷麵層塗料的複合型殼熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法
技術領域：
本發明屬於金屬耐磨件的鑄造技術領域，具體涉及一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法。
背景技術：
自從上世紀30年代美國維爾貝萊特(wheelabrator)公司在世界上製成第一臺拋丸機以來，拋丸機一般用於鑄件的落砂清理，而如今其應用領域正在不斷擴大，已經廣泛的應用於鑄造、鍛造、熱處理、造船、鋼結構、管道防腐、橋梁等行業的金屬製件的處理。隨著拋丸機應用範圍的擴大，各行各業對拋丸機的使用性能要求越來越高。拋丸器作為拋丸機的關鍵部件，其質量與使用壽命直接取決於葉片。葉片是拋丸機中最易磨損的零件，也是機械行業中消耗量很大的易損件，它的使用壽命對合金材料和資金的利用以及拋丸機的生產效率有很大的影響。由於葉片工作時處於高速旋轉的葉輪中，既要承受鋼丸磨料的磨損，又要承受高速丸流的衝蝕磨損，在這兩種形式磨損下，葉片是否耐用，除了與葉片的材質有關外，與葉片的製造方法也有緊密的聯繫。為了提高中片抗衝擊磨損的能力，要求材料不僅具有較高的硬度，還應具有足夠的韌性。為了提高葉片的使用壽命，人們進行了大量的工作，主要集中於對製造葉片的材質的優化設計、變質處理和熱處理。拋丸機葉片的製造方法，由於成本方面的原因，現在還是採用鑄造的方法，儘管國內外有一些葉片採用軋制的方法，例如CN 93121286.3介紹了白口鐵拋丸機葉片的軋制方法，該發明白口鑄鐵葉片，可用連鑄生產白口鑄鐵鑄坯，軋制過程中保證碳化物充分破碎，組織緻密，具有最高強度、韌性和抗磨性，與鑄造葉片相比，衝擊韌性提高1.85 2. 66倍，硬度平均達H R C 6 Q，抗磨性提高3 5倍，具有成本低、生產率高、使用壽命長等優點。但由於該工藝的成本較高，並未得到推廣。CN200420114136的公開了一種高鉻耐磨鑄鐵葉片，該葉片呈長方形板狀，壁厚10 毫米，其上下二側雙面均有截面為「工」字狀的加厚邊，在加厚邊的左、中、右部還分別有「L」 狀截面的突出部；葉片的中心及外表硬度均勻，硬度高於64HRC ；葉片產品金相組織中的碳化物全部呈(Fe、Cr)7C3形態。CN2005100135^，該發明涉及攤鋪機葉片用高鉻鑄鐵，並提供這種葉片的生產工藝。該葉片化學成分的重量百分比是C2. 1-3. 6,SiO. 9、Mnl. 1-1. 5,P0. 03,SO. 03、Crl2_17、 Mo小於等於1. 5、Cu小於等於1. 0、稀土合金和稀有合金小於等於1. 5、其餘為鐵。生產工藝，採用造型機機械化流水作業生產，用樹脂砂或煤粉砂造型工藝，單面型板一箱兩件，螺旋葉片瓦口由鐵芯變出，鐵芯提前鑄成。CN200510096337，該發明提供了一種過共晶高鉻鑄鐵及其製造方法，用過共晶高鉻鑄鐵製造的渣漿泵過流件。製備方法是採用二次孕育變質處理的方法細化初生碳化物， 包內孕育劑的中間合金含有的TiN、NbN等顆粒作為促進初生碳化物形核的基體，增加初生碳化物的形核數量。稀土、鎂和鉀等富集在初生碳化物的表面，使其細化、團球化。隨流孕育劑的作用是大大加快合金的凝固，使初生碳化物來不及長大，從而達到細化初生碳化物的目的。CN200910042839，發明了一種使用於礦山、水泥、制磚、電力、冶金等行業的高鉻鑄
鐵複合耐磨材料，由基層、過渡層、耐磨層構成，所述基層為低碳鋼；過渡層為銅合金；耐磨層為高鉻鑄鐵。CN101670559，發明了一種拋丸器耐磨葉片及其製備方法，由鑄造成型的拋丸器耐磨葉片經熱鍛處理、水韌處理及高能行星球磨得到。如何在合理的合金化基礎上，鑄造出高耐磨性的葉片是目前葉片鑄造的瓶頸所在。已經發現，鑄造缺陷對葉片壽命的影響遠較材質的影響要大，同樣的材質，不同的鑄造工藝，所生產的葉片的壽命差距非常大。在拋丸機葉片的製造中，研究發現定向凝固可以獲得垂直於工作面的樹枝晶和碳化物組織發布，這對葉片的耐磨性非常有利。砂型鑄造中使用冷鐵，就是為了得到近似的定向凝固組織，但由於砂型鑄造的葉片尺寸精度差，表面粗糙度高，在國外已經完全淘汰，改用特殊鑄造工藝，例如熔模鑄造生產，而國內現在還基本都是採用砂型鑄造，而且是溼型砂鑄造，儘管也有冷鐵，儘管成分與國外沒有什麼差距，但葉片的使用壽命就是上不去，恐怕鑄造工藝是一個比較關鍵的因素。 關於製造拋丸機葉片的材料，人們已經達成共識，高鉻鑄鐵是最佳選擇，但是，如何有效發揮高鉻鑄鐵的高耐磨性，人們發現提高拋丸機葉片的表面硬度是個簡單而又有效的方法。受鉻礦砂用於砂激冷塗料的啟發，將鉻礦砂粉應用於熔模鑄造，取代石英粉，取得了非常好的效果。如前所述，拋丸機葉片現在多採用高鉻鑄鐵的材質來鑄造，大量的實驗證明，葉片的表面硬度高低對葉片耐磨性有著非常顯著的影響，從一定意義上來說，葉片的表面硬度高就表明葉片的耐磨性高。所以，在葉片的鑄造中，人們從各種措施來設法提高葉片的表面硬度，以此來間接地提高葉片的耐磨性
(1)添加各種合金元素，例如Mo、Ni、V、Ti、B、Nb、Cu、W、Re等；
(2)高合金化，合金元素的添加量越來越高，例如，鉻元素的含量由15%已經提高到了 20%、23%、25%、27%，甚至 30% ；
(3)高鉻鑄鐵的變質處理，採用各種變質劑對高鉻鑄鐵進行變質處理，以期改變高鉻鑄鐵的耐磨性能；
(4 )採用特殊工藝手段，例如，在鑄型中放置內冷鐵等。以上的這幾種措施對提高拋丸機葉片的耐磨性有一定的效果，但(1)、(2)、(3)由於增加了成本，卻並不一定獲得預想的性能；(4)對於提高耐磨件的耐磨性是經濟、有效的，但不適合熔模鑄造工藝。用熔模鑄造工藝生產拋丸機葉片，儘管有以上的優點，但由於熔模鑄造的型殼是石英砂粉或莫來石砂等耐火材料作為耐火基料添加矽溶膠或水玻璃等粘結劑製成，導熱性極差，這也就不可避免的造成這種方法所生產的拋丸機葉片的表面硬度低，耐磨性差。
發明內容
為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，該方法是在現有方法的基礎上增加了在複合型殼上塗覆塗料的步驟來熔鑄生產拋丸機葉片，在矽溶膠面層塗料中以鉻礦砂粉為基料來澆注，對高溫金屬表面產生了激冷，不僅加快了鑄件的冷卻凝固速度，而且因激冷而使鑄件的晶粒得以細化，以提高拋丸機葉片的力學性能，從而提高拋丸機葉片的使用壽命。本發明是通過下述的技術方案來實現的
一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，包括下述的步驟蠟模製作、澆口模製作，蠟模整修，蠟模組焊、脫蠟、焙燒，其特徵在於，該方法還包括在蠟模組焊和脫蠟之間增加了在複合型殼上塗覆塗料的步驟，該步驟具體包括在複合型殼的面層型殼上塗覆矽溶膠面層塗料和背層型殼上塗覆水玻璃加固層塗料。矽溶膠面層塗料以含有Cr203、SiO2, CaO的鉻礦砂粉為耐火基料，鉻礦砂粉粒度為 325目，鉻礦砂粉中各組份的含量為=Cr2O3含量不小於45 %，SiO2含量不大於l%，CaO含量不大於1%，鉻礦砂粉於105°C下烘乾後的水分含量不大於1. 7%。鉻礦砂粉與矽溶膠重量份數比例是3 4:1。以上所說的矽溶膠面層塗料粘度在12-1 的範圍內。面層塗料中還含有佔面層塗料總重量0. 5 1. 0%的潤溼劑，所說的潤溼劑是正丁醇、JFC中至少一種，面層塗料至少塗覆3層，以增加面層的激冷性能。作為背層塗料的水玻璃加固層耐火骨料為莫來石砂，莫來石砂的粒度為80/120 和30/60，其純度為85 %，水玻璃加固層塗覆2 3層，以改善型殼的冷卻能力，提高葉片的表面硬度，以此來改善葉片的耐磨性。本發明最突出的特點是，在現有方法的基礎上增加了在複合型殼上塗覆塗料的步驟來熔鑄生產拋丸機葉片，即在複合型殼的面層型殼上塗覆矽溶膠面層塗料和背層型殼上塗覆水玻璃加固層塗料，矽溶膠面層塗料中以鉻礦砂粉為基料來澆注，由於鉻鐵礦砂的導熱、蓄熱係數等均較大，對高溫金屬表面產生了激冷，其作用相當於表面冷鐵，它不僅加快了鑄件的冷卻凝固速度，而且因激冷而使鑄件的晶粒得以細化，提高了葉片的力學性能，從而提高了葉片的使用壽命。同時，由於鉻鐵礦砂的導熱係數和蓄熱係數等均較高，故冷卻速度快，使鑄件表層的金屬快速冷卻凝固，此時在金屬和型殼表面，當高溫澆注時所形成的少量鐵橄欖石等低熔點生成物，也隨著金屬液的快速冷卻而迅速凝固。由於冷卻凝固速度很快，因而在型殼和鑄件表面之間形成了非晶態的玻璃相，故在清砂時就很容易從鑄件表面脫落。因此，採用本發明的方法生產的拋丸機葉片，無論是其耐磨性能還是耐衝擊性能都要比現有技術下生產的拋丸機葉片要好，而且本發明的方法生產的拋丸機葉片的使用壽命比現有技術的方法生產的拋丸機葉片要長。本發明之所以採用熔模鑄造工藝，原因如下
(1)為了改善拋丸機葉片的表面質量，減少葉片表面粗糙度，減小磨料與葉片之間的摩擦力；
(2)為了提高葉片鑄造的質量精度，確保葉片的質量誤差在5%的範圍之內。眾所周知， 拋丸機的拋丸器高速旋轉，帶動葉片高速轉動，對動平衡有著極其嚴格的要求，如果一組葉片(通常是8片)的質量相差懸殊，例如質量差超過5%，就使得拋丸機拋丸器的運轉產生嚴重的不平衡，造成拋丸機的工作出現異常。為了使拋丸機正常工作，不得不重新更換新的質量相近的一組葉片，這一方面增加了生產成本，另一方面，也減少拋丸機的有效工作時間，降低了工作效率。採用熔模鑄造工藝，可以使得葉片的質量誤差在0. 1% 0. 2%，這比砂型鑄造的葉片的質量誤差精準得多，而且，精鑄的葉片的表面粗糙度明顯減低，這對降低磨料與葉片的摩擦係數極其有效。本發明選用鉻礦砂粉作為熔模鑄造複合型殼的面層塗料的耐火基料，是因為鉻鐵礦砂具有以下的特點鉻鐵礦砂(FeO · Cr 0)為黑色或條痕褐色、半金屬光澤的不透明礦物，其莫氏硬度5. 5 6. 5，密度4. 3 4. 8 g / cm3。鉻鐵礦砂由天然鉻鐵礦石加工而成。 天然鉻鐵礦石由尖晶石和脈石相兩部分組成，這兩部分通常是直接混合在一起的。尖晶石為(MgFe) (Al Cr) 204，脈石為蛇紋石(FeMg)3Si :0，(OH)4，即水化矽鎂，數量可達2% 4%。 這類雜質是以鎂橄欖石、石英、綠泥石和輝石的形態出現。將鉻鐵礦砂應用在鑄造中有如下的優點
1)鉻鐵礦具有優良的激冷特性，促進方向性凝固而不需用冷鐵；
2)鉻鐵礦砂通過細粒燒結，伴隨著激冷作用和高殘留熱強度，消除了金屬滲透；
在熔模鑄造中需要借鑑砂型鑄造中的內冷鐵技術，本發明最突出的特點就在於採用具有激冷作用的面層塗料塗在複合型殼上，使金屬液體可以快速冷卻，從而激冷金屬液化，提高複合型殼中所熔鑄的拋丸機葉片的性能。本發明的方法其具體的工藝步驟是
鐵水熔化一蠟模製作一澆口模製作一蠟模整修一蠟模組焊一面層型殼製作一背層型殼製作一脫蠟一焙燒。以上所說的鐵水熔化、蠟模製作、澆口模製作、蠟模整修、蠟模組焊、面、脫蠟、焙燒均為現有技術的步驟，本發明與現有技術的不同之處在於，增加了在面層型殼和背層型殼上分別塗覆塗料的步驟。在面層型殼製作時，將矽溶膠塗料塗覆在面層型殼上，至少塗覆3層，以增加面層的激冷性能。矽溶膠塗料以粒度為325目的鉻礦砂粉作為塗料的耐火基料，此粒度級基料既有利於懸浮於膠體中，又有利於提高塗料的流變性；鉻礦砂粉與矽溶膠重量配比比例是 3 4:1，使塗料的觸變性和流變性都較好；在面層塗料攪拌桶內加入矽溶膠，開啟攪拌器電源開始攪拌，隨後加入鉻礦粉繼續攪拌45 60分鐘；控制粘度在12-1 的範圍內，FORD CUP No. 6杯；加入佔塗料質量百分比為0. 5 1. 0%的正丁醇到塗料中；
面層塗料塗覆完成後，再在背層型殼上塗覆水玻璃莫來石砂加固塗層，增加型殼強度； 水玻璃加固層，莫來石砂的粒度為80/120和30/60，其純度為85%，塗覆2_3層，以改善型殼的冷卻能力，以此來改善葉片的耐磨性。本發明的有益效果在於，採用了以上的在複合型殼上塗覆塗料的方法來熔鑄生產拋丸機葉片，採用鉻礦砂粉澆注後對高溫金屬表面產生了激冷，不僅加快了鑄件的冷卻凝固速度，而且因激冷而使鑄件的晶粒得以細化，提高了葉片的力學性能，從而提高了葉片的使用壽命。同時，由於鉻鐵礦砂的導熱係數和蓄熱係數等均較高，故冷卻速度快，使鑄件表層的金屬快速冷卻凝固，此時在金屬和型殼表面，當高溫澆注時所形成的少量鐵橄欖石等低熔點生成物，也隨著金屬液的快速冷卻而迅速凝固。由於冷卻凝固速度很快，因而在型殼和鑄件表面之間形成了非晶態的玻璃相，故在清砂時就很容易從鑄件表面脫落。
具體實施例方式
6
下面結合具體實施方式
對本發明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發明，但並不因此限制本發明。實施例1
(一)鐵水熔化將廢鋼、高碳鉻鐵、鉬鐵，加入感應爐內，爐料完全熔清，加入電解銅，出爐前5 10分鐘，加入稀土矽合金，在1500°C左右出爐；經光譜分析，其化學成分如下(質量分數，%)
權利要求
1.一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，包括下述的步驟蠟模製作、澆口模製作，蠟模整修，蠟模組焊、脫蠟、焙燒，其特徵在於，該方法還包括在蠟模組焊和脫蠟之間增加了在複合型殼上塗覆塗料的步驟，該步驟具體包括在複合型殼的面層型殼上塗覆矽溶膠面層塗料和背層型殼上塗覆水玻璃加固層塗料。
2.如權利要求1所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，所述的矽溶膠面層塗料以含有Cr203、Si02、Ca0的鉻礦砂粉為耐火基料。
3.如權利要求2所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，所述的鉻礦砂粉粒度為325目。
4.如權利要求2或3所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，其特徵在於，所述的鉻礦砂粉中各組份的含量為=Cr2O3含量不小於45 %，5叫含量不大於1%，CaO含量不大於1%，所述的鉻礦砂粉於105°C下烘乾後的水分含量不大於1. 7%。
5.如權利要求2所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，鉻礦砂粉與矽溶膠重量份數比例是3 4:1。
6.如權利要求2所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，所述的矽溶膠面層塗料粘度在12-1 的範圍內。
7.如權利要求2所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，在所述的面層塗料中還含有佔面層塗料總重量0. 5 1. 0%的潤溼劑，所述的潤溼劑是正丁醇、JFC中的至少一種。
8.如權利要求2所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法， 其特徵在於，所述的面層塗料的塗覆層數至少為3層。
9.如權利要求1所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，其特徵在於，所述的水玻璃加固層耐火骨料為莫來石砂，莫來石砂的粒度為80/120和 30/60，其純度為85%。
10.如權利要求1或9所述的一種在複合型殼上塗覆塗料熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法，其特徵在於，所述的水玻璃加固層塗覆層數為2 3層。
全文摘要
本發明屬於金屬耐磨件和鑄造技術領域，具體涉及一種採用激冷麵層塗料的複合型殼熔模鑄造生產拋丸機葉片的方法。該方法包括下述的步驟包括下述的步驟蠟模製作、澆口模製作，蠟模整修，蠟模組焊、脫蠟、焙燒，其特徵在於，該方法還包括在蠟模組焊和脫蠟之間增加了在複合型殼上塗覆塗料的步驟，該步驟具體包括在複合型殼的面層型殼上塗覆矽溶膠面層塗料和背層型殼上塗覆水玻璃加固層塗料。採用本發明的方法生產的拋丸機葉片，提高了葉片的力學性能，從而提高了葉片的使用壽命，同時還使型殼和鑄件表面之間形成了非晶態的玻璃相，在清砂時就很便於從鑄件表面脫落。
文檔編號B22C9/04GK102294435SQ20111027344
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者王守仁, 王瑞國, 翟永真 申請人:山東開泰拋丸機械有限公司