在模具特定區域植入碳化鎢的方法
2023-06-22 22:14:56 2
在模具特定區域植入碳化鎢的方法
【專利摘要】本發明公開了一種在模具特定區域植入碳化鎢的方法，該方法包括如下步驟：A、製備有碳化鎢均勻分布的預製樹脂模具；B、製備在特定區域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模；C、砂箱的製備：將消失模放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性；D、模具澆注成型：將熔化的金屬液澆入消失模模具腔中，在熔融金屬取代模具樹脂並捕獲碳化鎢顆粒時，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，製得特定區域性能增強的合金鑄件。本發明要對消失模鑄造工藝進行一定的改進，將碳化鎢顆粒分散在模具特定部位，尤其是保證碳化鎢顆粒均勻分散在上述特定部位，從而在低成本條件下製備具有優良性能的合金鑄件。
【專利說明】在模具特定區域植入碳化鎢的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及消失模鑄造【技術領域】，尤其是一種在模具特定區域植入碳化鎢的方法。
【背景技術】
[0002]高韌性的耐磨材料被廣泛應用於冶金、礦山、建材等諸多行業，在實際應用中，工件需要承受複雜的磨損工況，磨損面既要承受磨損還要承受衝擊載荷的作用，這就客觀需要耐磨件既要有足夠的抗切削磨損性能，還要整個工件有足夠好的韌性，而隨著工況的不同，對於耐磨材料材質分布也有不同的要求，所以需要尋找一種適用性較強的技術解決這一問題。目前，耐磨材料的生產大致有以下幾種方法。
[0003]一是尋找特種合金，在鑄件成型之前，調配好合金元素的比例，經過澆注熱處理得到有優良耐磨性能的合金鑄件，他們的特點是工件強度高，內部結構均勻，適用於一般的工況。
[0004]二是採用堆焊的技術，將硬質合金的焊條用堆焊的方法附著在設備的表層，形成一定厚度的耐磨層，但是這種方法耗費較大工時，只針對某些大型裝備適用
[0005]三是採用鑄滲法，在消失模製成後，將需要植入的超硬材料粉末和一定比例的粘結劑均勻混合，然後粘附在製成的消失模表面，在澆注過程中超硬材料的粉末在鑄件表層形成一定厚度的複合層，這種鑄件的複合層厚度一般不大。
[0006]碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物。為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導體。純的碳化鎢易碎，若摻入少量鈦、鈷等金屬，就能減少脆性。碳化鎢的化學性質穩定，能夠應用於硬質合金生產材料。本發明的技術思路是針對現有技術的不足對消失模技術進行改進，在消失模形成的同時就把碳化鎢粉末植入到消失模之中，然後根據具體需要改變碳化鎢的位置，這種方法簡單靈活，適用性強。
[0007]綜上所述，在礦物粉碎以及其他需要抗衝擊、耐磨條件的生產設備中，耐磨鑄件的耐磨性、強度、壽命一直是核心的考量要素。普通的合金鑄件的強度難於滿足日益增長的工業生產對其高抗衝擊、高耐磨等性能的需求。碳化鎢等添加材料能夠大幅提高合金鑄件的性能，但是其價格相當昂貴。另一方面，一般情況下合金鑄件不會在所有的位置都需要提供抗衝擊性/耐磨性能，大部分的應用中只有鑄件的一部分長期暴露的衝擊和磨損的工作條件下，這樣，開發一種成熟的、實用的在模具特定區域植入碳化鎢的方法就顯得尤為必要。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題是提供一種在模具特定區域植入碳化鎢的方法，對消失模鑄造工藝進行一定的改進，將碳化鎢顆粒分散在模具特定部位，尤其是保證碳化鎢顆粒均勻分散在上述特定部位，從而在低成本條件下製備具有優良性能的合金鑄件。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下。
[0010]在模具特定區域植入碳化鎢的方法，該方法包括如下步驟:
[0011]A、有碳化鎢均勻分布的預製樹脂模具的製備:樹脂顆粒和碳化鎢顆粒混合均勻加入到鋼模型腔中，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，緊接著通入蒸汽發泡，成型後碳化鎢顆粒均勻分散在預製樹脂模具當中；此步驟中控制碳化鶴顆粒的直徑在l_8mm之間；
[0012]B、在特定區域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的製備:將步驟A製備的特定形狀的預製磨具結合或植入到整體消失模的特定區域，所述特定區域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區塊、模具的內部和其他需要特殊強化的區域；正確的植入後，消失模蘸取耐火塗料，所述耐火塗料具有低透氣性的特點並優良吸收樹脂液體或氣體，塗料塗完之後完全乾透，幹媒完的塗料厚度控制在0.1_0.25mm ；
[0013]C、砂箱的製備:為步驟B製備好的消失模設置澆口，並根據需要設置閘閥、冒口，然後放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動後型砂的密度控制在不低於99磅每立方尺；然後將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，並接至少一支軟管在澆鑄鋼水時抽真空，以便於將氣化的消失模氣體移除到砂箱外；
[0014]D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項工藝參數後，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C製備的消失模模具腔中；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在l-8mm之間，粒徑太大會喪失抗衝擊性，粒徑小會產生碳化鎢的集聚和失位並喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂並捕獲碳化鎢顆粒時，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，製得特定區域性能增強的合金鑄件。
[0015]作為本發明的一種優選技術方案，步驟A中，控制碳化鎢顆粒的直徑在3_6mm之間並與樹脂顆粒充分發泡，以達到最優的抗衝擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鶴能夠不失位。
[0016]作為本發明的一種優選技術方案，步驟A中，所述樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關聯於鑄件的用途，控制碳化鎢顆粒的體積佔鋼模容積的5% -50% ;所述樹脂顆粒為聚苯乙烯樹脂顆粒。
[0017]作為本發明的一種優選技術方案，步驟B中，所述耐火塗料採用氧化鋁-二氧化矽-水基漿狀塗料，按重量比計控制此耐火塗料的固體組分佔到48-52%。
[0018]作為本發明的一種優選技術方案，步驟B中，耐火塗料塗覆完畢後在乾燥爐中50-60度的條件下乾燥10-14個小時至完全乾透。
[0019]作為本發明的一種優選技術方案，步驟C中，採用AFS型砂，控制其平均粒度為34-38 目或 90-100 目，滲透率為 450-525 μ m2 或 63-67 μ m2。
[0020]作為本發明的一種優選技術方案，步驟D中，澆注過程中的真空度控制:對於不鏽鋼鑄件真空度控制在在20-29英尺汞柱，對於其他合金如錳鋼，真空度控制在小於10英尺汞柱。
[0021]作為本發明的一種優選技術方案，步驟D中，澆注過程中的溫度控制:不鏽鋼的澆注溫度是1350-1450度，其他合金如錳鋼的澆注溫度是1450度以上。
[0022]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:本發明綜合考慮了碳化鎢的成本和鑄件的強度需求總體現在特定位置這一特點，在節約成本的前提下得到了具有優良耐磨性能的合金鑄件。在生產試驗中，對於一些鑄件的特殊位置，可以將碳化鎢顆粒的含量提高到50 %以上，具有明顯的技術優越性。
[0023]本發明的核心創新點在於開發了一套完整和成熟的工藝路線，不僅使得碳化鎢材料集中在鑄件任意特定區域，尤其是確保碳化鎢顆粒充分均勻的分散在上述特定區域。 申請人:研究發現在實際生產作業中，碳化鎢的粒度大小必須滿足特定的標準。碳化鎢已探明在許多應用中具有耐磨損等性能，但由於價格高昂而限制了其的應用；如果碳化鎢顆粒的直徑超過8mm就會發生脆裂從基座中掉落出來，反之如果其粒徑太小如低於Imm時就容易發生沉澱集聚現象，在提高熔融鑄件性能的問題上降效或失效。本發明的工藝步驟中首先製備碳化鎢均勻分布的預製樹脂模具，將碳化鎢顆粒與樹脂顆粒充分均勻混合併蒸汽發泡。經過上述綜合處理後，在熔融金屬取代樹脂消失模的時候，試驗已經證明碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，最終使得碳化鎢材料集中在鑄件任意特定區域，且碳化鎢顆粒在上述特定區域是充分均勻分散的。
[0024]本發明適合多種形式的碳化鎢顆粒，例如單碳化鎢，其屬於完全增碳化合物，具有單相顯微組織，加工過程中不熔化，基體金屬不易脆裂；也適用於融合碳化鎢，尤其是在鑄件需要抗衝擊時。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是在模具特定區域植入碳化鎢後的示意圖，圖中，黑色部分代表含有碳化鎢顆粒的部分。
【具體實施方式】
[0026]以下實施例詳細說明了本發明。本發明所使用的各種原料及各項設備均為常規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得。
[0027]實施例1
[0028]在模具特定區域植入碳化鎢的方法，包括如下步驟:
[0029]A、有碳化鎢均勻分布的預製樹脂模具的製備:聚苯乙烯樹脂顆粒和碳化鎢顆粒混合均勻加入到鋼模型腔中，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，控制碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間並與樹脂顆粒充分發泡，以達到最優的抗衝擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鎢能夠不失位，保障碳化鎢顆粒均勻的分散在模具的特定區域；對於碳化鎢顆粒的大小，通常在鑄件不承受較大衝擊力的條件下，碳化鎢的直徑可以適當增大(極端情況下可以增大到12_)，否則應當減小其粒徑；另外，此步驟中，樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關聯於鑄件的用途，鑄件的耐磨性要求越高，則需要越大量的碳化鎢成分，通常控制碳化鎢顆粒的體積佔鋼模容積的10% -40% ；
[0030]B、在特定區域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的製備:將步驟A製備的特定形狀的預製磨具結合或植入到整體消失模的特定區域，所述特定區域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區塊、模具的內部和其他需要特殊強化的區域；正確的植入後，消失模蘸取耐火塗料，所述耐火塗料具有低透氣性的特點並優良吸收樹脂液體或氣體，可以採用氧化鋁-二氧化矽-水基漿狀塗料，按重量比計控制此耐火塗料的固體組分佔到50 %，塗料塗完之後在乾燥爐中55度的條件下乾燥12小時至完全乾透，乾燥完的塗料厚度控制在 0.2mm ；
[0031]C、砂箱的製備:為步驟B製備好的消失模設置澆口，並根據需要設置閘閥、冒口，然後放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動後型砂的密度控制在不低於99磅每立方尺，實際生產中，可以採用AFS型砂，控制其平均粒度為36目、滲透率為500 μ m2 (或95目、65 μ m2)；然後將一層5mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，並接至少一支軟管在澆鑄鋼水時抽真空，以便於將氣化的消失模氣體移除到砂箱外；
[0032]D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項工藝參數後，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C製備的消失模模具腔中；澆注過程中的真空度控制:對於不鏽鋼鑄件真空度控制在25英尺汞柱，對於其他合金如錳鋼，真空度控制在小於10英尺汞柱；溫度控制:不鏽鋼的澆注溫度是1400度，其他合金如錳鋼的澆注溫度是1450度以上；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間，粒徑太大會喪失抗衝擊性，粒徑小會產生碳化鎢的集聚和失位並喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂並捕獲碳化鎢顆粒時，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，製得特定區域性能增強的合金鑄件。
[0033]實施例2
[0034]本實施例與實施例1的不同之處在於步驟A和B製備消失模的方法，可以將碳化鎢顆粒粘在膠帶上，然後將原來的模型切掉部分後，將粘有碳化鎢顆粒的膠帶到模型上；另外針對僅需表處理的情況，也可以將碳化鎢顆粒加熱到175度左右，然後將之放置在鋼製的平臺上，將製成的消失模的某一邊壓到這些顆粒上，通過粉末的熱效應使之將一部分樹脂熔化並輕微的融入到整體模型當中。
[0035]上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。
【權利要求】
1.在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:該方法包括如下步驟: A、有碳化鎢均勻分布的預製樹脂模具的製備:樹脂顆粒和碳化鎢顆粒混合均勻加入到鋼模型腔中，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，緊接著通入蒸汽發泡，成型後碳化鎢顆粒均勻分散在預製樹脂模具當中；此步驟中控制碳化鎢顆粒的直徑在1-Smm之間； B、在特定區域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的製備:將步驟A製備的特定形狀的預製磨具結合或植入到整體消失模的特定區域，所述特定區域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區塊、模具的內部和其他需要特殊強化的區域；正確的植入後，消失模蘸取耐火塗料，所述耐火塗料具有低透氣性的特點並優良吸收樹脂液體或氣體，塗料塗完之後完全乾透，乾燥完的塗料厚度控制在0.1-0.25mm ； C、砂箱的製備:為步驟B製備好的消失模設置澆口，並根據需要設置閘閥、冒口，然後放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動後型砂的密度控制在不低於99磅每立方尺；然後將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，並接至少一支軟管在澆鑄鋼水時抽真空，以便於將氣化的消失模氣體移除到砂箱外； D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項工藝參數後，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C製備的消失模模具腔中；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在1-Smm之間，粒徑太大會喪失抗衝擊性，粒徑小會產生碳化鎢的集聚和失位並喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂並捕獲碳化鎢顆粒時，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，製得特定區域性能增強的合金鑄件。
2.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟A中，控制碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間並與樹脂顆粒充分發泡，以達到最優的抗衝擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鎢能夠不失位。
3.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟A中，所述樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關聯於鑄件的用途，控制碳化鎢顆粒的體積佔鋼模容積的5% -50% ;所述樹脂顆粒為聚苯乙烯樹脂顆粒。
4.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟B中，所述耐火塗料採用氧化鋁-二氧化矽-水基漿狀塗料，按重量比計控制此耐火塗料的固體組分佔到48-52%。
5.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟B中，耐火塗料塗覆完畢後在乾燥爐中50-60度的條件下乾燥10-14個小時至完全乾透。
6.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟C中，採用AFS型砂，控制其平均粒度為34-38目或90-100目，滲透率為450-525 μ m2或63-67 μ m2。
7.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟D中，澆注過程中的真空度控制:對於不鏽鋼鑄件真空度控制在在20-29英尺汞柱，對於其他合金如錳鋼，真空度控制在小於10英尺汞柱。
8.根據權利要求1所述的在模具特定區域植入碳化鎢的方法，其特徵在於:步驟D中，澆注過程中的溫度控制:不鏽鋼的澆注溫度是1350-1450度，其他合金如錳鋼的澆注溫度 是1450度以上。
【文檔編號】B22D19/02GK104384450SQ201410725807
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】馬丁·威廉·貝茨, 劉巖, 王總超 申請人:馬丁·威廉·貝茨