錳鋼鑄件用三元複合材料的製作方法

2023-04-25 06:24:01

專利名稱：：錳鋼鑄件用三元複合材料的製作方法
技術領域：
：本發明-錳鋼鑄件用三元複合材料，主要是針對錳鋼鑄件生產中常見的重要缺陷之一-粘砂問題提出的一項發明。錳鋼鑄件粘砂，特別是化學粘砂是一種複雜的物理化學現象，在鑄造條件下，往往是兩種或兩種以上機制共同作用的結果，使鑄件表面質量降低，增加清理工時，惡化勞動環境。各國對鑄件粘砂問題雖有幾十年研究，但到目前為止還沒有理想的解決方法。為克服粘砂缺陷，國外用於鑄造高錳鋼的原砂主要有橄欖石砂、鉻鐵礦砂;國內常用的原輔材料有石英砂、石灰石砂、橄欖石砂、鎂砂塗料、鋁釩土塗料等，這些造型材料不理想的原因是橄欖石砂中的Fe2SiO4以及鉻鐵礦中的FeCr2O4均可與MnO發生一定程度的反應，生成Mn2SiO4和MnCr2O4，造成鑄件表面粗糙，儘管如此，在目前沒有更好的替代材料的情況下，橄欖石砂和鉻鐵礦砂仍是國外鑄造行業首選的錳鋼鑄件用造型材料，這兩種材料資源較豐富的國家和地區是斯堪的那維亞半島、日本有豐富的橄欖石砂資源;南非、蘇聯的鉻鐵礦砂儲量很大。但我國橄欖石砂、鉻鐵礦砂的資源有限，價格較高，並不常用。我國大量使用的是石英砂、石灰石砂、鎂砂塗料、鋁釩土塗料等，但這些材料都不同程度地存在問題石英砂屬酸性材料與MnO強烈反應引起嚴重粘砂，做錳鋼鑄件的型砂不理想;鋁釩土為中性物質，防粘效果也不明顯;鎂砂、石灰石砂屬強鹼性原砂，不與MnO反應，但鎂砂屬高溫無固相燒結材料，因此高溫強度低，塗料需加入較多的高溫粘結劑，否則會造成塗層衝蝕，防粘砂效果不盡理想，小件粗糙(Ra25-50左右)，大件亦有粘砂現象;石灰石砂由於發氣量大，易使鑄件產生氣孔，縮沉，麻坑等缺陷，還可能出現CO中毒問題。目前有少數廠家亦使用橄欖石砂，效果好，鑄件表面可達Ra50左右，無粘砂，但清砂困難，且資源有限，價格較高，難以推廣利用。到目前為止，我國還沒有適合於錳鋼鑄件的較為理想的造型材料。錳鋼鑄件廣泛應用於礦山、建材、水泥、軍事、工程機械及農機等需要耐磨零件的機械產品中，我國年需求量大於50多萬噸。到目前為止，我國還沒有適合於錳鋼鑄件的較為理想的造型材料。本發明的目的在於結合我國國情，研究開發一種資源廣、成本低，高溫性質穩定的特種造型材料，減少粘砂，提高錳鋼鑄件的外觀質量，同時本發明也可用作耐火材料。本發明的內容三元複合材料主要是由鈦渣(冶金廢渣)40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成，經過合理的粒度級配複合而成。三元複合造型材料配製三元複合砂的配製將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至50/100目，100/200目和70/140目，按比例混合配製成三元複合砂，這種砂可用各種鑄造用粘結劑粘結，按常規造型，制芯方法即可用於鑄造生產。三元複合塗料的配製將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例混合，將這種複合粉料作為骨料，按下列配方(重量%)即可製得錳鋼鑄件用塗料複合粉料(骨料)60-70%;甲階酚醛樹脂1-3%;PVB0-0.5%;鋰膨潤土1-3%;酒精餘量不論是三元複合砂還是三元複合塗料的骨料統稱為三元複合材料。三元複合造型材料的化學成分(重量%)如下AI2O330-50MgO20-30Cr2O35-10TiO25-10CaO5-10SiO2等其它雜質三元複合材料在受到鑄件散發的熱量加熱之後，其礦物組成發生了顯著變化。在三元複合砂中生成30-40%的尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)，在三元複合塗料中三種原材料經分解、化合和固溶作用已基本完全轉變為尖晶石為主相的材料。其礦物組成如下(體積%)尖晶石80-90鈣鈦礦5-10方鎂石0-5矽酸鹽雜質3-5由上述礦物組成可見，三元複合骨料已由三種原材料的機械混合物變成了以易固相燒結的高熔點尖晶石為主相的接近單相的材料，顯微組織得到顯著改善。附圖為三元複合粉料受熱後的顯微組織(其中，圖1為光片、單偏光，560×;圖2為薄片、單偏光，280×。圖中A-尖晶石、B-鈣鈦礦、C-方鎂石、D-孔隙、E-矽酸鹽雜質)。主晶相為不與MnO反應的MgAI1.5Cr0.5O4，次晶相為CaTiO3和MgO，主次晶相為直接結合，Fe、Ti、Mn等雜質溶於尖晶石內部，矽酸鹽相呈孤島形式分布，從而其物理工藝性能較好。本發明三元複合造型材料在受熱後形成了高熔點，易燒結的尖晶石型造型材料，從而獲得較好的物理工藝性能，具有良好的耐火度和高溫強度，適中的燒結點，耐火度可達1900℃以上，燒結點1300℃左右，高溫抗壓強度接近於鉻鐵礦砂的水平。同時其顯微組織理想，主次晶相基本上為直接結合，抗鹼性渣侵蝕能力強，高溫強度大，因此也可以用作耐火材料。本發明三元複合造型材料與現有技術相比，具有如下優點1、與鉻鐵礦砂和橄欖石砂相比，三元複合砂原材料資源豐富，價格較低，使用效果好，因為其高溫時有更理想的顯微組織和物理工藝性能，鹼度大，不與MnO反應，所以抗鹼性渣侵蝕能力強。2、與鎂砂相比，鎂砂由於無高溫固相燒結性能，故得到的鑄件表面粗糙，且鎂砂易水化，配塗料時需加入高溫粘結劑，增加工序費時費力。3、與石灰石砂相比，三元複合材料完全克服了氣孔、縮沉、麻坑、CO中毒等缺陷。4、與鋁釩土塗料相比，三元複合砂塗料比鋁釩土塗料成本低，提高鑄件表面質量效果顯著，表面粗糙度降低2級以上。用幾種塗料澆注高錳鋼鑄件的結果(石英砂型)由上表可知採用三元複合塗料澆注的鑄件(如輪箍、襯板、錘頭、齒板等，重量75-1100Kg，壁厚50-160mm)表面光潔，無粘砂，表面粗糙度可達GBRa12.5-25μm，局部可達GBRa6.3，比用鎂砂塗料的表面粗糙度至少降低一級，比採用鋁釩土塗料的表面粗糙度降低二級以上。本發明三元複合造型材料不管作特種砂還是塗料，它與傳統的天然特種原砂，如鉻鐵礦砂、橄欖石砂、鎂砂和石灰石砂等相比，資源豐富，價格低廉，加熱後的顯微組織理想，物理工藝性能如耐火度、燒結點、高溫強度等較好，固相燒結作用顯著，有較強的抗鹼性渣侵蝕能力等特點，是一種實用的優良的抗粘砂特種造型材料。實施例1三元材料配比為鈦渣粉65%，鎂砂粉15%，鎂鉻砂粉20%。用這種混合粉料配製的塗料澆注錳鋼鑄件(顎式破碎機活動齒板、尺寸1481×96×190，壁厚100mm，重量1100Kg)表面粗糙度為Ra12.5-25μm，對塗料殼進行分析，其礦物組成為尖晶石，另有少量鈣鈦礦。實施例2用例3中的複合塗料，澆注了共500多噸襯板、錘頭、輪箍、齒板等錳鋼鑄件重量75-1100Kg，壁厚50-160mm，結果表明鑄件表面光潔，無粘砂。實施例3三元複合砂配比為60%鈦渣砂、30%鎂鉻砂、10%鎂砂，以三元複合砂為100%再配以7-9%的水玻璃澆注各種規格的高錳鋼鑄件(重量650-900Kg，壁厚60-100mm)，並與橄欖石砂進行對比試驗，結果用橄欖石砂澆注的鑄件表面粗糙度為Ra50-100μm，用三元複合砂澆注的鑄件粗糙度為Ra25-50μm，比用橄欖石砂澆注的鑄件降低一級。權利要求1.一種錳鋼鑄件用複合材料，其特徵是它是由鈦渣(冶金廢渣)砂40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成，經過合理的粒度級配複合而成，三元複合砂的配製將鈦渣砂、鎂鉻廢磚、鎂砂分別粉碎篩分至50/100目、100/200目和70/140目，按比例混合配製成三元複合砂。2.一種三元複合塗料，其特徵是將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例40-70%∶30-50%∶5-15%混合，將這種複合材料作為骨料按下列配方(重量%)製成錳鋼鑄件用塗料複合粉料60-70%甲階酚醛樹脂1-3%PVB0-0.5%鋰膨潤土1-3%酒精餘量3.根據權利要求1、2所述的三元複合砂材料，其特徵是在鑄造生產中三元複合塗料受到鑄件散發的熱量加熱後，產生了具有優良抗粘砂性能的如下礦物組成尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)80-90鈣鈦礦5-10方鎂石0-5矽酸鹽等雜質3-54.根據權利要求1、2所述的三元複合材料，其特徵是在鑄造生產中三元複合砂受到鑄件散發的熱量加熱後，產生了具有優良抗粘砂性的30-40%的尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)。5.一種三元複合材料，其特徵是它是由鈦渣砂40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成可用作耐火材料。全文摘要本發明的內容主要是針對錳鋼鑄件生產中常見的重要缺陷之一——粘砂問題提出的一種三元複合材料。它由鈦渣(冶金廢渣)40-70％，鎂鉻廢磚砂30-50％和鎂砂5-15％組成，經過合理的粒度級複合而成。它資源豐富，價格低，不粘砂，抗侵蝕，完全克服了氣孔、縮沉、麻坑及一氧化碳中毒等缺陷。另外，這種材料高溫受熱後獲得較好的物理工藝性能，具有良好的耐火度和高溫強度，可做耐火材料。文檔編號B22C3/00GK1063633SQ9110602公開日1992年8月19日申請日期1991年2月2日優先權日1991年2月2日發明者張春秀,周靜一,張明臣,呂德志,歷恩平,於志強申請人:機械電子工業部瀋陽鑄造研究所