CN101444839A - 提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法。旨在铸件表面形成耐热合金层。其步骤为：1)消失模模型的制备与铸渗涂层各组分设计和混合。即用聚苯乙烯泡沫塑料加工和所要铸件同形状的消失模模型；设计铸渗涂层各组分与含量，称量出并均匀混合。2)涂挂铸渗涂层和涂料层。即在混合好的铸渗涂层各组分中加入粘结剂调成膏状，把膏状物均匀地涂覆在消失模模型的相应表面上，并用无水乙醇刷平表面，放入电炉中烘烤。将涂料采用刷、浸、淋或喷涂的方法在消失模模型上烘干后的铸渗涂层表面涂挂成涂料层，放入电炉中烘烤。3)造型。4)浇铸。即灰铸铁的铁水浇注温度为1400－1450℃，浇注4个小时后开箱、冷却、落砂、清理。

Description

提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法

技术领域

本发明涉及一种材质为灰铸铁的铸件的铸造方法，更具体地说，本发明涉及一种提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法。

背景技术

表面加工技术是一个十分宽广的技术领域，是具极高使用价值的技术基础。对铸件进行表面合金化便是其中的一种，如铸件表面合金化的铸渗法(铸渗工艺)。铸渗法可以分为：

1.普通铸渗法

在铸渗法的发展初期，利用在铸型型腔表面涂刷以合金粉末为主的涂料，利用液态金属的流渗能力，金属液的余热，并使金属液与金属粉末间发生冶金作用，直接在铸件表面形成合金层。所以涂料以合金元素为主，添加一定比例的粘结剂，催化剂和固化剂制成。后来出现了以膏状代替金属粉末涂层的铸渗方法。但是以上两种方法均需要加入有机或无机粘结剂和溶剂，在液态金属的作用下，粘结剂或溶剂气化或渣化，因而易产生气孔和夹渣，降低材料的性能。

2.真空密封造型法(V法铸渗工艺)

真空密封造型法的砂型只用干砂，无粘结剂，是70年代初铸造界的一大发明。其基本原理是：在有抽气室的沙箱内填入单一干砂，稍加威震紧实，然后对型面和砂箱的背面附有塑料薄膜的砂箱抽真空，利用砂箱内外的压力差使铸型定型，然后起模，合箱，在保持真空状态下浇注金属液。与传统的砂型铸造法相比，V法铸造出来的铸件表面光洁度好，尺寸精度高，工艺操作简单，生产成本低，适用范围广，投资少，但是粘砂问题相当严重。

3.消失模铸渗法

消失模铸渗法也叫消失模真空铸渗法(或称实型负压铸渗工艺)。该方法首先用聚苯乙烯(EPS)泡沫材料制备铸件模型(消失模模型)，将含有耐热合金颗粒的混合好的铸渗涂层混合物均匀地涂挂在铸件需要合金化的铸件模型表面形成铸渗涂层，然后将铸件模型埋入干砂中，震实后在负压状态下进行浇注。它可以获得精度高，质量好的铸件，还可以把工人从繁重的体力劳动和恶劣的作业环境中解放出来，被誉为“第三代造型方法。该工艺简单实用，不必考虑普通铸渗法中膏块的安放与固定等问题，可以避免普通铸渗法中产生气孔和夹渣等缺陷，负压对EPS和粘结剂气化产物的排除十分有效，显著地改善了铸件表面合金层的质量。

消失模铸渗法在生产中已经得到了广泛地应用，很多厂家使用这项技术来生产表面具有耐磨，耐蚀的铸件，而且技术也相当的成熟，然而铸件在使用过程中除了受磨损，腐蚀外，在长期高温环境中工作，表面会因氧化而发生破坏或失效，因次，研究如何提高铸件表面的耐热性能就显得格外的重要。目前，多是在已成型的铸件表面通过熔烧，堆焊，热喷涂，或是利用高能束热源涂熔等技术将具有耐热性能的合金元素涂在铸件表面，从而形成具有耐热性能的表面来提高铸件的使用寿命，但是这些技术使用的设备复杂，生产成本高，而且环境污染比较大。消失模铸渗法则是将包括耐热合金原料的混合物涂在消失模模型的表面，待浇注完以后，耐热合金原料通过与铁熔液的冶金反应在表面形成一层耐热合金层。这种方法操作简单，对设备的要求低，成本低，生产效率高，对环境污染较小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法。旨在铸件表面形成一耐热合金层，达到提高灰铸铁基铸件表面的耐热性。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法包括如下步骤：

1)消失模模型的制备与铸渗涂层各组分与含量的设计和混合

(1)采用聚苯乙烯泡沫塑料加工成和所要铸件一样形状的消失模模型；

(2)设计铸渗涂层各组分与按重量比的含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe，Cr与Ni的粒度为74μm；

(3)将按重量比含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe的铸渗涂层各组分和复合熔剂放入球磨机中混合1小时。

2)涂挂铸渗涂层和涂料层

(1)在混合好的铸渗涂层各组分和复合熔剂中再加入粘结剂、固化剂调成膏状，把膏状物均匀地涂覆在消失模模型的相应表面上，并用软毛刷沾无水乙醇刷平表面成铸渗涂层，涂覆在消失模模型上铸渗涂层的厚度为0.5mm-1.5mm，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃；

(2)采用载液、耐火粉料、粘结剂、悬浮剂、表面活性剂和防腐剂配制涂料；

所述的耐火粉料是涂料中的主要组分，具有隔离、绝热、抗粘砂和降低表面粗糙度作用的耐火粉料种类的选择主要以铸件材质种类而定：

铸件为铸铁材料时采用石英粉、鳞石墨、石墨或滑石粉；

(3)将制备好的涂料采用刷、浸、淋或喷涂的方法涂挂在消失模模型上烘干后的铸渗涂层表面而形成涂料层，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃。

3)造型

4)浇铸

将组分和按重量比含量为C.3.2-3.3、Si.2.0-2.1、Mn.0.20、P.≤0.3、S.≤0.15，其余为Fe的灰铸铁采用中频电炉进行熔炼，铁水浇注时的温度为1400-1450°C，浇注4个小时后开箱、冷却、落砂、清理。

技术方案中所述的复合熔剂是指硼砂、氟化铵或氯化铵；所述的复合熔剂采用的是硼砂，粒度为100μm，加入量按重量比为2％；所述的粘结剂是采用水玻璃、呋喃树脂、桐油、环氧树脂或松香与无水乙醇溶剂溶解配制而成；所述的粘结剂是用无水乙醇与环氧树脂按重量比为9:1配制成环氧树脂乙醇溶液，为防止乙醇挥发，环氧树脂乙醇溶液需在60℃密封溶解1个小时；所述的涂料是采用石墨、无水乙醇、粘结剂和固化剂按重量为60:35:4:1的比例混合配制成能够使铸件表面不粘砂的涂料。

提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法与现有技术相比的有益效果是：

浇注冷却后，将铸件表面合金层制成试件在电镜下进行微观分析。

1.铸件表面合金层金相分析

参阅图3至图5，为3张铸件表面合金层的金相照片，图3至图5是由外到里的金相组织，由图中能够看出，靠近铸件基体处铁水的温度较高，铸渗涂层中的合金颗粒扩散均匀、粒度细小。边界处颗粒较大，熔化的不好，有整体包覆的现象。铸渗涂层涂刷过厚时铁水渗不透，热量不足以使铸渗涂层熔敷在铸件基体上，铸渗涂层几乎渗不上。铸件表面合金层的形成，铁水浇入后，铸渗涂层与过热的铁水充分接触，部分铸渗涂层将熔化，但随着铁水温度的迅速下降，此熔化区域是非常有限的，铸件表面合金层主要还是依靠铸渗涂层吸收热量烧结形成。基于该机理，凡有利于降低烧结温度的因素都会促进烧结层的形成。

铸渗涂层中的合金颗粒越细，其表面能越高，所需的烧结温度就越低，所以，超微细的合金颗粒容易形成铸件表面合金层。另外，合金颗粒越细，界面就越多。烧结过程中，合金元素原子在界面处扩散要比在合金颗粒内部扩散容易，所以，超微细合金颗粒烧结时有利于合金元素原子的扩散。

实验证明，在消失模铸渗工艺中，铸渗涂层合金元素原子在铸铁铁水中扩散快，容易合金化。所以利用此工艺容易使铸铁件达到大范围合金化。

2.铸件表面合金层耐热性能检测(热疲劳实验)

参阅图6与图7，铸件表面合金层耐热性能的检测是在热疲劳试验机上进行，把所有试件同时放置在热疲劳试验机中一起进行耐热性能(热疲劳性能)测试。这样保证热疲劳试验是在相同试验环境和条件下进行，从而得到的试验结果才具有可比性。试件在炉内温度为800℃的炉腔内保温60S后快速淬入水中冷却5s，一个循环时间为65s。如此循环，每200次记录试件即铸件表面合金层状况。直到试验数据具有可比分析价值时才可停止循环。

当试验进行到1000次时，铸铁件表面的氧化皮已经开始脱落，随着试验次数增加越来越严重，同时铸铁件开始有细小的裂纹出现，铸件表面合金层确没有明显的变化。

当试验进行到1800次时，由1800次试验所产生的不同式样的裂纹状况明显看出，铸铁试件的裂纹要比铸件表面合金层的裂纹在长度和宽度上都要严重许多，铸铁试件的裂纹数量明显多于铸件表面合金层的裂纹数量。

3.氧化增重检测

本实验采用称重法来衡量抗氧化性.抗氧化性能的测定是将试件加工成规格为20mm×10mm×3mm的矩形试件，经丙酮清洗后，用十万分之一光电天平称量，先在950℃的S X-2-10-12箱式炉中保温5h，然后随炉冷却至200℃取出，空冷到室温后立刻称量，计算出氧化增重速度。氧化速度的计算公式为：

V＝(G2-G1)/ST

式中：G2为加热后试件的重量g

G1为加热前试件的重量g

S为试件表面积m²

T为氧化时间h

表3  氧化增重试验结果

 

试件编号	实验前重量g	实验后重量g	氧化增重gm-2h-1
				铸铁	3.9582	4.1764	75.24
有表面合金层的铸铁	3.7643	3.8603	33.10

铸铁的氧化通常分为两个阶段。第一阶段是外层的氧化，第二阶段是内部的氧化。大量的氧化物脱落都是在氧化的初期被观察到的，外层的氧化都是发生在温度700℃以上。由表3可知，铸件表面合金层的氧化均比铸铁的氧化速率小。在金属材料氧化过程的最初阶段，氧与金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜如果能牢固地吸附在金属表面，就有利于阻止或减缓氧化的继续发展，如果这层氧化膜生成后又立即剥落，氧化则将继续下去，在高温氧化时，铬与氧的亲和力比铁大，形成一层复杂的富铬氧化膜，这种氧化膜不易剥落，可以抑制氧化的进一步扩展。Ni与Cr联合加到铸铁中，能显著提高铸件表面合金层的热强度和热疲劳强度，并能在一定程度上提高铸件表面合金层的抗氧化能力。

4.提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法与现有技术相比的有益效果

1)通过把铸渗涂层涂挂在泡沫塑料模型上，并且为防止铸件表面粘砂在铸渗涂层表面再涂一层采用石墨、无水乙醇和粘结剂混合配制成涂料，然后用消失模铸渗法制备铸件表面耐热合金层。该方法在消失模模型上涂挂铸渗涂层操作简单，浇铸过程中的铁水的高温有利于铁水向铸渗涂层中渗透而发生化学—冶金反应，并可以制造复杂结构件，从而拓宽铸件表面合金化的应用范围，并且能得到不粘砂的优良铸件表面，铸件不用加工就可以直接应用。

2)本发明成功制备了具有一定厚度的铸铁件表面合金层，铸铁件表面合金层与基体发生了相互扩散，有明显的过渡层存在，由扫描电镜图片分析可见，铸铁件表面合金层与基体的结合方式为冶金结合，由热疲劳和氧化增重测试结果可知铸铁件表面合金层对铸铁的耐热抗氧化性有明显的改善作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法的流程框图；

图2是消失模铸渗法浇注示意图；

图3是采用消失模铸渗法得到的铸铁件表面合金层外部合金层的金相图片；

图4是采用消失模铸渗法得到的铸铁件表面合金层与基体过渡处的金相图片；

图5是采用消失模铸渗法得到的铸铁件表面合金层靠近基体组织的处的金相图片；

图6是灰铸铁在热疲劳实验1800次后体式显微镜裂纹情况图片；

图7是灰铸铁表面形成的合金层在热疲劳实验1800次体式显微镜裂纹情况图片；

图中：1.直浇道，2.塑料薄膜，3.浇口杯，4.铸渗涂层，5.消失模模型，6.内浇道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

消失模铸渗法是在加工成所需形状的泡沫塑料模型的相应表面上涂挂一层铸渗涂层和一层涂料层，烘干后埋入砂子中，直接浇注，使泡沫塑料模型汽化通过涂料层排出去，从而使液体金属充填型腔，形成铸件。

消失模铸渗法是一种比较有前途的现代铸造方法，能够满足大批量生产高精度铸件的要求。这种方法与分箱铸造法的唯一区别是分箱铸造法采用型砂制作模型。消失模铸渗法是以泡沫塑料制作成所需零件形状的模型，将泡沫塑料模型埋入砂中并在没有芯子和冒口的情况下浇注，获得复杂形状铸件的新工艺。其具有不需分型面，可简化造型工艺，省去合箱工序等优点。使用整体模型结构设计自由度大，加工余量可实现复杂铸件精密成型，做到少切削或无切削加工，大幅度降低成本，清砂工作量大幅度减少，可实现无冒口铸造，可实现高度机械化，应用范围广。具有铸件质量高、铸件尺寸精度高、加工余量小、表面光洁、无环境污染等优点，被认为是最有发展前途的铸造工艺。

一.实施提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法的相关技术措施

1.加工设备

称量设备：普通天平，分析天平

混砂设备：SHN碾轮式混砂机

混料设备：QM-2-A型球磨机

熔炼设备：12Kg中频炉

烘干设备：箱式电阻炉

制型设备：锯片切割机，砂轮机，线切割机，抛光机

金相分析设备：光学显微镜

             JSM5310型扫描电镜及能谱仪

             OLBS3000型激光共焦显微镜

             D/Max2500pcX射线衍射仪

性能检测设备：热疲劳试验机

其他设备：超声波清洗机等

2.铸件所用材质的选择

欲在铸件相应表面得到提高铸件耐热性能的合金层，该合金层的性能与铸件所用材质和耐热相都有密切关系，因此选择铸件所用材质时，应该根据材质的使用性能和服役环境的要求，选择合适的铸件所用材质和耐热相。为了使铸件所用材质和耐热相牢固结合，还应该考虑二者之间的润湿性和可能发生的界面反应。对于铸件表面的合金层来说，如何根据铸件的使用要求来选择恰当的铸件所用材质，并且使铸件所用材质和表面合金层之间实现良好的结合也是在铸件所用材质选择时应该考虑的问题。

本发明所述的是消失模铸渗法，该方法对于铸件所用材质主要有以下要求：首先，铸件所用材质熔液应该具备良好的流动性能，以保证浇注过程中能够顺利完成充型；其次，本发明所制备的铸件表面合金层是一种高性能的耐热材料，耐热材料的使用性能要求铸件所用材质具有一定的常温和高温强度；最后，铸件所用材质应该能够与表面合金层形成良好的结合界面。

灰铸铁是实际生产中普遍应用的材料，人们对这种材料的熔炼、成型以及其机械性能等各个方面都已经研究的相当透彻了，并且灰铸铁具有良好的综合机械性能，尤其值得注意的是灰铸铁中有大量的片状石墨，因此其导热性能明显优于蠕墨铸铁、球墨铸铁和铸钢。此外，灰铸铁铁熔液具有良好的流动性能和充型能力，能够较充分的向铸渗涂层中的耐热颗粒渗透并与耐热颗粒形成较好的冶金结合，并且以灰铸铁作为铸件所用材质有利于二次加工。

综合以上各方面因素考虑，本发明选用灰铸铁作为铸件所用材质，即选用材质为灰铸铁的铸件来提高其表面的耐热性，配料采用生铁、废钢和硅铁。灰铸铁的化学成分见表1。

表1  灰铸铁的化学成分

3.铸渗涂层的设计

本发明要通过消失模铸渗法来提高铸件表面的耐热性，所以对于涂挂在模型表面的铸渗涂层的要求，应该使其具有足够的耐热性并能与铸件所用材质很好地结合在一起形成表面合金层的，且成本较低的常用铸渗涂层。所以，铸渗涂层原料的设计是至关重要的。

铸渗涂层一般由耐热合金颗粒、粘结剂、复合熔剂、溶剂和少量的悬浮剂、表面活性剂、消泡剂等组成。

1)铸渗涂层中合金颗粒的选择

所述的合金颗粒就是铸渗涂层中的耐热材料，它决定着能否在铸件形成一种具有高耐热性能的表面合金层。本发明中之所以采用铬铁、镍，一是因为这两种材料是高性能的耐热材料，二是因为铬铁、镍与铁熔液有良好的润湿性。因为表面合金化是表面合金化质量好坏的一个重要因素，铸件表面合金化的主要耐热元素有：Cr，Ni等，其粒度为74μm。

2)粘结剂和复合熔剂的选择

粘结剂一般采用水玻璃、呋喃树脂、桐油、松香、环氧树脂等与无水乙醇溶剂溶解配制而成。粘结剂要适量加入，过多则金属液不能使其及时全部分解、燃烧气化，结果残留在铸件表面的合金层中形成夹渣，影响强化效果；过少则粘结力低，强度差，浇注时易被金属熔液冲散，不能形成铸件表面的合金层。本发明是采用无水乙醇与环氧树脂按重量比为9:1配制成环氧树脂乙醇溶液，为防止乙醇挥发，环氧树脂乙醇溶液需在60℃密封溶解1个小时。

复合熔剂的作用是在浇注金属熔液初期包裹铸渗涂层中的合金颗粒使之不被氧化，受热熔化后能去除合金颗粒表面的氧化膜，从而增加金属液对渗剂的浸润能力。常用的复合熔剂有硼砂、氟化铵和氯化铵等。复合熔剂的加入量要适当：过少则不能有效地改善金属液的浸润能力；过多则会因它所占的体积大，易在熔化后留下较大的孔洞，降低铸件表面合金层的品质。本发明选用硼砂作为复合熔剂，粒度为100μm。

综合上所述，本发明所述的铸渗涂层选择镍粉和铬铁作为耐热合金颗粒，环氧树脂的乙醇溶液作为粘结剂，硼砂作为复合熔剂。

表2  铸渗涂层的组分和含量(按重量比)

 

名称	组分和含量
		铸渗涂层	Cr20％Ni5％Fe73％

4.铸渗涂层各组分的混合

混合一般是指将两种或者两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。有时，为了需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这种过程称为合批。

混合基本上有两种方法：机械法和化学法。其中用得最广泛的是机械法，即用各种混合机如球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器和螺旋混合器等将粉末或者混合料机械地掺和均匀而不发生化学反应。机械法混料又可分为干混和湿混，干混在铁基制品生产和镍粉、铬铁粉末的生产中广泛应用，湿混在制备硬质合金混合料时经常采用。湿混时使用的液态介质常为酒精、汽油、丙酮、水等。为了保证湿混过程顺利进行，对湿混介质的要求是：不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广泛成本低廉等。湿混介质的加入量必须要适当，过多时浆料的体积增加，球与球之间的粉末相对减少，从而使研磨和混合效率降低；相反，介质过少时，浆料粘度增加，球的运动困难，球磨效率也因而降低。

化学法混料是将金属或者化合物粉末与添加金属盐溶液均匀混合，或者是各组元以某种盐溶液形式混合，然后经沉淀、干燥、还原等处理而得到均匀分布的混合物。与机械法相比较，化学法能使物料中的各组元分布的更加均匀，但是化学法混料操作较麻烦，劳动条件较差。

另外，混合时间长短根据各种不同情况决定，有时约十分钟即很充分，但有时，即使几十个小时还不充分。通常，长时间混合并不好。长时间混合粉末粒子产生加工硬化或由于摩擦而被破碎。

考虑到综上所述的各种因素，本发明采用QM-2-A型球磨机进行机械法干混。首先称量符合表2配比的铸渗涂层的组分和按重量比为2％复合熔剂(硼砂)，放在钢罐中，然后在钢罐中加入钢珠，在转速为140转/分钟的条件下干混合1个小时。

5.消失模模型的制备

聚苯乙烯泡沫塑料(Expandable Poly styrene)简称EPS，是一种高分子碳氢化合物，含有92％的碳和8％的氢，另含有微量的在发泡过程中渗透至塑料中氧和氮，相对分子量一般在60000左右，经过发泡处理后，内部结构呈蜂窝状，有无数封闭的空泡。密度很小，一般只有15-30kg/m³，其净体积只占泡沫体积的2％。

采用聚苯乙烯泡沫作为原材料能够制作任何形状的和所需铸件形状一样的消失模模型，复杂的模型可由专业的生产厂家制作，本发明列举了制作长方体零件所用的消失模模型，用电热靠模切成尺寸为10mm×5mm×5mm的长方体消失模模型备用。电热靠模是用电阻丝通电烧红后拉直的800W的电炉丝，电压约为11V左右。

6.铸渗涂层和涂料层的制备

1)铸渗涂层厚度的设计

由于铸件表面合金层是依靠高温铸件所用材质金属熔液的热量熔化、溶解、稀释铸渗涂层中的合金粉以及合金粉向内扩散并与铸件所用材质的金属熔液发生反应，经冷却凝固而成的。因此，在其它条件相同的情况下，铸渗涂层的厚度对铸件表面合金层的质量有很大的影响。

铸渗涂层的厚度应由所要求的铸件表面合金层厚度、铸件大小、附着铸渗涂层部位的消失模模型壁厚、浇注温度及组成铸渗涂层主要合金粉末的粒度和熔点等因素确定。一般情况下，铸件合金层厚度随铸渗涂层厚度的增加而增加。当铸渗涂层相对于铸件厚度较薄时，形成的铸件合金层厚度较小不能满足生产实际的需要；若铸渗涂层厚度过薄，组成铸渗涂层的合金粉末易于熔化甚至烧损不能形成铸渗合金层；当铸渗涂层过厚时，将不能被金属熔液浸透和熔化，反而使铸件合金层变薄。因此，要适当选取合适的铸渗涂层的厚度。

本发明所用的组成铸渗涂层的耐热合金粒度较小，为了找出合适的铸渗涂层厚度，我们把铸渗涂层分别涂在消失模模型的上面、左面与右面，并分别表示为S上、S左与S右，在S上、S左与S右取值不同的情况下进行试验，然后对铸件表面合金层进行金相分析，耐热性试验，得出铸渗涂层的厚度为0.5mm-1.5mm时，涂层与铸件基体结合的质量较好。

2)铸渗涂层的制备

首先，用无水乙醇与环氧树脂按重量比为9：1配制成环氧树脂乙醇溶液作为铸渗涂层的粘结剂，为防止乙醇挥发，环氧树脂乙醇溶液需在60℃密封溶解1个小时；同时，用泡沫塑料制作两个模具，其高度大小与形成表面合金层后的铸件高度一致，或者说，两个模具的高度大小比消失模模型至少高出一个铸渗涂层的厚度，就是说，当铸渗涂层只涂在消失模模型的上面时，模具的高度H＝h(消失模模型的高度)+S上；当铸渗涂层同时涂在消失模模型的左面与右面时，模具的高度H＝h(消失模模型的高度)+S左+S右。把粘结剂、固化剂加入到混合好的铸渗涂层各组分中调成膏状，用模具固定消失模模型，把膏状物均匀地涂覆在消失模模型相应表面上，并用软毛刷沾无水乙醇刷平表面。然后放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃。

3)涂料的制备

涂料的作用是防止粘砂、降低铸件表面粗糙度和提高消失模模型的强度和刚度及表面的抗冲刷能力，以保证铸件尺寸精度和表面质量；另外在浇注置换(即消失模模型气化后金属液充填原来其所占空间)过程中，可以通过控制涂料层适当的透气性和排气速度，以减少金属熔液的充填阻力。涂料的主要组成为载液、耐火粉料、粘结剂、悬浮剂以及其它一些特殊附加物如表面活性剂、防腐剂等。涂料配方要求所配制的涂料具有良好的工艺性能和工作性能。

耐火粉料是涂料的骨干，具有隔离、绝热、抗粘砂和降低表面粗糙度等作用。耐火粉料的选择主要依铸件材质种类而定，如果铸件为铜质材料，则采用耐火度较高的刚玉粉、锆英粉、熟铝矾粉、石英粉；如果铸件为铸铁材料，则常用石英粉、鳞石墨、石墨、滑石粉；如果铸件为铝质材料，则常用滑石粉、土状石墨等。

本发明采用石墨、无水乙醇、粘结剂和固化剂按重量为60:35:4:1的比例混合配制成能够使铸件表面不粘砂的涂料。

4)涂料层的制备

聚苯乙烯泡沫塑料的强度很低，用它制成的消失模模型刚性差，因此，将消失模模型涂挂涂料时，涂挂的方法很讲究，不然会使消失模模型产生变形，甚至断裂。涂料的涂覆方法可分为刷、浸、淋和喷涂四种。它们的选用取决于涂料的类别、产品的批量以及消失模模型的大小和形状。

通常耐火涂料的涂挂多选用前三种方法，而表面光洁涂料则采用喷涂法。中小件、结构紧凑的，可用浸涂法，即将整个消失模模型浸于涂料中，涂挂好后取出来。浸涂法方便易行，得到的涂层比较均匀。对于大件特别是型壁较薄的大平面、长条和框架结构的模型，不能用浸涂法涂挂涂料，因为容易使消失模模型产生变形甚至断裂，可采用刷涂或者淋涂。

前面已经说过，本发明要求表面不粘砂，平整即可，所以涂料用石墨、无水乙醇、少量粘结剂和固化剂配制。并且消失模模型的尺寸较小，所以本发明采用浸涂法，在烘干的铸渗涂层表面涂挂涂料形成涂料层，然后放入箱式电阻炉中烘烤2小时备用，烘烤温度为60±5℃。因对除铸渗涂层表面外的其它表面质量不做要求，所以消失模模型的其它面不涂挂涂料。

7.浇注

参阅图2，根据需要所设计的灰铸铁组分和含量配料，灰铸铁组分和按重量比含量为C.3.2-3.3、Si.2.0-2.1、Mn.0.20、P.≤0.3、S.≤0.15，其余为Fe，共配置12Kg，用中频电炉熔炼。浇注四个小时后开箱、冷却、落砂、清理。

为了对比铸渗涂层所处的浇注位置不同对铸件表面合金层质量的影响，造型时取1个消失模模型，把分别涂在消失模模型上面、左面与右面的铸渗涂层分别叫做S上、S左与S右，然后对铸件表面合金层进行金相分析，耐热性试验。

浇注温度也是影响铸件表面合金层质量的一个关键因素，它决定了金属熔液的热容量的大小以及金属熔液的流动及充型能力。如果浇注温度太低：一方面金属熔液充型能力太差，容易产生浇不足、冷隔等缺陷；另一方面，金属熔液不能提供足够的热量，铸件表面合金层中铁粉不能完全熔化，导致铬铁、镍粉不能包裹在熔化的铁熔液中，而仅与基体呈机械结合状态，结合强度低，甚至金属熔液流动性差不能完成铸渗，而使合金层在热作用下烧结，导致整块剥落。从而不能形成完整的铸件表面合金层，影响铸件表面合金层的质量。如果浇注温度太高，对设备的要求也高，同时金属熔液中可能产生吸气、合金元素烧损严重等问题，也不利于铸件表面合金层的制备。

在本发明中恰当的控制浇注温度，在条件允许的情况下，适当提高浇注温度，使金属熔液具有一定的过热温度。本发明的铁水浇注温度控制在1400℃-1450℃。

二.提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法包括如下步骤：

本发明采用消失模铸渗法在铸铁件表面制备镍，铬耐热合金层，铸铁件表面耐热合金层的制备有两种方法，一种方法是将铸渗涂层各原料组分混合均匀后，涂挂于采用聚苯乙烯泡沫塑料制作的消失模模型的相应表面形成均匀的铸渗涂层；另一种方法是将铸渗涂层各组分混合均匀压制成块后固定在需要增强的试件表面。预制块法厚度易于控制，但模具压制成块，工艺相对复杂。本发明采用的是将铸渗涂层各原料组分混合均匀后，涂挂于采用聚苯乙烯泡沫塑料制作的消失模模型的相应表面上形成均匀的铸渗涂层的方式，即把铸渗涂层各原料组分混合均匀后依靠粘结剂的粘合力直接涂挂在消失模模型的相应表面上。该方法较预制块法简单、易操作，但是涂层的厚度不容易控制。

提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法包括如下步骤：

1消失模模型的制备与铸渗涂层各组分与含量的设计和混合

1)采用聚苯乙烯泡沫塑料加工成和所要铸件一样形状的消失模模型；

采用聚苯乙烯泡沫作为原材料制作任何和所需铸件形状一样的消失模模型。

2)设计铸渗涂层各组分与按重量比的含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe，其中Cr与Ni的粒度为74μm。

3)将按重量比含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe的铸渗涂层各组分和按重量比含量为2％的硼砂复合熔剂放入球磨机中混合1小时。

2涂挂铸渗涂层和涂料层

1)在混合好的铸渗涂层各组分和按重量比含量为2％的硼砂复合熔剂中再加入粘结剂、固化剂调成膏状，把膏状物均匀地涂覆在消失模模型的相应表面上，即涂覆在铸件欲形成合金层的与消失模模型相对应的表面上，并用软毛刷沾无水乙醇刷平表面成铸渗涂层，涂覆在消失模模型上铸渗涂层的厚度为0.5mm-1.5mm，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃；

2)采用石墨、无水乙醇、粘结剂和固化剂按重量为60：35：4：1的比例混合配制成能够使铸件表面不粘砂的涂料。

3)将制备好的涂料采用刷、浸、淋或喷涂的方法涂挂在消失模模型上烘干后的铸渗涂层表面而形成涂料层，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃；

3造型

在砂箱的底部先放上一定厚度的干砂，振实填平以后将涂有铸渗涂层的消失模模型平放在干砂上，然后继续填砂将消失模模型及浇注系统完全埋入砂箱，且干砂的的填入量与浇注系统的最高处齐平时停止，振实后将厚约0.5mm的塑料薄膜覆在砂子上，再将做好的浇口杯放到薄膜上，且与直浇道口对齐，然后再放上一层干砂将薄膜压住，浇口杯固定后，抽真空准备浇注。

4浇铸

将组分和按重量比含量为C.3.2-3.3、Si.2.0-2.1、Mn.0.20、P.≤0.3、S.≤0.15，其余为Fe的灰铸铁采用中频电炉进行熔炼，铁水浇注时的温度为1400-1450°C，浇注4个小时后开箱、冷却、落砂、清理。

Claims (6)

1.一种提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法包括如下步骤：

1)消失模模型的制备与铸渗涂层各组分与含量的设计和混合；

(1)采用聚苯乙烯泡沫塑料加工成和所要铸件一样形状的消失模模型；

(2)设计铸渗涂层各组分与按重量比的含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe，Cr与Ni的粒度为74μm；

(3)将按重量比含量为20％的Cr、5％的Ni与73％的Fe的铸渗涂层各组分和复合熔剂放入球磨机中混合1小时；

2)涂挂铸渗涂层和涂料层；

(1)在混合好的铸渗涂层各组分和复合熔剂中再加入粘结剂、固化剂调成膏状，把膏状物均匀地涂覆在消失模模型的相应表面上，并用软毛刷沾无水乙醇刷平表面成铸渗涂层，涂覆在消失模模型上铸渗涂层的厚度为0.5mm-1.5mm，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃；

(2)采用载液、耐火粉料、粘结剂、悬浮剂、表面活性剂和防腐剂配制涂料；

所述的耐火粉料是涂料中的主要组分，具有隔离、绝热、抗粘砂和降低铸件表面粗糙度作用的耐火粉料种类的选择主要以铸件材质种类而定：

铸件为铸铁材料时采用石英粉、鳞石墨、石墨或滑石粉；

(3)将制备好的涂料采用刷、浸、淋或喷涂的方法涂挂在消失模模型上烘干后的铸渗涂层表面而形成涂料层，再放入箱式电阻炉中烘烤2小时，烘烤温度为60±5℃；

3)造型；

4)浇铸；

将组分和按重量比含量为C.3.2-3.3、Si.2.0-2.1、Mn.0.20、P.≤0.3、S.≤0.15，其余为Fe的灰铸铁采用中频电炉进行熔炼，铁水浇注时的温度为1400-1450℃，浇注4个小时后开箱、冷却、落砂、清理。

2.按照权利要求1所述的提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，所述的复合熔剂是指硼砂、氟化铵或氯化铵。

3.按照权利要求2所述的提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，所述的复合熔剂采用的是硼砂，粒度为100μm，加入量按重量比为2％。

4.按照权利要求1所述的提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，所述的粘结剂是采用水玻璃、呋喃树脂、桐油、环氧树脂或松香与无水乙醇溶剂溶解配制而成。

5.按照权利要求4所述的提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，所述的粘结剂是用无水乙醇与环氧树脂按重量比为9：1配制成环氧树脂乙醇溶液，为防止乙醇挥发，环氧树脂乙醇溶液需在60℃密封溶解1个小时。

6.按照权利要求1所述的提高灰铸铁基铸件表面耐热性的消失模铸渗法，其特征在于，所述的涂料是采用石墨、无水乙醇、粘结剂和固化剂按重量为60：35：4：1的比例混合配制成能够使铸件表面不粘砂的涂料。

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