CN103252449A - 复合材料搅拌翼翅生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：（1）压蜡工序，（2）制壳工序，（3）脱蜡工序，（4）焙烧工序，（5）复合材料熔炼工序，（6）浇注清砂工序，（7）去浇口与清理工序，（8）热处理工序。解决了现有技术中高安全性与可靠性的搅拌翼翅生产问题，可以生产出优质的复合材料搅拌翼翅。

Description

复合材料搅拌翼翅生产方法

技术领域

本发明涉及搅拌翼翅材料技术领域，特别是指一种复合材料搅拌翼翅生产方法。

背景技术

车载底层砂浆搅拌输送机械装置中的搅拌翼翅在工作中承受砂浆交变载荷施予的表面摩擦及冲击疲劳。这种工作条件要求搅拌翼翅必须具备如下功能指标：（1）表面硬度高，以适应耐磨工作环境；（2）产品组织致密，芯部具备适当的韧性，以适应交变载荷的冲击，这样可以克服高硬度带来的材料脆性所引起的产品冲击疲劳断裂。

现有的搅拌翼翅主参数有：单重3.60Kgs/件；主要壁厚15mm;外形轮廓主尺寸300*200*130mm。该产品主流生产商是德国BRINKMANN公司，该公司的搅拌翼翅产品实现方案包括：材料选用等温淬火奥氏体化球墨铸铁EN1564EN-GJS-1200-2，材料号-EN-JS1120。约定材料机械性能指标有：抗拉强度Rm≥1200N/mm²，屈服强度Rp0.2≥850N/mm²，延伸率A5≥2%，表面硬度HBS=340-440HB。这种方案具有如下缺点：奥氏体化球墨铸铁（ADI）的生产方法对铸件原坯的化学成份及奥氏体化热处理（等温淬火）要求严格精细。目前国内的原生铁及废钢的成份波动量大不均匀，而且缺少专业等温淬火热处理工厂，这就造成ADI产品优质原坯生产难度高，等温淬火奥氏体化热处理外协困难大，导致生产周期长、生产成本高。EN-GJS-1200-2级别的ADI材料强度高、硬度高，具备良好的适应工况的耐磨寿命性能。但由于该材料延伸率A5只有2%左右，造成该设定材料比较硬脆，无法承受交变载荷下的冲击而易发生疲劳断裂失效，影响整套搅拌输送机械正常运转的安全性与可靠性。同时采用传统翻砂铸造工艺，零件表面因为急冷会造成表面性能变异。以上种种因素导致这种方法已经不能满足复合材料的搅拌翼翅的生产。

发明内容

本发明提出一种复合材料搅拌翼翅生产方法，解决了现有技术中高安全性与可靠性的搅拌翼翅生产问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，利用压蜡机制作腊模，将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥3-5小时，得到涂后模壳；

（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入95℃以上热水中，将其中的蜡熔化形成空腔模壳；

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在950-1050℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；将上述原料在中频熔炼炉中熔炼得到复合材料液；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度900-950℃，保温1-2小时，油冷，

回火，温度250-300℃，保温1-2小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

作为对上述技术方案的改进，步骤（1）中，将制作好的蜡膏注入压蜡机，利用模具制备蜡模；同时用蜡膏制备蜡模制备浇注系统的蜡模。

作为对上述技术方案的改进，步骤（2）中，将所述蜡树涂上多遍水玻璃，每涂一次后均涂上砂粉。

作为对上述技术方案的进一步改进，步骤（2）中，将所述蜡树涂上5遍水玻璃，每涂一次后干燥4小时，干燥时在恒温恒湿并有一定的风速的环境中进行。

作为对上述技术方案的改进，步骤（3）中，脱蜡时，所述脱蜡槽中有105℃但不沸腾的水，热水将蜡融化，然后将涂后模壳竖起，溶化后的蜡从涂后模壳中流出得到空腔模壳。

作为对上述技术方案的改进，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

作为对上述技术方案的进一步改进，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

作为对上述技术方案的改进，步骤（7）中，所述浇注系统作为熔炼工序的原材料再利用。

作为对上述技术方案的改进，步骤（8）中，所述热处理条件为：

淬火，温度930℃，保温1.5小时，油冷，

回火，温度280℃，保温1.5小时，炉冷。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明的复合材料中加入Mn，可提高抗拉强度和延伸率而又不降低耐蚀性，能提高再结晶温度，并能显著细化再结晶粒度，还可减少铁的有害作用；加入Ti可以细化铸造组织，减小开裂倾向，提高材料力学性能；加入C可提高材料组织致密性提高抗氧化性；加入Si能提高材料组织金属钝化性能；加入Cr增加材料组织室温及高温状态下耐磨强度，提高韧性；加入Mo增加材料异质形核能力，锰钼联合提高机械性能，大幅提高防热变形能力；降低S含量防止热裂降低合金相融合区间度，抗疲劳强度幅度提高；降低P含量使冷裂倾向降低，避免晶间腐蚀，弥散性增加。本发明选用复合材料辅以高温淬火及低温回火获得综合机械性能明显优于欧洲现行ADI材料所达到的指标。既提高了产品的耐磨度同时也改善了产品的冲击韧性，有效的提高了翼翅产品在功能使用中的寿命及安全性与可靠度。

本发明的复合材料的机械性能参数如下：

抗拉强度Rm≥1500N/mm2，

屈服强度Rp0.2≥1300N/mm2，

延伸率A5≥3%，

表面硬度HBS=400-500HB。

复合材料配以新的材料选择，降低了产品的制造难度，同时消减了生产成本。

1）对搅拌翼翅产品用复合型壳精密铸造生产方法替代欧洲现行的砂型铸造工艺方案，获得内部组织致密，金相显微晶粒度细小的产品，提高了材料的综合机械性能指标。

2)选用复合材料辅以高温淬火及低温回火，获得综合机械性指标明显优于欧洲现行的等温淬火球墨铸铁（ADI）EN-GJS-1200-3。

3)新的生产方法配以新的材料选择，降低了产品的制造难度，同时消减了生产成本新的工艺方案下的复合型壳精密铸造生产方法路线解决了欧洲现行生产方法方案中的材料浇注后高温液态钢水(1600℃左右)直接进入低温砂型型腔(25℃室温左右)而引起的铸件原坯初生金相晶粒粗大，内部组织疏松不致密的生产方法缺点。在革新后精密铸造生产方法方案下，高温钢水(1600℃左右)必须浇注入经过高温焙烧后达约900℃左右的高温型壳型腔，液态金属冷却平稳，铸件原坯初生金相晶粒均匀，内部组织材料密实，疏松状态得到有效的改善。这些内部组织的精细化变化保证了铸件原坯在经过后续的高温淬火及低温回火后可以获得晶粒细小且均匀的金相显微组织，从而保证生产出宏观综合机械性能指标优质的搅拌翼翅产品。

生产成本优化按EN1564等温淬火球墨铸铁（ADI）材料级别EN-GJS-1200-2以砂型铸造生产方法生产的翼翅产品，生产成本约￥25,000/ton，按复合材料辅以高温淬火及低温回火以复合型壳精密铸造生产方法生产的翼翅产品，生产成本约￥20,000/ton，生产成本降低了约25%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，利用压蜡机制作腊模，将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥3-5小时，得到涂后模壳；

（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入95℃以上热水中，将其中的蜡熔化形成空腔模壳；

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在950-1050℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；将上述原料在中频熔炼炉中熔炼得到复合材料液；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度900-950℃，保温1-2小时，油冷，

回火，温度250-300℃，保温1-2小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

作为对上述技术方案的改进，步骤（1）中，将制作好的蜡膏注入压蜡机，利用模具制备蜡模；同时用蜡膏制备蜡模制备浇注系统的蜡模。

作为对上述技术方案的改进，步骤（2）中，将所述蜡树涂上多遍水玻璃，每涂一次后均涂上砂粉。

作为对上述技术方案的进一步改进，步骤（2）中，将所述蜡树涂上5遍水玻璃，每涂一次后干燥4小时，干燥时在恒温恒湿并有一定的风速的环境中进行。

作为对上述技术方案的改进，步骤（3）中，脱蜡时，所述脱蜡槽中有105℃但不沸腾的水，热水将蜡融化，然后将涂后模壳竖起，溶化后的蜡从涂后模壳中流出得到空腔模壳。

作为对上述技术方案的改进，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

作为对上述技术方案的进一步改进，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

作为对上述技术方案的改进，步骤（7）中，所述浇注系统作为熔炼工序的原材料再利用。

作为对上述技术方案的改进，步骤（8）中，所述热处理条件为：

淬火，温度930℃，保温1.5小时，油冷，

回火，温度280℃，保温1.5小时，炉冷。

实施例1：

复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，利用压蜡机制作腊模，将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥3-5小时，得到涂后模壳；

（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入95℃以上热水中，将其中的蜡熔化形成空腔模壳；

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在950-1050℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；将上述原料在中频熔炼炉中熔炼得到复合材料液；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度900-950℃，保温1-2小时，油冷，

回火，温度250-300℃，保温1-2小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

实施例2：

复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，将制作好的蜡膏注入压蜡机，利用模具制备蜡模；同时用蜡膏制备蜡模制备浇注系统的蜡模。将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥3小时，得到涂后模壳；将所述蜡树涂上多遍水玻璃，每涂一次后均涂上砂粉。（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入脱蜡槽中，所述脱蜡槽中有105℃但不沸腾的水，热水将蜡融化，然后将涂后模壳竖起，溶化后的蜡从涂后模壳中流出得到空腔模壳。

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在950℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度900℃，保温2小时，油冷，

回火，温度250℃，保温2小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

实施例3：

复合材料搅拌翼翅生产方法，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，将制作好的蜡膏注入压蜡机，利用模具制备蜡模；同时用蜡膏制备蜡模制备浇注系统的蜡模。将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥4小时，得到涂后模壳；将所述蜡树涂上多遍水玻璃，每涂一次后均涂上砂粉。

（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入脱蜡槽中，所述脱蜡槽中有100℃但不沸腾的水，热水将蜡融化，然后将涂后模壳竖起，溶化后的蜡从涂后模壳中流出得到空腔模壳。

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在1000℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；所述浇注系统作为熔炼工序的原材料再利用。

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度950℃，保温1小时，油冷，

回火，温度300℃，保温1小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

实施例4：

按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

其他与实施例3相同。

实施例5：

按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

其他与实施例3相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）压蜡工序，利用压蜡机制作腊模，将所述腊模修理飞边毛刺，然后将所述腊模组装到浇注系统上，所述腊模和浇注系统焊接形成蜡树；

（2）制壳工序，将蜡树表面涂上以硅溶胶为粘结剂的涂料，当涂料不流动时撒上面层砂，并干燥固化；同理完成第二层的涂料撒上面层砂；从第三层开始，涂上以水玻璃为粘结剂的涂料，并撒上面层砂，每涂上一层涂料后干燥3-5小时，得到涂后模壳；

（3）脱蜡工序，将涂后模壳放入95℃以上热水中，将其中的蜡熔化形成空腔模壳；

（4）焙烧工序，将空腔模壳进入天然气焙烧炉中在950-1050℃进行焙烧，蒸发出模壳中的水分，提高模壳强度，得到高温模壳；

（5）复合材料熔炼工序，按重量份比例准备以下原料

余量为Fe；将上述原料在中频熔炼炉中熔炼得到复合材料液；

（6）浇注清砂工序，将所述复合材料液浇注到高温模壳中形成毛坯件，待毛坯件冷却后用震动的方式将毛坯件表面型砂清理干净得到搅拌翼翅铸件；

（7）去浇口与清理工序，用切割或氧割的方式将搅拌翼翅铸件与浇注系统分离，将所述搅拌翼翅铸件表面清理和打磨；

（8）热处理工序，对所述搅拌翼翅铸件进行热处理，所述热处理条件为：

淬火，温度900-950℃，保温1-2小时，油冷，

回火，温度250-300℃，保温1-2小时，炉冷，

热处理后进行打磨抛光得到搅拌翼翅成品。

2.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（1）中，将制作好的蜡膏注入压蜡机，利用模具制备蜡模；同时用蜡膏制备蜡模制备浇注系统的蜡模。

3.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（2）中，将所述蜡树涂上多遍水玻璃，每涂一次后均涂上砂粉。

4.如权利要求3所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（2）中，将所述蜡树涂上5遍水玻璃，每涂一次后干燥4小时，干燥时在恒温恒湿并有一定的风速的环境中进行。

5.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（3）中，脱蜡时，所述脱蜡槽中有105℃但不沸腾的水，热水将蜡融化，然后将涂后模壳竖起，溶化后的蜡从涂后模壳中流出得到空腔模壳。

6.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

7.如权利要求6所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（5）中，按重量份比例准备以下原料：

余量为Fe。

8.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（7）中，所述浇注系统作为熔炼工序的原材料再利用。

9.如权利要求1所述的复合材料搅拌翼翅生产方法，其特征在于，步骤（8）中，所述热处理条件为：

淬火，温度930℃，保温1.5小时，油冷，

回火，温度280℃，保温1.5小时，炉冷。

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