CN104209450B

CN104209450B - 一种高合金材质铸件的特种覆膜砂

Info

Publication number: CN104209450B
Application number: CN201410448500.1A
Authority: CN
Inventors: 刘松奇; 王瑞金; 闫国富; 彭德楼; 齐晓军
Original assignee: XISHAN XIBENG SPECIAL FOUNDING CO Ltd
Current assignee: Xishan Xibeng Special Founding Co., Ltd.
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: CN104209450A

Abstract

本发明公开了一种高合金材质铸件的特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7—1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9-11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6-8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1-2%；所述原砂包括再生砂、宝珠砂和磁铁矿砂；所述再生砂占所述原砂总质量的50-65%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的25-35%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的10-15%，具有耐高温、高强度、低膨胀、低发气、易溃散的多种优质特性，能够保证高合金材质铸件工艺得以顺利进行，提高生产效率。

Description

一种高合金材质铸件的特种覆膜砂

技术领域

本发明属于覆膜砂生产技术领域，特别涉及一种高合金材质铸件的特种覆膜砂。

背景技术

覆膜砂常用于铸钢件、铸铁件，其砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂，有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。

目前，国内各覆膜砂厂，能够针对各种铸件生产多种性能的覆膜砂，如易溃散覆膜砂，高强度低发气覆膜砂，耐高温覆膜砂，抗针孔覆膜砂等各种型号，其生产工艺多种多样。申请号为201110039086.5的发明专利公开了一种新型覆膜砂，各组分以重量计配比如下：树脂2.0～2.1％、偶联剂0.03～0.05％、乌洛托品0.2～0.32％、硬脂酸钙0.1～0.15％、氧化铁红0.08～0.1％、铁砂6～8％、余量为硅砂。与常规覆膜砂比较，此覆膜砂除具有常规覆膜砂的性能外，还具有延缓发气速度3-5S，抑制氮气产生的性能，能有效降低铸件产生氮气孔，大大提高高镍奥氏体球铁铸件的成品率。申请号为201310609139.1的发明专利涉及一种覆膜砂，包括原砂、粘结剂、固化剂、润滑剂和偶联剂，所述粘结剂占所述原砂质量的2%～3%，所述固化剂占所述粘结剂质量的12%～16%，所述润滑剂占所述粘结剂质量的1%～3%，所述偶联剂占所述粘结剂质量的0.5%～1.5%；所述原砂的粒度为70～140目，其效果在于覆膜砂热强度高，流动性、溃散性较好，透气性好，易于紧实，能满足铸件的表面质量和力学性能。

申请号为201010270015.1的发明专利公开的一种覆膜砂，包括原砂、粘结剂、固化剂与偶联剂，所述固化剂的用量为粘结剂总质量的40-60％，偶联剂的用量为粘结剂总质量的0.2-0.5％，粘结剂的用量为原砂总质量的1-1.5％，原砂的粒度为100-150目，原砂的组成成分及其重量份比例为：黄砂70-80，硅藻土10-20，高温水泥5-15，粘结剂的组成成分及其重量份比例为：热固性酚醛树脂5-10，热塑性酚醛树脂90-95，其效果在于不仅耐热性较好、粗糙度较小，而且透气性较好、可避免于铸件上粘砂。

然而，针对各种铸件缺陷生产的覆膜砂，当前根据铸件材质的要求也越来越高，开发的新铸件材质标准也越来越多，一系列高合金铸件材质越来越普遍，而原有的单独针对各种铸件缺陷而生产的特殊覆膜砂也愈加不能满足高合金材质铸件的要求。

发明内容

本发明是为了弥补现有技术的上述不足，提供一种高合金材质铸件的特种覆膜砂，具有耐高温、高强度、低膨胀、低发气、易溃散的多种优质特性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种高合金材质铸件的特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7—1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9-11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6-8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1-2%。

所述原砂包括再生砂、宝珠砂和磁铁矿砂；所述再生砂占所述原砂总质量的50-65%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的25-35%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的10-15%。

作为优选，所述再生砂占所述原砂总质量的50%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的35%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的15%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.8%；所述固化剂为所述粘结剂质量的10%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1.5%。

进一步地，所述再生砂占所述原砂总质量的55%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的30%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的15%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的2%。

进一步地，所述再生砂占所述原砂总质量的65%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的30%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的5%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7%；所述固化剂为所述粘结剂质量的11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的7%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1%。

与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在以下几个方面：

1、本发明的特种覆膜砂中，原砂包括再生砂，占原砂总质量的50-65%，采用的是生产过用废的覆膜砂，经过破碎、筛选以及1000℃焙烧，使其产生相变，膨胀率小。由于传统的原砂材料多选用的是优质天然石英砂，而在砂型铸造时，每生产1吨铸件就会产生1～7吨用过的旧砂。如果大部分型砂中的粘结剂没有发生不可逆的变化，只要除掉杂质，经过吸灰冷却和重新混制，就可恢复型砂原有的性能；如果型砂经化学方式硬化，此时其粘结剂的硬化反应是不可逆的，也只需把砂粒表面已失效的粘结剂膜脱除，就能使其基本上恢复原砂的性能，所以无论是从经济角度，还是性能角度，通过引入比重较大的再生砂，都有很高的应用价值。

2、原砂中还包括宝珠砂，占原砂总质量的25-35%，以此来代替传统的石英砂。宝珠砂有耐高温，低膨胀的特点，性能可与锆英砂媲美，用其配制型砂，铸件不会产生膨胀缺陷；因角型系数小，覆膜表面积小，所以能够提高强度，降低粘结剂用量和固化剂用量，发气量较低，能降低氢氧氮综合气孔。虽然石英砂分布广泛，成本低廉，但由于石英在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大；受耐火度的限制，铸件局部粘砂严重，清理十分困难，故而其具有膨胀系数大，铸件精度低，铸件表面粘砂严重，清砂困难的缺点，该缺点在大型铸钢件的生产中尤为严重。宝珠砂是以优质铝钒土为原料，经煅烧、电熔、造粒、分筛等工艺而制成的，表面光滑，结构致密，使得粘结剂能均匀覆盖，并且属中性材料，酸、碱粘结剂均可使用，所以其回用再生性能好，性价比高，能减少粘结剂所产生的铸造缺陷，提高了铸件的成品率。

3、原砂中还包括磁铁矿砂，占原砂总质量的10-15%，主要成份为Fe₃O₄，是Fe₂O₃和FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4%，O27.6%，具有磁性，由于其结构细密，用磁选法处理方便，所以用于原砂组成时，可以有效减少针孔。

4、除了以上三种原砂配料的单独作用，再生砂的耐高温型、宝珠砂的低膨胀性、磁铁矿砂的高致密性，可以起到很好的协同作用效果，这种协同控制使高合金材质铸件的特种覆膜砂达到最佳性能，发气量小且易溃散。

5、本发明中的粘结剂选用热塑性酚醛线性树脂，是在酸性催化剂存在下，由过量苯酚与甲醛缩聚制得，其性能对覆膜砂的质量有重要影响，其中最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性，并且与各种各样的有机和无机填料都能相容，润湿速度快，在交联后可以具有较高的机械强度和耐热性能，在本发明中，这种粘结剂的共聚合速度仅为25-50S，能极大缩短传统粘结剂的聚合时间。固化剂是乌洛托品，其加入量是树脂的5%-20%，能够实现防脱壳、快聚速的效果，润滑剂选用硬脂酸钙或是硬脂酸铣铵等，其有益效果在于防止结块,并提高覆膜砂的流动性及脱模性，同时，这种类型的润滑剂熔点较高，能有效防止覆膜砂在使用过程中产生脱壳现象。偶联剂虽然用量较少，但其既能与原砂表面的某些基团反应，又能与粘结剂树脂反应，在原砂与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了原砂与树脂之间粘合强度，改善树脂的分散度以提高加工性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态。偶联剂可选用钛酸酯偶联剂，不仅具有很大的灵活性和多功能性，它本身既是偶联剂,也可以是分散剂、湿润剂、粘合剂、交联剂、催化剂等、还可以兼有耐高温、抗氧化、阻燃等多功能。

6、经现场试用，该特种覆膜砂配比合理、性能稳定，高强度、低膨胀，有效的解决了传统覆膜砂无法满足新铸件材质标准，如高合金材质铸件标准的问题，达到了从成本和性能双重优化的目的，能够保证生产的快捷进行，提高生产效率。

具体实施例

本发明的一种高合金材质铸件的特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7—1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9-11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6-8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1-2%。

在覆膜砂行业标准中，覆膜砂必检指标有：常温抗弯强度、热态抗弯强度、灼烧减量、粒度和熔点。可选检测指标有：常温抗拉强度、热态抗拉强度、发气量和流动性。然而，随着生产工艺要求的不断提高，相应增加了一些新的检测指标：如高温抗压强度，模拟铸造的实际条件，测试覆膜砂芯在1000-1500℃时的抗压强度；耐热时间，测试覆膜砂芯在高温下保持强度，不变形、不溃散的时间；抗脱壳性，测试覆膜砂的抗脱壳能力。

本发明中，覆膜砂的粘结剂，即树脂加入量已从原来的2－3%降至1.7－1.9%。由于树脂加入量低，覆膜砂发气量小，同时也大大降低了生产成本。覆膜砂的工艺流程大致分为以下几步：

1、将原砂经过量斗爬式加料机将原砂加入滚动的加热炉内；

2、加热炉正转时砂子不会跑出来，在炉筒内加热到158℃左右时，起动混砂机，将砂子卸入混砂机盆腔内；

3、砂子在混砂机盆腔内加树脂等粘结剂及钛酸酯偶联剂，充分混合均匀至30秒，加乌洛托品水溶液等固化剂，混至砂子将松散时，再加硬脂酸钙等润滑剂，混45秒钟后卸砂。

4、卸下的砂子流入混砂机下方的振动冷却筛里，充分冷却完毕后蓄存备用

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的50%；宝珠砂占原砂总质量的35%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.8%；固化剂为粘结剂质量的10%；润滑剂为粘结剂质量的6%；偶联剂为粘结剂质量的1.5%。

实施例二

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的50%；宝珠砂占原砂总质量的35%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.9%；固化剂为粘结剂质量的9%；润滑剂为粘结剂质量的8%；偶联剂为粘结剂质量的2%。

实施例三

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的50%；宝珠砂占原砂总质量的35%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.7%；固化剂为粘结剂质量的11%；润滑剂为粘结剂质量的7%；偶联剂为粘结剂质量的1%。

实施例四

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的55%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.8%；固化剂为粘结剂质量的10%；润滑剂为粘结剂质量的6%；偶联剂为粘结剂质量的1.5%。

实施例五

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的55%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.9%；固化剂为粘结剂质量的9%；润滑剂为粘结剂质量的8%；偶联剂为粘结剂质量的2%。

实施例六

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的55%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.7%；固化剂为粘结剂质量的11%；润滑剂为粘结剂质量的7%；偶联剂为粘结剂质量的1%。

实施例七

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的65%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的5%，粘结剂占原砂总质量的1.8%；固化剂为粘结剂质量的10%；润滑剂为粘结剂质量的6%；偶联剂为粘结剂质量的1.5%。

实施例八

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的65%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的5%，粘结剂占原砂总质量的1.9%；固化剂为粘结剂质量的9%；润滑剂为粘结剂质量的8%；偶联剂为粘结剂质量的2%。

实施例九

本发明的高合金材质铸件的特种覆膜砂的成分配比如下：

特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其中再生砂占原砂总质量的65%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的5%，粘结剂占原砂总质量的1.7%；固化剂为粘结剂质量的11%；润滑剂为粘结剂质量的7%；偶联剂为粘结剂质量的1%。

性能测定：将上述九组实施例依次分组，按照常规测定方法，分别检测高合金材质铸件的特种覆膜砂的热态抗弯、常温抗弯、常温抗拉、熔点、灼烧减量、发气量、粒度等，如下列表格所示：

由上述表格可知，依照本发明配比范围，高合金材质铸件的特种覆膜砂的热态抗弯指标在3.2MPA~4.2MPA之间，灼烧减量为2.38%~2.53%，发气量为14.7ml/g~14.9ml/g之间，具有良好的耐热和低膨胀性能，，能够满足大规模连铸生产的需求。

而比较上述几组检测项目，实施例六的热态抗弯效果突出，且综合效果相对较好，其中再生砂占原砂总质量的55%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.7%；固化剂为粘结剂质量的11%；润滑剂为粘结剂质量的7%；偶联剂为粘结剂质量的1%；而实施例五的灼烧减量和发气量更加符合优化标准，热态抗弯相对也比较突出，其中再生砂占原砂总质量的55%；宝珠砂占原砂总质量的30%；磁铁矿砂占原砂总质量的15%，粘结剂占原砂总质量的1.9%；固化剂为粘结剂质量的9%；润滑剂为粘结剂质量的8%；偶联剂为粘结剂质量的2%，可以看出，在原砂比例保持固定优化的基础上，改变粘结剂、固化剂、偶联剂的配比，可以实现不同效果，以此类推，原砂比例和添加剂比例均可以在本发明限定范围内，根据具体需求以及实际生产的需要自由调节。

Claims

1.一种高合金材质铸件的特种覆膜砂，包括原砂、润滑剂、粘结剂、固化剂和偶联剂，其特征在于：所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7—1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9-11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6-8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1-2%；所述原砂包括再生砂、宝珠砂和磁铁矿砂；所述再生砂占所述原砂总质量的50-65%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的25-35%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的10-15%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。

2.如权利要求1所述的高合金材质铸件的特种覆膜砂，其特征在于：所述再生砂占所述原砂总质量的50%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的35%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的15%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.8%；所述固化剂为所述粘结剂质量的10%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的6%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1.5%。

3.如权利要求1所述的高合金材质铸件的特种覆膜砂，其特征在于：所述再生砂占所述原砂总质量的55%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的30%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的15%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.9%；所述固化剂为所述粘结剂质量的9%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的8%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的2%。

4.如权利要求1所述的高合金材质铸件的特种覆膜砂，其特征在于：所述再生砂占所述原砂总质量的65%；所述宝珠砂占所述原砂总质量的30%；所述磁铁矿砂占所述原砂总质量的5%，所述粘结剂占所述原砂总质量的1.7%；所述固化剂为所述粘结剂质量的11%；所述润滑剂为所述粘结剂质量的7%；所述偶联剂为所述粘结剂质量的1%。