CN105537503A - 一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造领域，涉及一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下成分：硅砂100份、粘结剂5～8份、固化剂1.5～3.5份、偶联剂5～12份和Fe3O40.1～2.5份，本发明通过添加Fe3O4作为添加剂，并调节添加剂、硅砂、粘结剂、固化剂、偶联剂的用量和配合关系，得到覆膜砂，以其制备高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，解决了粘砂缺陷的问题，且生产过程中不使用涂料，节约了上涂料的人工费用及涂料费用。

Description

一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂
技术领域
本发明属于铸造领域，涉及一种用于涡轮壳铸造的覆膜砂，尤其涉及一种用于高镍铸铁涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂。
背景技术
覆膜砂是指造型前在砂粒表面上覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂，用于铸钢件和铸铁件。由于覆膜砂具有强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高、表面光洁、便于保存等优点，近年来应用日益广泛。
覆膜砂的制备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，加树脂使其溶解，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。覆膜砂铸件的成型精度和力学性能主要受控于覆膜砂材料的特性和铸件工艺，覆膜砂中原砂的主要成分和耐火度、以及树脂的含量均会影响到铸件的表面质量和尺寸精度等，从而影响铸件的性能。
高镍铸铁(Ni含量13％以上)是一种很有发展前景的材料，它具有良好的综合机械性能与工艺性能，因而被广泛用于制备耐热要求不小于950℃的高端涡轮壳。制备此类涡轮壳使用的覆膜砂的主要原料为SiO2，要求高镍铸铁的浇铸温度要在SiO2的软化点以上，一般要求在1520℃以上，制备得到的涡轮壳存在粘砂缺陷，为了克服这一问题，通常采用的方法是在涡轮壳制备过程中使用耐火温度高于1550℃的涂料。但是，添加涂料的方式不仅会增加成本，而且会增加制备过程的复杂程度。
CN103272996A公开了一种防粘砂覆膜砂，该防粘砂覆膜砂包括原砂、粘结剂、乌洛托品、硬脂酸钙、硅烷偶联剂以及添加剂A，其中原砂是由76-90份河砂、16-20份石墨粉、3-5份木质素、4-6份沥青和20-25份黄土包覆颗粒物混合组成，所述黄土包覆颗粒物是由20-26份黄土与2-5份磷酸二氢钠和适量水混湿成团后，经煅烧、粉碎得到的，添加剂A是由4-6份油泥、2-4份石灰粉、3-5份糊精、0.2-0.4份钾长石粉及适量水经煅烧后，与4-5份蒙脱石粉、1-2份环氧树脂和2-4份水玻璃混合造粒并烘干得到的。该防粘砂覆膜砂具有很好的透气性和防粘砂性，但是由于该优异性能与其特定的原砂成分、添加剂A及它们的配合关系密不可分，因此，这种防粘砂覆膜砂不能满足在高镍铸铁涡轮壳铸造领域的应用，这是因为高镍铸铁涡轮壳铸造要求使用的覆膜砂以SiO2为主要原料。
发明内容
针对现有技术中的覆膜砂应用于高镍铸铁铸件时存在粘砂缺陷的问题，本发明的目的在于提供一种用于高镍铸铁涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂。采用本发明所述防粘砂覆膜砂制备的高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，解决了粘砂缺陷的问题，且生产过程中不使用涂料，节约了上涂料的人工费用及涂料费用。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明所述高镍铸铁指Ni含量在13％以上的铸铁。
第一方面，本发明提供了一种覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
优选地，硅砂的重量份为100份。
优选地，粘结剂的重量份为5～8份，例如可为5份、6份、6.5份、7份或8份等。
优选地，固化剂的重量份为1.5～3.5份，例如可为1.5份、1.8份、2份、2.3份、2.5份、3份或3.5份等。
优选地，偶联剂的重量份为5～12份，例如可为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11.5份或12份等。
优选地，Fe3O4的重量份为0.1～2.5份，例如可为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.7份、0.9份、1份、1.2份、1.5份、1.7份、1.8份、2份、2.2份或2.5份等。
本发明通过以Fe3O4作为添加剂，并调节添加剂、硅砂、粘结剂、固化剂、偶联剂的用量和配合关系，得到覆膜砂，采用该覆膜砂制备的高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，解决了铸件粘砂的问题，且生产过程中不使用涂料，节约了上涂料的人工费用及涂料费用。
优选地，Fe3O4的粒度(或目数)为50～200目，例如可为50目、60目、70目、75目、80目、85目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、165目、170目、180目、190目或200目等，优选为100～200目，进一步优选为150～200目。
优选地，粘结剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的混合物。
优选地，所述粘结剂中热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为(1～3):(5～10):(0.5～2)，例如可为1:6:1.5、1:5:2、1:8:1.7、2:9:1.5、2.5:6:0.8、3:5:0.5或3:7:1等，优选为2:10:1。
优选地，所述硅砂中SiO2≥99-99.5wt％，Fe2O3≤0.02-0.015wt％。
优选地，所述硅砂的粒度为100～200目，例如可为100目、120目、140目、150目、170目、180目或200目等。
优选地，固化剂为六亚甲基四胺。
优选地，偶联剂为硅烷偶联剂，优选为异丁基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的混合物，所述混合物典型但非限制性实例有：异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，异丁基三乙氧基硅烷和N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，异丁基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物等。
优选地，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，且异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3。
作为本发明所述覆膜砂的优选技术方案，一种覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
作为本发明所述覆膜砂的另一个优选技术方案，一种覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
作为本发明所述覆膜砂的又一个优选技术方案，一种覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，粘结剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的混合物，且热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为为2:10:1；偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，且异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3。
本优选技术方案中，通过以Fe3O4作为添加剂，选择合适的粘结剂和偶联剂的种类和配方，并调节添加剂与硅砂、粘结剂、固化剂和偶联剂的用量和配合关系，得到覆膜砂，采用该覆膜砂制备的高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，解决了铸件粘砂的问题，且生产过程中不使用涂料，节约了上涂料的人工费用及涂料费用。
本发明所述覆膜砂的制备方法为现有技术，本领域技术人员可参照现有技术公开的覆膜砂的制备方法进行制备，一种典型的制备方法如下：
先将硅砂放入混砂机中，加热到160～200℃，混碾50～75s，温度降至110～120℃时，加入粘结剂，混碾80～100s，当温度降至90～100℃时，加入固化剂，混碾20～30s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾50～80s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述的覆膜砂的用途，其用于涡轮壳铸造。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
采用本发明所述覆膜砂制备的高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，解决了粘砂缺陷的问题，且生产过程中不使用涂料，节约了上涂料的人工费用及涂料费用，按目前工厂年产高镍轮壳130万件计，每年可节约涂料成本195万元。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
本实施例所述覆膜砂的制备方法如下：先将硅砂放入混砂机中，加热到160℃，混碾75s，温度降至110℃时，加入粘结剂，混碾100s，当温度降至90℃时，加入固化剂，混碾30s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾50s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理，制备得到覆膜砂。
采用本实施例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不需要使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，表面质量高，无粘砂缺陷。
实施例2
一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
本实施例所述覆膜砂的制备方法如下：先将硅砂放入混砂机中，加热到200℃，混碾50s，温度降至120℃时，加入粘结剂，混碾80s，当温度降至100℃时，加入固化剂，混碾20s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾80s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理，制备得到覆膜砂。
采用本实施例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不需要使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，表面质量高，无粘砂缺陷。
实施例3
一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
本实施例所述覆膜砂的制备方法如下：先将硅砂放入混砂机中，加热到170℃，混碾60s，温度降至113℃时，加入粘结剂，混碾85s，当温度降至92℃时，加入固化剂，混碾25s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾60s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理，制备得到覆膜砂。
采用本实施例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不需要使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，表面质量高，无粘砂缺陷。
实施例4
一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，粘结剂为热固性酚醛树脂和环氧树脂的混合物，且热固性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为1：1。
本实施例所述覆膜砂的制备方法如下：先将硅砂放入混砂机中，加热到185℃，混碾65s，温度降至115℃时，加入粘结剂，混碾90s，当温度降至98℃时，加入固化剂，混碾30s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾65s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理，制备得到覆膜砂。
采用本实施例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不需要使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，表面质量高，无粘砂缺陷。
实施例5
一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，粘结剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的混合物，且热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为2:10:1；偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，且异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3。
本实施例所述覆膜砂的制备方法如下：先将硅砂放入混砂机中，加热到195℃，混碾70s，温度降至115℃时，加入粘结剂，混碾93s，当温度降至96℃时，加入固化剂，混碾25s后加入Fe4O3和偶联剂，混碾75s，最后通入冷却水进行冷却至室温，破碎并筛分处理，制备得到覆膜砂。
采用本实施例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不需要使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳具有良好的表面粗糙度，可达到Ra12.5，表面质量高，无粘砂缺陷。
对比例1
除不添加Fe3O4外，其他各组分的含量、制备方法和条件均与实施例1相同。
采用本对比例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中需要使用涂料才可避免得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳出现粘砂缺陷。
对比例2
除不添加Fe3O4外，其他各组分的含量、制备方法和条件均与实施例5相同。
采用本对比例所述覆膜砂用于制备高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳，涡轮壳制备过程中不使用涂料，得到的高镍(Ni含量13％以上)铸铁涡轮壳出现粘砂缺陷。
通过实施例1-5及对比例1-2可以看出，本发明通过以Fe3O4作为添加剂，并调节添加剂、硅砂、粘结剂、固化剂、偶联剂的用量和配合关系，得到覆膜砂，采用该覆膜砂制备的高镍铸铁涡轮壳，具有良好的表面粗糙度，完全可以满足涡轮壳铸件对表面质量的要求，生产过程中不必使用涂料便可解决铸件粘砂的问题。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮壳铸造的防粘砂覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
2.根据权利要求1所述的覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
3.根据权利要求1或2所述的覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
4.根据权利要求1-3任一项所述的覆膜砂，其特征在于，Fe4O3的粒度为50～200目，优选为100～200目，进一步优选为150～200目。
5.根据权利要求1-4任一项所述的覆膜砂，其特征在于，所述粘结剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的混合物；
优选地，所述粘结剂中热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为(1～3):(5～10):(0.5～2)，优选为2:10:1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的覆膜砂，其特征在于，所述硅砂中SiO2≥99～99.5wt％，Fe2O3≤0.02～0.015wt％；
优选地，所述硅砂的粒度为100～200目。
7.根据权利要求1-6任一项所述的覆膜砂，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基四胺。
8.根据权利要求1-7任一项所述的覆膜砂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为异丁基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷或N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的混合物；
优选地，所述偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，且异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3。
9.根据权利要求1-8任一项所述的覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，粘结剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的混合物，且热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和环氧树脂的质量比为2:10:1；偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合物，且异丁基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:3。
10.如权利要求1-9任一项所述的覆膜砂在制备涡轮壳铸件中的用途。
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