CN105562587B - 一种减少铸件裂纹的型砂及其应用 - Google Patents
一种减少铸件裂纹的型砂及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于耐热铸钢件制备技术领域，涉及一种减少铸件裂纹的型砂及其应用，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：原砂100份、树脂2～6份、固化剂0.2～1份和添加剂0.6～0.9份，其中，添加剂为Fe4O3和/或MgO。本发明通过以Fe4O3和/或MgO为添加剂，并调节添加剂及各组分用量和配合关系，得到型砂，用该型砂进行1.4837不锈钢铸造，降低了对1.4837不锈钢铸件收缩的阻力，避免了铸件在凝固收缩过程产生显微裂纹。本发明所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产时可以将熔炼过程中添加Nb的含量由现有技术中钢水质量的1.5％降低到0.6％以下，生产出的涡轮壳无显微裂纹。
Description
技术领域
本发明属于耐热铸钢件制备技术领域，涉及一种减少铸件裂纹的型砂及其应用。
背景技术
现代机械工业中，无论汽车、航天航空、农业还是冶金领域还是日常生活中都离不开铸造。其中，在铸钢、铸铁的铸造生产上主要采用砂型铸造，具有适应性广、成本低和工艺成熟的特点。
铸造在汽车制造领域的应用非常广泛，应用较多的领域比如铸造汽车发动机的排气管上安装的增压器，目前，汽车增压器涡轮壳铸造常用的材料有球铁、中硅钼铸铁和高镍合金。
上述三种材料各自具有其优缺点：
球铁材料：球铁材料价格便宜，且球铁的硬度不高，容易进行精加工，但是球铁的耐热性较低，只有500-600℃，而柴油汽车发动机的排气温度在600℃以上，汽油汽车发动机的排气温度在900-1050℃，因而球铁铸造的增压器不能满足实际应用的需求。
中硅钼铸铁：中硅钼铸铁是指其中的硅元素和钼元素高于球铁中的硅元素和钼元素，这两种元素的含量的提高，使得其耐温性能比球铁要好，耐温可达750℃，但是硅和钼元素的脆性高，工作温度超过750℃会发生开裂现象，因此，用中硅钼铸铁铸造的汽车增压器涡轮壳，不能用在大功率汽油汽车发动机上，适用范围受到限制。
高镍合金：高镍合金中镍的含量高，提高了合金的硬度和耐热性能，满足了汽油汽车发动机高达900-1050℃的排气温度要求，但是，镍的价格昂贵，且增加镍元素的含量会提高合金的硬度，使得铸件加工困难。
1.4837不锈钢由于较低的含Ni量(10-13％)、较高的耐热稳定性以及适当的硬度的优点，被广泛用于高端涡轮壳上。但是，在采用1.4837不锈钢铸造涡轮壳时，由于其中含有较高含量的Cr，铸件凝固过程中晶界上会产生大量的Cr化物导致高温强度降低，在凝固收缩时受到砂型的阻碍导致铸件表面出现显微裂纹，严重影响了涡轮壳的正常安全使用。现有技术中为了解决这一问题通常采用的工艺措施是在熔炼过程加入钢水质量的1.5％的Nb来细化晶粒，这样分布在晶界上的Cr化物更加分散从而提高高温强度，可有效防止铸件显微裂纹的产生，但同时带来每kg铸件5.3元的成本增加，成本较高的缺点限制了其大规模应用及发展前景。
在铸造生产过程中型砂占有至关重要的作用，型砂的质量好坏直接影响铸件的报废率的高低，型砂的机械强度、热稳定性、流动性、可塑性、紧实率和透气性对铸件的质量有重要的影响，通过改善型砂的性能可以改善得到的铸件的性能。
发明内容
针对现有技术中采用1.4837不锈钢进行铸造得到的铸件表面出现显微裂纹以及现有技术中通过添加高含量(1.5％)的Nb防止产生显微裂纹导致成本增加的问题，本发明的目的之一在于提供一种减少铸件裂纹的型砂，采用本发明的型砂进行1.4837不锈钢铸造，可有效防止显微裂纹的产生，且熔炼过程中Nb的添加量小于钢水质量的0.6％，大大降低了成本。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和/或MgO。
优选地，所述型砂中原砂的重量份为100份。
优选地，所述型砂中树脂的重量份为2～6份，例如可为2份、2.5份、3份、4份、5份或6份等。
优选地，所述型砂中固化剂的重量份为0.2～1份，例如可为0.2份、0.4份、0.5份、0.8份或1份等。
优选地，Fe3O4和/或MgO的重量份为0.6～0.9份，例如可为0.6份、0.7份、0.8份或0.9份等。
本发明所述“Fe3O4和/或MgO”是指：可以是Fe3O4，也可以是MgO，还可以是Fe3O4和MgO的混合物。
本发明通过以Fe3O4和/或MgO作为添加剂，并调节添加剂、树脂以及固化剂的用量和配合关系，得到型砂，用该型砂进行1.4837不锈钢铸件，可使浇铸结束后砂子的软化时间提前，降低了铸件收缩的阻力，避免了铸件在凝固收缩过程中产生显微裂纹，熔炼过程中添加的Nb含量低至原砂质量的0.6％以下便可得到无显微裂纹、高质量的1.4837不锈钢铸件。
优选地，Fe3O4和/或MgO的粒度(或目数)为50～200目，例如可为50目、60目、70目、75目、80目、82目、85目、90目、100目、110目、120目、130目、150目、170目、180目或200目等，优选为100～200目，进一步优选为150-200目。
优选地，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为(0.5～5):1，例如可为0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、4:1、0.5:1、4.5:1或5:1等，优选为3:1。
优选地，所述原砂为硅砂、湖砂、锆砂、镁砂、橄榄石砂、宝珠砂、铬铁矿砂或刚玉砂中的任意一种或至少两种的混合物，所述原砂的混合物典型但非限制性实例有：硅砂与湖砂的混合物，硅砂与锆砂的混合物，湖砂、硅砂与镁砂的混合物，硅砂与橄榄石砂的混合物，湖砂、宝珠砂与铬铁矿砂的混合物，镁砂与刚玉砂的混合物，硅砂、锆砂与镁砂的混合物，硅砂、橄榄石砂与铬铁矿砂的混合物，硅砂、锆砂与刚玉砂的混合物，硅砂、锆砂、湖砂与铬铁矿砂的混合物等。
优选地，所述原砂中二氧化硅的质量百分含量在95～97％，例如可为95％、95.5％、96％或97％等。
优选地，所述原砂的粒度为80～150目，例如可为80目、100目、110目、120目、140目或150目等。
优选地，所述树脂为酚醛树脂，优选为线型酚醛树脂。
优选地，所述固化剂为异氰酸酯，优选为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯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：甲苯二异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，甲苯二异氰酸酯与1,6-己二异氰酸酯的混合物，甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与1,6-己二异氰酸酯的混合物等。
优选地，所述型砂还含有原料组分三乙胺，本发明所述三乙胺作为催化剂促进树脂、固化剂和添加剂之间的反应，提高反应速率。
本发明所述树脂和固化剂进行混合，即使在无催化剂三乙胺作用时，二者也可以发生聚合化学反应，只是反应速度相对于有三乙胺的条件下要慢。
作为本发明所述型砂的优选技术方案，一种减少铸件裂纹的型砂，按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和/或MgO。
作为本发明所述型砂的另一优选技术方案，一种减少铸件裂纹的型砂，按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和/或MgO。
本优选技术方案中，通过以Fe3O4和/或MgO的作为添加剂，并调节添加剂、树脂以及固化剂的用量和配合关系，得到型砂，用该型砂进行1.4837不锈钢铸造，在浇铸结束后砂子的软化时间提前，降低了对1.4837不锈钢铸件收缩的阻力，避免了铸件在凝固收缩过程产生显微裂纹，熔炼过程中添加的Nb含量低至钢水质量的0.55％以下便可得到无显微裂纹、高质量的1.4837不锈钢铸件。
作为本发明所述型砂的进一步优选技术方案，一种减少铸件裂纹的型砂，按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
本优选技术方案中，通过以Fe3O4和MgO的混合物作为添加剂，控制Fe3O4和MgO的质量比为3:1，并调节添加剂、树脂以及固化剂的用量和配合关系，得到型砂，用该型砂进行1.4837不锈钢铸造，在浇铸结束后砂子的软化时间提前，降低了对1.4837不锈钢铸件收缩的阻力，避免了铸件在凝固收缩过程产生显微裂纹，熔炼过程中添加的Nb含量低至钢水质量的0.5％以下便可得到无显微裂纹、高质量的1.4837不锈钢铸件。
本发明所述型砂通过如下方法制备得到：采用混砂机将本发明所述原砂、树脂、固化剂和添加剂进行混砂，在混砂过程中树脂和固化剂发生聚合化学反应得到聚合产物，该聚合产物和添加剂均匀地包覆在原砂砂粒的表面，可选地吹入三乙胺气体，包覆在原砂砂粒表面的液态树脂膜变成固态，得到型砂。
本发明的目的之二在于提供一种本发明所述型砂的用途，所述型砂用于涡轮壳铸造。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过以Fe3O4和/或MgO为添加剂，并调节添加剂、树脂以及固化剂的用量和配合关系，得到型砂，用该型砂进行1.4837不锈钢铸造，在浇铸结束后砂子的软化时间提前，降低了对铸件收缩的阻力，避免了铸件在凝固收缩过程产生显微裂纹，将熔炼过程中添加Nb的含量由现有技术中的型砂质量的1.5％降低到0.6％以下，得到的涡轮壳无显微裂纹产生，按目前工厂年产1.4837不锈钢涡轮壳60万件2400吨计，每年可节约成本762.3万元。
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
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.58％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
实施例2
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.56％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
实施例3
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.53％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
实施例4
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为0.5:1；所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，且二者的质量比为1:1。
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.49％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
实施例5
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为5:1。
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.47％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
实施例6
一种减少铸件裂纹的型砂，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
采用本实施例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.45％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳无显微裂纹。
对比例1
除不添加Fe3O4外，其他各组分的种类及含量与实施例1相同。
采用本对比例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.58％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳有显微裂纹。
对比例2
除不添加MgO外，其他各组分的种类及含量与实施例2相同。
采用本对比例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.56％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳有显微裂纹。
对比例3
除不添加Fe3O4和MgO的混合物作为添加剂外，其他各组分的种类及含量与实施例4相同。
采用本对比例所述型砂用于1.4837不锈钢涡轮壳生产，在熔炼过程中Nb的添加量为钢水质量的0.6％，生产出的1.4837不锈钢涡轮壳有显微裂纹。
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 (15)
1.一种减少铸件裂纹的型砂，其特征在于，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
2.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
3.根据权利要求2所述的型砂，其特征在于，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，所述添加剂为Fe3O4和MgO的混合物，且Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
4.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述Fe3O4和MgO的混合物的粒度为50～200目。
5.根据权利要求4所述的型砂，其特征在于，所述Fe3O4和MgO的混合物的粒度为100～200目。
6.根据权利要求5所述的型砂，其特征在于，所述Fe3O4和MgO的混合物的粒度为150～200目。
7.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述型砂按重量份计含有以下原料组分：
其中，Fe3O4和MgO的质量比为3:1。
8.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述原砂为硅砂、湖砂、锆砂、镁砂、橄榄石砂、宝珠砂、铬铁矿砂或刚玉砂中的任意一种或至少两种的混合物。
9.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述原砂中二氧化硅的质量百分含量在95～97％。
10.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述原砂的粒度为80～150目。
11.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂。
12.根据权利要求11所述的型砂，其特征在于，所述树脂为线型酚醛树脂。
13.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯中的任意一种或至少两种的混合物。
14.根据权利要求1所述的型砂，其特征在于，所述型砂还含有原料组分三乙胺。
15.如权利要求1-14任一项所述的型砂在制备涡轮壳铸件中的用途。
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