CN1063633A - 锰钢铸件用三元复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明的内容主要是针对锰钢铸件生产中常见 的重要缺陷之一——粘砂问题提出的一种三元复合 材料。它由钛渣(冶金废渣)40-70％，镁铬废砖砂 30-50％和镁砂5-15％组成，经过合理的粒度级复 合而成。它资源丰富，价格低，不粘砂，抗侵蚀，完全 克服了气孔、缩沉、麻坑及一氧化碳中毒等缺陷。另 外，这种材料高温受热后获得较好的物理工艺性能， 具有良好的耐火度和高温强度，可做耐火材料。

Description

本发明-锰钢铸件用三元复合材料，主要是针对锰钢铸件生产中常见的重要缺陷之一-粘砂问题提出的一项发明。

锰钢铸件粘砂，特别是化学粘砂是一种复杂的物理化学现象，在铸造条件下，往往是两种或两种以上机制共同作用的结果，使铸件表面质量降低，增加清理工时，恶化劳动环境。各国对铸件粘砂问题虽有几十年研究，但到目前为止还没有理想的解决方法。为克服粘砂缺陷，国外用于铸造高锰钢的原砂主要有橄榄石砂、铬铁矿砂;国内常用的原辅材料有：石英砂、石灰石砂、橄榄石砂、镁砂涂料、铝钒土涂料等，这些造型材料不理想的原因是：

橄榄石砂中的Fe₂SiO₄以及铬铁矿中的FeCr₂O₄均可与MnO发生一定程度的反应，生成Mn₂SiO₄和MnCr₂O₄，造成铸件表面粗糙，尽管如此，在目前没有更好的替代材料的情况下，橄榄石砂和铬铁矿砂仍是国外铸造行业首选的锰钢铸件用造型材料，这两种材料资源较丰富的国家和地区是：斯堪的那维亚半岛、日本有丰富的橄榄石砂资源;南非、苏联的铬铁矿砂储量很大。但我国橄榄石砂、铬铁矿砂的资源有限，价格较高，并不常用。我国大量使用的是：石英砂、石灰石砂、镁砂涂料、铝钒土涂料等，但这些材料都不同程度地存在问题：石英砂属酸性材料与MnO强烈反应引起严重粘砂，做锰钢铸件的型砂不理想;铝钒土为中性物质，防粘效果也不明显;镁砂、石灰石砂属强碱性原砂，不与MnO反应，但镁砂属高温无固相烧结材料，因此高温强度低，涂料需加入较多的高温粘结剂，否则会造成涂层冲蚀，防粘砂效果不尽理想，小件粗糙（Ra25-50左右），大件亦有粘砂现象;石灰石砂由于发气量大，易使铸件产生气孔，缩沉，麻坑等缺陷，还可能出现CO中毒问题。目前有少数厂家亦使用橄榄石砂，效果好，铸件表面可达Ra50左右，无粘砂，但清砂困难，且资源有限，价格较高，难以推广利用。到目前为止，我国还没有适合于锰钢铸件的较为理想的造型材料。锰钢铸件广泛应用于矿山、建材、水泥、军事、工程机械及农机等需要耐磨零件的机械产品中，我国年需求量大于50多万吨。到目前为止，我国还没有适合于锰钢铸件的较为理想的造型材料。

本发明的目的在于结合我国国情，研究开发一种资源广、成本低，高温性质稳定的特种造型材料，减少粘砂，提高锰钢铸件的外观质量，同时本发明也可用作耐火材料。

本发明的内容：三元复合材料主要是由钛渣（冶金废渣）40-70%、镁铬废砖砂30-50%和镁砂5-15%组成，经过合理的粒度级配复合而成。

三元复合造型材料配制：

三元复合砂的配制：

将钛渣、镁铬废砖、镁砂分别破碎筛分至50/100目，100/200目和70/140目，按比例混合配制成三元复合砂，这种砂可用各种铸造用粘结剂粘结，按常规造型，制芯方法即可用于铸造生产。

三元复合涂料的配制：

将钛渣、镁铬废砖、镁砂分别破碎筛分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例混合，将这种复合粉料作为骨料，按下列配方（重量%）即可制得锰钢铸件用涂料：

复合粉料（骨料）  60-70%;

甲阶酚醛树脂  1-3%;

PVB  0-0.5%;

锂膨润土  1-3%;

酒精  余量

不论是三元复合砂还是三元复合涂料的骨料统称为三元复合材料。

三元复合造型材料的化学成分（重量%）如下：

AI₂O₃30-50

MgO  20-30

Cr₂O₃5-10

TiO₂5-10

CaO  5-10

SiO₂等其它杂质

三元复合材料在受到铸件散发的热量加热之后，其矿物组成发生了显著变化。在三元复合砂中生成30-40%的尖晶石（MgAI_1.5Cr_0.5O₄），在三元复合涂料中三种原材料经分解、化合和固溶作用已基本完全转变为尖晶石为主相的材料。其矿物组成如下（体积%）：

尖晶石  80-90

钙钛矿  5-10

方镁石  0-5

硅酸盐杂质  3-5

由上述矿物组成可见，三元复合骨料已由三种原材料的机械混合物变成了以易固相烧结的高熔点尖晶石为主相的接近单相的材料，显微组织得到显著改善。

附图为三元复合粉料受热后的显微组织（其中，图1为光片、单偏光，560×;图2为薄片、单偏光，280×。图中：A-尖晶石、B-钙钛矿、C-方镁石、D-孔隙、E-硅酸盐杂质）。主晶相为不与MnO反应的MgAI_1.5Cr_0.5O₄，次晶相为CaTiO₃和MgO，主次晶相为直接结合，Fe、Ti、Mn等杂质溶于尖晶石内部，硅酸盐相呈孤岛形式分布，从而其物理工艺性能较好。

本发明三元复合造型材料在受热后形成了高熔点，易烧结的尖晶石型造型材料，从而获得较好的物理工艺性能，具有良好的耐火度和高温强度，适中的烧结点，耐火度可达1900℃以上，烧结点1300℃左右，高温抗压强度接近于铬铁矿砂的水平。同时其显微组织理想，主次晶相基本上为直接结合，抗碱性渣侵蚀能力强，高温强度大，因此也可以用作耐火材料。

本发明三元复合造型材料与现有技术相比，具有如下优点：

1、与铬铁矿砂和橄榄石砂相比，三元复合砂原材料资源丰富，价格较低，使用效果好，因为其高温时有更理想的显微组织和物理工艺性能，碱度大，不与MnO反应，所以抗碱性渣侵蚀能力强。

2、与镁砂相比，镁砂由于无高温固相烧结性能，故得到的铸件表面粗糙，且镁砂易水化，配涂料时需加入高温粘结剂，增加工序费时费力。

3、与石灰石砂相比，三元复合材料完全克服了气孔、缩沉、麻坑、CO中毒等缺陷。

4、与铝钒土涂料相比，三元复合砂涂料比铝钒土涂料成本低，提高铸件表面质量效果显著，表面粗糙度降低2级以上。

用几种涂料浇注高锰钢铸件的结果（石英砂型）

涂料名称     三元复合涂料    镁砂涂料    S2砂涂料    铝钒土涂料
					GBR2(μm)      6.3-25       25-50       50-100       100－800

由上表可知采用三元复合涂料浇注的铸件（如轮箍、衬板、锤头、齿板等，重量75-1100Kg，壁厚50-160mm）表面光洁，无粘砂，表面粗糙度可达GBRa12.5-25μm，局部可达GBRa6.3，比用镁砂涂料的表面粗糙度至少降低一级，比采用铝钒土涂料的表面粗糙度降低二级以上。

本发明三元复合造型材料不管作特种砂还是涂料，它与传统的天然特种原砂，如铬铁矿砂、橄榄石砂、镁砂和石灰石砂等相比，资源丰富，价格低廉，加热后的显微组织理想，物理工艺性能如耐火度、烧结点、高温强度等较好，固相烧结作用显著，有较强的抗碱性渣侵蚀能力等特点，是一种实用的优良的抗粘砂特种造型材料。

实施例1：三元材料配比为钛渣粉65%，镁砂粉15%，镁铬砂粉20%。用这种混合粉料配制的涂料浇注锰钢铸件（颚式破碎机活动齿板、尺寸1481×96×190，壁厚100mm，重量1100Kg）表面粗糙度为Ra12.5-25μm，对涂料壳进行分析，其矿物组成为尖晶石，另有少量钙钛矿。

实施例2：用例3中的复合涂料，浇注了共500多吨衬板、锤头、轮箍、齿板等锰钢铸件重量75-1100Kg，壁厚50-160mm，结果表明铸件表面光洁，无粘砂。

实施例3：三元复合砂配比为：60%钛渣砂、30%镁铬砂、10%镁砂，以三元复合砂为100%再配以7-9%的水玻璃浇注各种规格的高锰钢铸件（重量650-900Kg，壁厚60-100mm），并与橄榄石砂进行对比试验，结果用橄榄石砂浇注的铸件表面粗糙度为Ra50-100μm，用三元复合砂浇注的铸件粗糙度为Ra25-50μm，比用橄榄石砂浇注的铸件降低一级。

Claims (5)

1、一种锰钢铸件用复合材料，其特征是：它是由钛渣(冶金废渣)砂40-70%、镁铬废砖砂30-50%和镁砂5-15%组成，经过合理的粒度级配复合而成，三元复合砂的配制：将钛渣砂、镁铬废砖、镁砂分别粉碎筛分至50/100目、100/200目和70/140目，按比例混合配制成三元复合砂。

2、一种三元复合涂料，其特征是：将钛渣、镁铬废砖、镁砂分别破碎筛分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例40-70%∶30-50%∶5-15%混合，将这种复合材料作为骨料按下列配方（重量%）制成锰钢铸件用涂料：

复合粉料  60-70%

甲阶酚醛树脂  1-3%

PVB  0-0.5%

锂膨润土  1-3%

酒精  余量

3、根据权利要求1、2所述的三元复合砂材料，其特征是：在铸造生产中三元复合涂料受到铸件散发的热量加热后，产生了具有优良抗粘砂性能的如下矿物组成：

尖晶石（MgAI_1.5Cr_0.5O₄） 80-90

钙钛矿  5-10

方镁石  0-5

硅酸盐等杂质  3-5

4、根据权利要求1、2所述的三元复合材料，其特征是：在铸造生产中三元复合砂受到铸件散发的热量加热后，产生了具有优良抗粘砂性的30-40%的尖晶石（MgAI_1.5Cr_0.5O₄）。

5、一种三元复合材料，其特征是：它是由钛渣砂40-70%、镁铬废砖砂30-50%和镁砂5-15%组成可用作耐火材料。

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