CN106699183A - 复合石墨冷铁材料、复合石墨冷铁的制作方法及复合石墨冷铁 - Google Patents

复合石墨冷铁材料、复合石墨冷铁的制作方法及复合石墨冷铁 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合石墨冷铁材料、复合石墨冷铁的制作方法及复合石墨冷铁，现有冷铁易产生热节转移，本发明用导热率较低的耐火粘土与石墨复合在一起制成复合石墨冷铁，降低复合石墨冷铁的激冷能力，有效避免产生热节转移现象。

Description

复合石墨冷铁材料、复合石墨冷铁的制作方法及复合石墨 冷铁
技术领域
本发明属于铸造技术，具体是一种复合石墨冷铁材料及复合石墨冷铁的制作方法，其目的是消除“热节”及“热节转移”的现象。
背景技术
在铸造技术中，冷铁是指为了增加铸件局部的冷却速度，在砂型、砂芯表面或型腔中安放的金属物或其他激冷物。使用冷铁来调整铸件在凝固过程的温度场，增加铸件在冷铁部位的冷却速度，防止铸件产生缩孔、缩松等铸造缺陷，是铸造技术和铸造生产中常见的一种方法。制作冷铁常用的材料有铸铁和石墨，也就是说，常用的冷铁有铸铁冷铁和石墨冷铁。
在实际生产中使用冷铁时会遇到这样一个问题，由于冷铁的激冷作用太强，形成了“热节转移”的现象。所谓热节，是指在铸件凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。它是由于铸件结构上的因素，比如壁厚不同，或散热速度不同等，造成铸件上的某些区域比周围的区域拥有更多的需要散发的热量以及在凝固时相对较高的温度，从而在该区域形成了热节。也可以说，在铸件上放置冷铁的主要目的就是通过冷铁较好的吸热和传热作用来消除热节。但是，如果放置的冷铁太大，冷铁的作用太强，虽然消除了热节，由于铸件放置冷铁位置的部位冷却太快，就可能出现冷铁周围部位的温度明显高于冷铁部位的温度，在这些温度明显较高的部位出现新的热节，即出现“热节转移”的现象。在铸件凝固之后，转移的热节位置就可能形成缩孔、缩松等铸造缺陷。在风电铸件类的高端球墨铸铁件的生产中，由于对铸件的缩孔、缩松缺陷有严格的要求，热节转移带来的问题显得更为严重。原则上说，可以通过减小、减薄冷铁，降低冷铁的激冷能力来避免出现热节转移。但是，减小、减薄冷铁是受到限制的，不可能任意地减小、减薄。冷铁小到一定程度后，对铸铁冷铁来说，因其熔点较低，可能与铸件发生融合粘连，影响到铸件的表面质量；对石墨冷铁来说，虽然其熔点较高，但其强度较低，就可能在使用过程中发现碎裂，影响冷铁的使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有冷铁易产生热节转移的缺陷，提供一种复合石墨冷铁材料、复合石墨冷铁的制作方法及复合石墨冷铁。
为达到上述目的，本发明的复合石墨冷铁材料，其特征是由以下组分组成：
粒度为200目、质量百分比含量为10％-30％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为40％-60％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为5％-10％的石墨碎；
质量百分比含量为20％-25％的中温沥青；
以上各组分的质量百分比含量之和为100％。
作为本发明复合石墨冷铁材料的优选技术手段：耐火粘土熟料的质量百分比含量为12-25%。
作为本发明复合石墨冷铁材料的优选技术手段：所述的石墨碎为在加工石墨过程中产生的石墨碎块、碎屑。
为达到上述目的，本发明的复合石墨冷铁的制作方法的一种方案是包括以下步骤：
（1）按本发明的复合石墨冷铁材料的组分及含量进行配料，均匀混合，其中的石油焦须经过煅烧；
（2）将步骤（1）的复合石墨冷铁材料混捏、挤压成型为冷铁板料；
（3）将步骤（2）挤压成型的冷铁坯料在1300±10℃的温度下焙烧，令冷铁坯料中的灰分挥发，形成焙烧品；
（4）石墨化处理；
（5）切割成型为复合石墨冷铁。
为达到上述目的，本发明的复合石墨冷铁的制作方法的另一种方案是包括以下步骤：
（1）将厚度为10-15mm的耐火制品薄板切割成与厚度为20-200mm的石墨冷铁同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为2.5-3.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在100℃-200℃下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板和石墨冷铁粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
为达到上述目的，本发明的复合石墨冷铁，其特征是：在平板状石墨冷铁的一侧复合一层作为冷铁工作面的平板状耐火制品薄板。
作为本发明复合石墨冷铁的优选技术手段：所述的耐火制品薄板的厚度为10-15mm。
作为本发明复合石墨冷铁的优选技术手段：所述石墨冷铁的厚度为20-200mm。
作为本发明复合石墨冷铁的优选技术手段：所述石墨冷铁与耐火制品薄板通过二者之间的水玻璃粘结层复合在一起。
本发明用导热率较低的耐火粘土与石墨复合在一起制成复合石墨冷铁，降低复合石墨冷铁的激冷能力，有效避免产生热节转移现象。
附图说明
图1为本发明复合石墨冷铁的一种结构示意图；
图中标号说明：1-耐火制品薄板，2-水玻璃粘结层，3-石墨冷铁。
具体实施方式
实施例1
（1）按照以下组分及含量进行配料成为复合石墨冷铁材料，均匀混合：
粒度为200目、质量百分比含量为10％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为58％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为9％的石墨碎；
质量百分比含量为23％的中温沥青作结合剂（软化点为65～90℃的沥青为中温沥青）；
其中的石油焦须经过煅烧，煅烧如用回转窑在1260℃-1350℃的温度下，将石油焦煅烧30-60分钟；
（2）将步骤（1）的复合石墨冷铁材料混捏、挤压成型为冷铁板料；混捏如用双轴搅拌混捏机在110℃-150℃的温度下，混捏40-60分钟）；挤压成型如将混捏好的糊料冷却到100℃以下后，用卧式水压机在15兆帕的压力下进行1-3分钟的预压，再用15-23兆帕的压力进行挤压成型，并立即将成型后的板料在低于30℃的水中冷却3小时左右；
（3）将步骤（2）挤压成型的冷铁坯料置于焙烧炉中在1300±10℃的温度下焙烧，令冷铁坯料中的挥发分挥发，形成焙烧品；
（4）石墨化处理，用直流石墨化炉，将焙烧品装炉后供电，升温到2600℃以上，保温12-14小时，完成石墨化处理；
（5）切割成型为复合石墨冷铁。
经测试，在常温下该复合石墨冷铁的导热率为95W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例2
按照实施例1的方法，仅将复合石墨冷铁材料各组分的含量调整为：
粒度为200目、质量百分比含量为12％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为57％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为10％的石墨碎；
质量百分比含量为21％的中温沥青。
制得的复合石墨冷铁的导热率为90W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例3
按照实施例1的方法，仅将复合石墨冷铁材料各组分的含量调整为：
粒度为200目、质量百分比含量为18％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为51％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为9％的石墨碎；
质量百分比含量为22％的中温沥青。
制得的复合石墨冷铁的导热率为75W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例4
按照实施例1的方法，仅将复合石墨冷铁材料各组分的含量调整为：
粒度为200目、质量百分比含量为25％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为45％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为5％的石墨碎；
质量百分比含量为25％的中温沥青。
制得的复合石墨冷铁的导热率为50W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例5
按照实施例1的方法，仅将复合石墨冷铁材料各组分的含量调整为：
粒度为200目、质量百分比含量为30％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为42％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为8％的石墨碎；
质量百分比含量为20％的中温沥青。
制得的复合石墨冷铁的导热率为35W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
经实际使用，耐火粘土熟料的质量百分比含量为12-25%时效果更佳。
实施例6
（1）将厚度为10mm的粘土质（耐火粘土熟料）耐火制品薄板1切割成与厚度为20mm的石墨冷铁3同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为2.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层2，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在110±10℃的温度下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板1和石墨冷铁3粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
制得的复合石墨冷铁的导热率为85W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例7
（1）将厚度为10mm的粘土质（耐火粘土熟料）耐火制品薄板1切割成与厚度为50mm的石墨冷铁3同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为2.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层2，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在110±10℃的温度下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板1和石墨冷铁3粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
制得的复合石墨冷铁的导热率为80W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例8
（1）将厚度为12mm的粘土质（耐火粘土熟料）耐火制品薄板切割成与厚度为60mm的石墨冷铁同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为3.0的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在150±10℃的温度下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板和石墨冷铁粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
制得的复合石墨冷铁的导热率为35W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例9
（1）将厚度为15mm的粘土质（耐火粘土熟料）耐火制品薄板切割成与厚度为80 mm的石墨冷铁同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为3.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在190±10℃的温度下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板和石墨冷铁粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
制得的复合石墨冷铁的导热率为15W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
实施例10
（1）将厚度为15mm的粘土质（耐火粘土熟料）耐火制品薄板切割成与厚度为200mm的石墨冷铁同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为3.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在190±10℃的温度下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板和石墨冷铁粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
制得的复合石墨冷铁的导热率为10W/(m•K)左右；而在常温下，普通石墨板的导热率大约为110-140W/(m•K)。
铸造生产中使用的石墨冷铁大部分是工作面（冷铁与铸件接触的表面）为平面的石墨冷铁，因此，实施例6-8适于制作这种冷铁。
依据实施例6-10的制作方法制得的复合石墨冷铁是：在平板状石墨冷铁的一侧复合一层作为冷铁工作面的平板状耐火制品薄板。耐火制品薄板的厚度为10-15mm。石墨冷铁的厚度为20-200mm。石墨冷铁与耐火制品薄板通过二者之间的水玻璃粘结层复合在一起。水玻璃粘结层用模数为2.5-3.5的水玻璃做粘结剂构成。
选用石墨材料来制作冷铁，就是因为石墨的导热率比较高。因此，本发明通过用导热率较低的耐火粘土与石墨复合在一起制成复合石墨冷铁来降低冷铁的导热率，以此降低冷铁的激冷能力。

Claims (9)

1.复合石墨冷铁材料，其特征是由以下组分组成：
粒度为200目、质量百分比含量为10％-30％的耐火粘土熟料；
粒度≤4mm、质量百分比含量为40％-60％的石油焦；
粒度≤4mm、质量百分比含量为5％-10％的石墨碎；
质量百分比含量为20％-25％的中温沥青；
以上各组分的质量百分比含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁材料，其特征是：耐火粘土熟料的质量百分比含量为12-25%。
3.根据权利要求1所述的复合石墨冷铁材料，其特征是：所述的石墨碎为在加工石墨过程中产生的石墨碎块、碎屑。
4.复合石墨冷铁的制作方法，其特征是包括以下步骤：
（1）按权利要求1或2所述的复合石墨冷铁材料的组分及含量进行配料，均匀混合，其中的石油焦须经过煅烧；
（2）将步骤（1）的复合石墨冷铁材料混捏、挤压成型为冷铁板料；
（3）将步骤（2）挤压成型的冷铁坯料在1300±10℃的温度下焙烧，令冷铁坯料中的灰分挥发，形成焙烧品；
（4）石墨化处理；
（5）切割成型为复合石墨冷铁。
5.复合石墨冷铁的制作方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将厚度为10-15mm的耐火制品薄板切割成与厚度为20-200mm的石墨冷铁同样大小的外形尺寸；
（2）用模数为2.5-3.5的水玻璃做粘结剂，涂抹在耐火制品薄板的一侧形成一个水玻璃粘结层，将耐火制品薄板粘结在石墨冷铁的工作面上，周边要对整齐，得复合板；
（3）在100℃-200℃下复合板烘干，使水玻璃固化，把耐火制品薄板和石墨冷铁（3）粘合到一起，形成耐火制品薄板作为冷铁工作面的复合石墨冷铁。
6.复合石墨冷铁，其特征是：在平板状石墨冷铁（3）的一侧复合一层作为冷铁工作面的平板状耐火制品薄板（1）。
7.根据权利要求6所述的复合石墨冷铁，其特征是：所述的耐火制品薄板（1）的厚度为10-15mm。
8.根据权利要求6所述的复合石墨冷铁，其特征是：所述石墨冷铁（3）的厚度为20-200mm。
9.根据权利要求6所述的复合石墨冷铁，其特征是：所述石墨冷铁（3）与耐火制品薄板（1）通过二者之间的水玻璃粘结层（2）复合在一起。
CN201611234405.7A 2016-12-28 2016-12-28 复合石墨冷铁的制作方法 Active CN106699183B (zh)

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