CN107498003A - 一种轻质耐磨钢铸件的加工方法 - Google Patents

一种轻质耐磨钢铸件的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质耐磨钢铸件的加工方法，其特征在于，包括以下方面：（1）蜡模制作，将石蜡在87‑92℃温度下熔为液态后浇灌至模具中；（2）铸壳，将高领土、高铝粉、石英粉等混合后制得型壳模料，经涂层、烘干、脱蜡、煅烧后制得型壳模具；（3）熔钢，分别加入炭化粉和碳化硅、铬粉和稀土粉、铝粉和二氧化硅粉，进行高温冶炼；（4）浇注，钢水浇注后分别按照20℃/min和8℃/min降温速度降温处理；（5）打磨检验：对钢铸件进行打磨和质量检查，合格后入库。本发明方法所制得的铸件，具有铸件不良比例低，铸件的抗压力强度高、耐磨性好、收缩率低等特点，并且同时具有较好的可焊性和抗氧化性。

Description

一种轻质耐磨钢铸件的加工方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种轻质耐磨钢铸件的加工方法。
背景技术
合金钢，是指钢中除含有铁、碳外，并且加入了锰、铬、镍等合金元素，可根据要求和铸件性质，调整加入合金元素种类和比例，经冶炼和铸造后可获得具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能铸件，从而达到铸件的功能性要求。由于失蜡熔铸法具有高精密性，其广泛应用于高精密、结构复杂的核心部件铸造中，而核心部件在机械中所处环境温度高、强度大、易磨损，所需钢制材料具有良好的耐高温性、抗压力强度大、耐磨损、收缩率小等技术特点。而目前加工铸造中所用合金钢材料，其抗压力强度和轻质属性难以平衡，保持钢材的较强抗压力强度，会导致轻质性下降，而提高轻质性其抗压力强度会迅速下降，并且耐磨性和收缩率等加工性能方面，也存在性能提升空间有限；而在炼钢时直接将多种合金及其他成分直接加入钢水中冶炼，由于各成分属性及炼制温度不同，导致炼制成分在钢结构中出现分布不均匀、结合状态不充分等问题，限制了添加成分对钢铸件功能性提高；而且铸件中浇灌钢水冷却速度过快或过慢，均会导致铸件内部结构不紧密，铸件的抗压力强度、耐磨性及收缩率等功能性出现缺陷。
发明内容
本发明针对现有的问题：铸件技术要求，主要用于核心部件的铸造加工，所需钢制材料需要较好的耐高温性、抗压力强度和耐磨性；而在合金钢材料加工中，抗压力强度和轻质性属性难以平衡，提高轻质属性，会对钢材的抗压力强度、耐高温性、耐磨性等功能属性造成较大影响。加工技术方法，直接将多种合金成分加入钢水冶炼，各成分化学属性和炼制温度不同，会造成炼制成分分布不均匀、结合状态不充分等问题，铸件功能性较差；而在钢水冷却速度过快或过低，均会导致铸件内部结构不紧密，铸件出现抗压力强度低、耐磨性差和收缩率大等问题。为解决上述问题，本发明提供了一种轻质耐磨钢铸件的加工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种轻质耐磨钢铸件的加工方法，包括以下步骤：
（1）蜡模制作：将石蜡在87-92℃温度下熔为液态后浇灌至模具中，制得蜡模；
（2）铸壳：按照质量计份称取高领土42-47份、高铝粉12-17份、石英粉10-15份、氧化镁粉5-8份、氧化钼粉1-3份，混合后加入水经高温搅拌至形成稀胶状物，制得型壳模料，在蜡模表面反复涂层5-6次，经低温烘干、脱蜡处理及煅烧后制得型壳模具，其具有耐高温、形变率低、表面光滑、铸件不良率低等特点，提高型壳模具的加工性能；
（3）熔钢：将粗钢加入至炼钢炉中在1270-1320℃条件下煅烧1-2h，先加入粗钢质量1%-2%的炭化粉和其质量2%-3%的碳化硅粉，具有较强的氧化和还原性能，可除去粗钢中的杂质成分，高氧通入条件下炼制3-4h，再将温度提高至1520-1630℃，加入粗钢质量0.4%-0.5%的铬粉和其质量0.1%-0.2%的稀土粉，可改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，提高冶炼后钢材强度、硬度和耐磨性，炼制2-3h，然后再加入粗钢质量1%-2%的铝粉和其质量0.2%-0.4%的二氧化钛粉，可促进钢材内部组织紧密，细化晶粒力，形成结构紧密、轻质钢材料，并可提高铸件的焊接性能，在1040-1170℃条件下炼制1-2h，制得炼制钢水；
（4）浇注：将炼制钢水进行保温处理，并向型壳模具中浇注，进行降温冷却，温度至500℃前降温速度为20℃/min，可促进钢水冷却过程中内部形成稳定结合状态，从500℃至200℃降温速度为8℃/min，防止温度降低过大表面被氧化腐蚀，并降低收缩率变化过大导致铸件内部出现的损伤，冷却后制得轻质耐磨钢铸件；
（5）打磨检验：对钢铸件进行打磨和质量检查，合格后入库。
步骤（1）所述的低温烘干，其温度为34-39℃，时间30-35min；所述的脱蜡处理，其温度为85-90℃，时间28-32min；所述的煅烧，其温度为950-1000℃，时间为2-3h。
步骤（4）所述的保温处理，其温度为840-870℃，时间1-2h。
本发明相比现有技术具有以下优点：铸壳方法，以高领土作为主要型壳模具成分，高领土焙烧后可形成光滑、细腻、耐高温基层，可降低铸件的外观不良，提高浇注温度和改善钢水内部结构，而加入铝粉、氧化镁粉和氧化钼粉，可提高高领土内部结构质密性，降低型壳模具在高温浇注时出现形变、收缩率大，导致铸造件外观技术要求和精密度不达标。熔钢冶炼方法，向粗钢中加入炭化粉和碳化硅粉，其具有较强得氧化性和还原性，在1270-1320℃温度和高氧条件下可除去粗钢中的杂质成分，提高铸件的弹性、抗腐蚀性和抗氧化性，提高温度加入铬和稀土粉进行冶炼，可改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，提高冶炼后钢材强度、硬度和耐磨性，其中铝和二氧化钛，冶炼中可促进钢材内部组织紧密，细化晶粒力，形成结构紧密、轻质钢材料，并可提高铸件的焊接性能。浇注方法，将冶炼后钢水进行保温处理，在相对稳定的保温温度条件下，钢水中铁、铬、镧等元素成分进一步相互融合，内部形成更为紧密的结构，提高钢材的加工功能性；至500℃降温速度为20℃/min，可促进钢水冷却过程中内部形成稳定结合状态，提高钢材的抗压力强度、耐磨性和抗氧化性等，至200℃降温速度为8℃/min，可防止温度降低过大表面被氧化腐蚀，并降低收缩率变化过大导致铸件内部出现的损伤。
具体实施方式
实施例1：
一种轻质耐磨钢铸件的加工方法，包括以下步骤：
（1）蜡模制作：将石蜡在89℃温度下熔为液态后浇灌至模具中，制得蜡模；
（2）铸壳：按照质量计份称取高领土43份、高铝粉13份、石英粉12份、氧化镁粉6份、氧化钼粉1.7份，混合后加入水经高温搅拌至形成稀胶状物，制得型壳模料，在蜡模表面反复涂层5次，经低温烘干、脱蜡处理及煅烧后制得型壳模具，其具有耐高温、形变率低、表面光滑、铸件不良率低等特点，提高型壳模具的加工性能；
（3）熔钢：将粗钢加入至炼钢炉中在1290℃条件下煅烧1.5h，先加入粗钢质量1.3%的炭化粉和其质量2.4%的碳化硅粉，具有较强的氧化和还原性能，可除去粗钢中的杂质成分，高氧通入条件下炼制3.5h，再将温度提高至1560℃，加入粗钢质量0.42%的铬粉和其质量0.14%的稀土粉，可改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，提高冶炼后钢材强度、硬度和耐磨性，炼制2.5h，然后再加入粗钢质量1.3%的铝粉和其质量0.28%的二氧化钛粉，可促进钢材内部组织紧密，细化晶粒力，形成结构紧密、轻质钢材料，并可提高铸件的焊接性能，在1070℃条件下炼制1.5h，制得炼制钢水；
（4）浇注：将炼制钢水进行保温处理，并向型壳模具中浇注，进行降温冷却，温度至500℃前降温速度为20℃/min，可促进钢水冷却过程中内部形成稳定结合状态，从500℃至200℃降温速度为8℃/min，防止温度降低过大表面被氧化腐蚀，并降低收缩率变化过大导致铸件内部出现的损伤，冷却后制得轻质耐磨钢铸件；
（5）打磨检验：对钢铸件进行打磨和质量检查，合格后入库。
步骤（1）所述的低温烘干，其温度为35℃，时间32min；所述的脱蜡处理，其温度为86℃，时间29min；所述的煅烧，其温度为960℃，时间为2.5h。
步骤（4）所述的保温处理，其温度为850℃，时间1.5h。
实施例2：
（1）蜡模制作：将石蜡在91℃温度下熔为液态后浇灌至模具中，制得蜡模；
（2）铸壳：按照质量计份称取高领土45份、高铝粉15份、石英粉13份、氧化镁粉7.5份、氧化钼粉2.6份，混合后加入水经高温搅拌至形成稀胶状物，制得型壳模料，在蜡模表面反复涂层6次，经低温烘干、脱蜡处理及煅烧后制得型壳模具，其具有耐高温、形变率低、表面光滑、铸件不良率低等特点，提高型壳模具的加工性能；
（3）熔钢：将粗钢加入至炼钢炉中在1310℃条件下煅烧2h，先加入粗钢质量1.8%的炭化粉和其质量2.9%的碳化硅粉，具有较强的氧化和还原性能，可除去粗钢中的杂质成分，高氧通入条件下炼制4h，再将温度提高至1590℃，加入粗钢质量0.48%的铬粉和其质量0.16%的稀土粉，可改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，提高冶炼后钢材强度、硬度和耐磨性，炼制3h，然后再加入粗钢质量1.8%的铝粉和其质量0.34%的二氧化钛粉，可促进钢材内部组织紧密，细化晶粒力，形成结构紧密、轻质钢材料，并可提高铸件的焊接性能，在1080℃条件下炼制2h，制得炼制钢水；
（4）浇注：将炼制钢水进行保温处理，并向型壳模具中浇注，进行降温冷却，温度至500℃前降温速度为20℃/min，可促进钢水冷却过程中内部形成稳定结合状态，从500℃至200℃降温速度为8℃/min，防止温度降低过大表面被氧化腐蚀，并降低收缩率变化过大导致铸件内部出现的损伤，冷却后制得轻质耐磨钢铸件；
（5）打磨检验：对钢铸件进行打磨和质量检查，合格后入库。
步骤（1）所述的低温烘干，其温度为38℃，时间34min；所述的脱蜡处理，其温度为89℃，时间31min；所述的煅烧，其温度为980℃，时间为3h。
步骤（4）所述的保温处理，其温度为860℃，时间2h。
对比1：
本对比1与实施例1比较，未进行步骤（2）中型壳模料的使用，其他步骤与实施例1相同。
对比2：
本对比2与实施例1比较，未进行步骤（3）中熔钢方法，其他步骤与实施例1相同。
对比3：
本对比3与实施例2比较，未进行步骤（4）中降温方法，其他步骤与实施例2相同。
对照组：
对照组冶炼时合金成分一次性加入，未使用型壳模料、熔钢方法和降温方法。
对实施例1、实施例2、对比1、对比2、对比3及对照组实验方案，统计铸件不良率、抗压力强度和耐磨性进行比较；其中抗压力强度和耐磨性均为测试1cm厚钢板。
耐磨性：使用锉刀锉伤钢板深度0.1cm时，锉刀使用次数。
实验数据：
项目 铸件不良率% 抗压力强度Mpa 耐磨性 次
实施例1 0.35% 617 213
实施例2 0.32% 613 210
对比1 1.32% 590 202
对比2 0.78% 536 177
对比3 0.63% 559 191
对照组 2.19% 451 141
综合结果：本发明方法所制得的铸件，具有铸件不良比例低，铸件的抗压力强度高、耐磨性好、收缩率低等特点，并且同时具有较好的可焊性和抗氧化性，达到相同机械强度，重量可降低12.8%。使用型壳模料，铸件不良比例下降0.97%；而使用熔钢方法和降温方法，铸件不良率分别下降0.43%、0.31%，抗压力强度提高81MPa、54MPa，耐磨性提高36次、19次。

Claims (3)

1.一种轻质耐磨钢铸件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）蜡模制作：将石蜡在87-92℃温度下熔为液态后浇灌至模具中，制得蜡模；
（2）铸壳：按照质量计份称取高领土42-47份、高铝粉12-17份、石英粉10-15份、氧化镁粉5-8份、氧化钼粉1-3份，混合后加入水经高温搅拌至形成稀胶状物，制得型壳模料，在蜡模表面反复涂层5-6次，经低温烘干、脱蜡处理及煅烧后制得型壳模具；
（3）熔钢：将粗钢加入至炼钢炉中在1270-1320℃条件下煅烧1-2h，先加入粗钢质量1%-2%的炭化粉和其质量2%-3%的碳化硅粉，高氧通入条件下炼制3-4h，再将温度提高至1520-1630℃，加入粗钢质量0.4%-0.5%的铬粉和其质量0.1%-0.2%的稀土粉，炼制2-3h，然后再加入粗钢质量1%-2%的铝粉和其质量0.2%-0.4%的二氧化钛粉，在1040-1170℃条件下炼制1-2h，制得炼制钢水；
（4）浇注：将炼制钢水进行保温处理，并向型壳模具中浇注，进行降温冷却，温度至500℃前降温速度为20℃/min，从500℃至200℃降温速度为8℃/min，冷却后制得轻质耐磨钢铸件；
（5）打磨检验：对钢铸件进行打磨和质量检查，合格后入库。
2.如权利要求1所述轻质耐磨钢铸件的加工方法，其特征在于，步骤（1）所述的低温烘干，其温度为34-39℃，时间30-35min；所述的脱蜡处理，其温度为85-90℃，时间28-32min；所述的煅烧，其温度为950-1000℃，时间为2-3h。
3.如权利要求1所述轻质耐磨钢铸件的加工方法，其特征在于，步骤（4）所述的保温处理，其温度为840-870℃，时间1-2h。
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