CN108971417B - 一种铸钢件用冷铁的覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铸钢件用冷铁的覆膜砂及其制备方法，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂、酚醛树脂、固化剂、润滑剂和偶联剂。本发明的铸钢件用冷铁的覆膜砂，用于加快铸件的冷却，起到激冷的作用，利用本发明制备的覆膜砂冷铁表面光洁度高，可直接用于冷铁使用，不存在表面氧化，避免铸件渣孔缺陷，减少了涂料浸涂，避免了涂料中水分因为排除不干净造成铸件气孔的缺陷，覆膜砂冷铁在高温下溃散，不会和铸件黏在一起。

Description

一种铸钢件用冷铁的覆膜砂及其制备方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种铸钢件用冷铁的覆膜砂及其制备方法。
背景技术
冷铁是指为加快铸件局部冷却速度，在型腔内部，型腔表面积铸型内部安放的激冷物，冷铁与浇注系统、冒口系统配合使用，控制铸件的凝固顺序，以获得合格铸件，冷铁分为内冷铁和外冷铁，造型时放置在模样表面上的冷铁统称为外冷铁；外冷铁作为铸型的一部分，不与铸件熔合，可重复使用，外冷铁的形状一般是根据铸件需激冷部位的形状来设计或选用的。放置在型腔内，能与铸件熔合为一体的起激冷作用的金属物称为内冷铁，内冷铁通常在外冷铁激冷效果不够时才采用，多用于厚大而对质量要求不高的不承受高温高压的铸件。
冷铁可以消除局部热应力，防止裂纹，改善补缩通道，提高工艺出品率。铸钢件所用外冷铁主要材质使用为灰铁等金属材质，但是这些材质因表面氧化，对铸件造成渣孔等缺陷，需要修理平整、光洁、涂以涂料，而涂料还有可能存在涂料水分处理不干净造成铸件气孔缺陷，这些缺陷的存在也降低了铸钢件的成品率。现有的铸钢件用冷铁主要是灰铸铁，而铸铁件作为冷铁因为表面光洁度问题需要机加工，增加了加工成本，而铸铁的冷铁因为表面易氧化问题，容易造成铸件渣孔，因此铸铁的冷铁表面要增加涂料，避免冷铁氧化及冷铁与铸件粘在一起，但是涂料中的水分如果清除不干净会造成铸件气孔等缺陷。
鉴于以上原因，特提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种铸钢件用冷铁的覆膜砂及其制备方法，本发明的铸钢件用冷铁的覆膜砂用于加快铸件的冷却，起到激冷的作用，利用本发明制备的覆膜砂冷铁表面光洁度高，可直接用于冷铁使用，不存在表面氧化，避免铸件渣孔缺陷，减少了涂料浸涂，避免了涂料中水分因为排除不干净造成铸件气孔的缺陷，覆膜砂冷铁在高温下溃散，不会和铸件黏在一起。
为了实现上述方案，本发明采用如下技术方案：
一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂、酚醛树脂、固化剂、润滑剂和偶联剂。
铬铁矿砂耐火度大于1900℃，导热性比硅砂好，在高温状态下固相烧结，防止铁液的渗透，可以起到防粘砂、防脉纹的作用。
本发明的铸钢件用冷铁的覆膜砂用于制备冷铁的砂芯，通过各原料的共同作用，制备的冷铁砂芯具有较好的激冷作用，对于铸件的冷却速率快，不与铸件粘连。
进一步的，按照重量份，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂90-110重量份、酚醛树脂0.5-4.5重量份、固化剂0.5-1.5重量份、润滑剂0.05-0.25重量份和偶联剂0.01-0.09重量份。
本发明人经过大量试验发现，组成覆膜砂的原料采用上述比例制成的冷铁表面光泽度高，可直接用于冷铁使用，减少机加工工序，不存在表面氧化发生，从而减少了铸件渣孔的缺陷。本发明的冷铁可以消除局部热应力，防止裂纹，提高工艺出品率。
进一步的，按照重量份，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂100重量份、酚醛树脂2重量份、固化剂1重量份、润滑剂0.15重量份和偶联剂0.05重量份。
进一步的，所述的固化剂为质量分数为15-25％乌洛托品的水溶液。
进一步的，所述的润滑剂为硬脂酸钙。
进一步的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
进一步的，所述的铬铁矿砂是经过以下方法处理得到的：将铬铁矿砂、珍珠砂和玻璃纤维按照质量比1:0.2:0.06混合均匀，研磨分散2.5-3.5小时，得到的细度为150-160目的细纱，即为所述的铬铁矿砂。
本发明人经过试验发现，加入珍珠砂和玻璃纤维后可以明显提高激冷作用，具有较强的导热性能、蓄热能力和较小的热膨胀率。本发明还提供了一种所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)按照各原料的重量分别称取备用；
(2)将称取的铬铁矿砂进行升温加热；
(3)将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的偶联剂、酚醛树脂、固化剂和润滑剂，混制均匀后，得到混合砂；
(4)将所述的混合砂筛分，冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
进一步的，步骤(2)中升温至130-150℃。
进一步的，步骤(2)中升温至140℃。
进一步的，步骤(4)中冷却温度小于50℃。
进一步的，利用本发明制备的覆膜砂在200-250℃下制备成冷铁砂芯，可以用于铸件的冷却。
冷铁砂芯的形状和具体的制备方法采用现有技术制备，不在本发明的保护范围之内。
本发明覆膜砂的制备方法简单，抗拉强度和抗弯折强度高、耐火度高。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备的铸钢件用冷铁的覆膜砂以铬铁矿为主要原料，制得的冷铁表面光洁度高，可直接用于冷铁使用，减少机加工工序，节约生产成本，且冷铁的激冷效果好，冷却速率快；酚醛树脂的辅助作用，增强了覆膜砂的强度，优化了灼烧减量和发气量等技术指标；
(2)本发明的覆膜砂的制备过程都在300℃以下的低温下进行，远低于铸铁件1500℃以上的能源消耗，能耗低，节约能源；
(3)本发明的覆膜砂冷铁表面不易氧化，从而减少了铸件渣孔的出现；
(4)本发明的覆膜砂冷铁不需要涂料的浸涂，避免了涂料中水分因为排除不干净造成铸件气孔缺陷，且在高温下溃散，不会和铸件黏在一起，清理简便，旧砂可通过再生后重复使用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
本实施例的一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂90kg、酚醛树脂0.5kg、固化剂为质量分数15％的乌洛托品的水溶液0.5kg、硬脂酸钙0.05kg和硅烷偶联剂0.01kg。
本实施例的所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)按照各原料的重量分别称取备用；
(2)将称取的铬铁矿砂进行升温加热至130℃；
(3)将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的硅烷偶联剂、酚醛树脂、质量分数为15％乌洛托品的水溶液、硬质酸钠，混制均匀后，得到混合砂；
(4)将所述的混合砂筛分，在温度小于50℃以下进行冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
实施例2
本实施例的一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂100kg、酚醛树脂2kg、固化剂为质量分数20％的乌洛托品的水溶液1kg、硬脂酸钙0.15kg和硅烷偶联剂0.05kg。
本实施例的所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)按照各原料的重量分别称取备用；
(2)将称取的铬铁矿砂进行升温加热至140℃；
(3)将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的硅烷偶联剂、酚醛树脂、质量分数为20％乌洛托品的水溶液、硬质酸钠，混制均匀后，得到混合砂；
(4)将所述的混合砂筛分，在温度小于50℃以下进行冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
实施例3
本实施例的一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂110kg、酚醛树脂4.5kg、固化剂为质量分数25％的乌洛托品的水溶液1.5kg、硬脂酸钙0.25kg和硅烷偶联剂0.09kg。
本实施例的所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)按照各原料的重量分别称取备用；
(2)将称取的铬铁矿砂进行升温加热至150℃；
(3)将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的硅烷偶联剂、酚醛树脂、质量分数为25％乌洛托品的水溶液、硬质酸钠，混制均匀后，得到混合砂；
(4)将所述的混合砂筛分，在温度小于50℃以下进行冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
实施例4
本实施例的一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂95kg、酚醛树脂3kg、固化剂为质量分数22％的乌洛托品的水溶液1,3kg、硬脂酸钙0.14kg和硅烷偶联剂0.07kg。
本实施例的所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)按照各原料的重量分别称取备用；
(2)将称取的铬铁矿砂进行升温加热至145℃；
(3)将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的硅烷偶联剂、酚醛树脂、质量分数为22％乌洛托品的水溶液、硬质酸钠，混制均匀后，得到混合砂；
(4)将所述的混合砂筛分，在温度小于50℃以下进行冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
实施例5
本实施例的铸钢件用冷铁覆膜砂的原料和制备方法均与实施例2相同，不同之处为所述的铬铁矿砂是经过以下方法处理得到的：将铬铁矿砂、珍珠砂和玻璃纤维按照质量比1:0.2:0.06混合均匀，研磨分散2.5-3.5小时，过筛，得到的细度为150-160目的细纱，即为所述的铬铁矿砂。
试验例1
按照GB/T8583-2008的标准对实施例1-4制备的覆膜砂的相关性能进行检测，检测结果见表1。
表1
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
常温抗拉强度(MPa) 4.1 4.2 4.0 4.2
热态抗弯强度(MPa) 4.4 4.5 4.3 4.4
常温抗弯强度(MPa) 9.9 10.2 9.8 10.0
发气量(ml/g) 13 12 14 13
熔点(℃) 99 100 98 99
灼烧减量(％) 2.6 2.5 2.8 2.7
烧结率％(1400℃) 0.06 0.03 0.08 0.05
耐火度(℃) ＞1900 ＞1900 ＞1900 ＞1900
试验例2
分别对实施例1-5制备的铸钢件用冷铁的覆膜砂的导热性能、蓄热能力和热膨胀率进行测定，结果如表2所示。
表2
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
导热性能(W/m·K) 120 118 122 124 130
蓄热能力(J/kg·°K) 285 288 280 276 291
热膨胀率(％) 0.11 0.12 0.10 0.14 0.08
从表2可以看出本发明实施例1-5制备的铸钢件用冷铁的覆膜砂的导热性能、蓄热能力较好，热膨胀率低表明受热后膨胀很小，不会影响铸件表面的质量，且从数值可以看出实施例5的效果更好，这是由于铬铁矿砂、珍珠砂和玻璃纤维的协同作用，提高了覆膜砂的激冷作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种铸钢件用冷铁的覆膜砂，其特征在于，按照重量份，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂90-110重量份、酚醛树脂0.5-4.5重量份、固化剂0.5-1.5重量份、润滑剂0.05-0.25重量份和偶联剂0.01-0.09重量份，所述的润滑剂为硬脂酸钙，所述的偶联剂为硅烷偶联剂；
所述的铬铁矿砂是经过以下方法处理得到的：将铬铁矿砂、珍珠砂和玻璃纤维按照质量比1:0.2:0.06混合均匀，研磨分散2.5-3.5小时，得到的细度为150-160目的细砂，即为所述的铬铁矿砂。
2.根据权利要求1所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂，其特征在于，按照重量份，所述的覆膜砂由如下原料制成：铬铁矿砂100重量份、酚醛树脂2重量份、固化剂1重量份、润滑剂0.15重量份和偶联剂0.05重量份。
3.根据权利要求1或2所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂，其特征在于，所述的固化剂为质量分数为15-25%乌洛托品的水溶液。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
（1）按照各原料的重量分别称取备用；
（2）将称取的铬铁矿砂进行升温加热；
（3）将加热的铬铁矿砂放入混砂机中，然后依次加入备用的偶联剂、酚醛树脂、固化剂和润滑剂，混制均匀后，得到混合砂；
（4）将所述的混合砂筛分，冷却，包装，得到所述的铸钢件用冷铁覆膜砂。
5.根据权利要求4所述的的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，其特征在于，步骤（2）中升温至130-150℃。
6.根据权利要求5所述的的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，其特征在于，步骤（2）中升温至140℃。
7.根据权利要求4所述的的铸钢件用冷铁的覆膜砂制备方法，其特征在于，步骤（4）中冷却温度小于50℃。
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