CN110343945A - 一种铸件材料及覆膜砂壳型铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸件材料及覆膜砂壳型铸造工艺，铸件材料包括如下质量百分比的组分：C 3.2‑3.5%，Si 1.8‑2.3%，Mn 0.7‑0.9%，S≤0.12%，P≤0.15%，Ni 1.2‑1.5%、Nd 0.5‑0.6%、Co 0.12‑0.18%、余量为Fe。在传统灰铸铁配方的基础上，适当提高C含量，并增加低含量的Ni、Nd、Co，控制成本的同时大大提高铸件材料的耐蚀性。

Description

一种铸件材料及覆膜砂壳型铸造工艺

技术领域

本发明涉及铸件，特别涉及一种铸件材料及覆膜砂壳型铸造工艺。

背景技术

铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件,目前常见的铸造方法有壳型铸造、砂型铸造等。壳型铸造便是一种铸造方式，利用薄壳铸型生产铸件，具有生产方便、效率高、用砂量少、尺寸精度高等优点。薄壳铸型由覆膜砂覆盖在加热到180-280℃的金属模板上硬化而成，覆膜砂是指砂粒表面在造型前覆有一层固体树脂膜的型砂。覆膜砂壳型铸造工艺尤其适用于各种金属中小型逐渐的成批和大量生产，近年广泛应用于汽车部件的铸造上。

常用的铸件材料有灰铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷。其中：碳硅是最基本的成分元素；锰元素含量较低，影响不大；磷硫被看作是杂质，常加以限制。针对不同类型铸件的性能需求，可以在上述基础成分中加入其他元素，以获得其他性能，如良好的减震性、良好的切削加工性能、耐蚀性等。

公告号为CN103343278B的中国专利公开了一种机体用灰铸铁的生产方法，操作步骤如下：称取原料，原料包括废钢70-90%、回炉料8.8-28.8%、增碳剂1.2-2.5%；将废钢、回炉料、70%增碳剂放入炉内，加热使熔化，待熔至90-95%时加入剩余的30%增碳剂，待熔清后加入Cu合金，Cu合金的加入量为废钢、回炉料及增碳剂总质量的0.35-0.6%，待Cu合金熔化得到原铁液，继续加热到1450-1480℃；加入孕育剂，孕育剂加入量为原铁液质量的0.1~0.3%，搅拌均匀，得到铁液；将铁液静置，当温度降至1380-1400℃时浇注铸件，待冷却后得到灰铸铁。

上述铸铁加入了少量的合金元素Cu，使铸铁具有较高的抗拉强度，并且还可使铸铁在酸性介质中的耐腐蚀性增强。但是单独加入Cu对铸铁耐盐水腐蚀的性能提高不明显，难以应用于常与盐水或氯盐溶液接触的机床，有待改进。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种铸件材料，具有优良的耐盐水腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种铸件材料，包括如下质量百分比的组分：C 3.2-3.5%，Si 1.8-2.3%，Mn 0.7-0.9%，S≤0.12%，P≤0.15%，Ni 1.2-1.5%、Nd 0.5-0.6%、Co 0.12-0.18%、余量为Fe。

通过采用上述技术方案，在传统灰铸铁配方的基础上，适当提高C含量，并增加低含量的Ni、Nd、Co，控制成本的同时大大提高铸件材料的耐蚀性。

低含量的Ni有助于促进碳化物的生成，可获得细晶致密均匀的珠光体与石墨组织，并可提高耐蚀性，尤其是在盐水中。Nd也同样能减少铁素体含量，增加珠光体含量，但在铸铁材料中存在严重的偏析倾向，导致铸铁材料性能不均匀。因此Nd一般不会加入过多，0.15-0.25%为宜。而适当增加碳含量，且加入Co能够抑制偏析现象，使得加入Nd含量可增多，进而使得铸铁材料的耐蚀性提高。虽然C含量增高会引起铸件材料的耐蚀性的略微下降，但是Nd的含量的提高，使其耐蚀性仍会上升，尤其是耐盐水腐蚀。

本发明进一步设置为：还包括0.5-0.7%Cr。

通过采用上述技术方案，Cr在铸铁表面形成均匀致密的氧化膜，隔离腐蚀介质，进而有助于提高铸铁耐蚀性。

本发明进一步设置为：还包括0.4-0.6%Cu。

通过采用上述技术方案，Cu是热力学稳定性较高的合金元素，易富集在铸铁表面，提高电极电位，降低电化学腐蚀，提高铸铁的耐腐蚀性能，且促进致密的氧化层形成，提高铸铁的耐海水腐蚀能力。

本发明进一步设置为：还包括0.22-0.26%Ti。

通过采用上述技术方案，有利于提高铸铁的强度及耐蚀性。

本发明的另一目的是提供一种覆膜砂壳型铸造工艺。

一种覆膜砂壳型铸造工艺，包括如下步骤：

S1制壳：配置覆膜砂，再将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180-280℃，制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；

S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；

S3浇铸：将铸件材料熔融成铁液，浇入壳型内腔，浇注温度1360-1390℃，浇注后冷却，铸件成型；

S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；

S5回收：分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。

通过采用上述技术方案，采用钢丸填充的方法，减少粉尘产生，保证人身健康，并可以回收重复利用，节省资源。

本发明进一步设置为：所述覆膜砂包括如下重量份的组分：

原砂 100-110份；

改性酚醛树脂 2-4份；

固化剂 0.3-0.5份；

硬脂酸钙 0.1-0.3份；

KH570 0.03-0.06份。

本发明进一步设置为：所述改性酚醛树脂的制备过程如下：

第一步，按重量份计，将碳纤维浸泡在浓硝酸中，搅拌均匀后静置30-40min，再加入水，稀释至硝酸浓度为10%，过滤、烘干、研磨，得到改性碳纤维；

第二步，按重量分计，将20-30份酚醛树脂加热至120-130℃，加入2.4-2.8份改性碳纤维，搅拌10-12min后冷却，得到改性酚醛树脂。

通过采用上述技术方案，酚醛树脂经过碳纤维改性，有助于提高覆膜砂的透气性能，保证铸件质量。

本发明进一步设置为：所述固化剂包括质量比为3:(5-6）的乌托洛品和植物活性剂，所述植物活性剂的制备过程如下：

第一步，按重量分计，取10-15份银杏白果，清洗后粉碎，再加入150-200份水中，加热至70-80℃，持续6-8h，过滤得到滤液，再于40-50℃下蒸发至滤液原体积的30-40%；

第二步，在浓缩后的滤液中加入100-120份95%乙醇，搅拌均匀后静置30-50min，过滤得到粗多糖；

第三步，将上述粗多糖溶于10-12份水中，得到植物活性剂。

通过采用上述技术方案，植物活性剂以具有活性的银杏多糖为主要成分，可以替代一部分乌托洛品，且不影响覆膜砂固化效果，进而大大降低氨气发生量，更为环保。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.在传统灰铸铁配方的基础上，适当提高C含量，并增加低含量的Ni、Nd、Co、Cu、Ti、Cr，控制成本的同时大大提高铸件材料的耐蚀性，尤其是耐盐水腐蚀性能；

2.覆膜砂的配方经过改性，植物活性剂替代一部分乌托洛品，酚醛树脂经过碳纤维改性，使得成型覆膜砂基本维持原有强度，且透气量提高，发气量下降。

附图说明

图1是实施例一至三的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

一种铸件材料，包括如下质量百分比的组分：C 3.2%，Si 2.3%，Mn 0.7%，S 0.11%，P0.12%，Ni 1.5%、Nd 0.5%、Co 0.18%、Cr 0.5%、Cu 0.6%、Ti 0.22%、余量为Fe。

一种覆膜砂壳型铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：

S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；

S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；

S3浇铸：将上述配方的铸件材料熔融成铁液，浇入壳型内腔，浇注温度1360℃，浇注后风冷，铸件成型；

S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；

S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。

实施例二：

一种铸件材料，包括如下质量百分比的组分：C 3.5%，Si 1.8%，Mn 0.9%，S 0.10%，P0.13%，Ni 1.2%、Nd 0.6%、Co 0.12%、Cr 0.7%、Cu 0.4%、Ti 0.26%、余量为Fe。

一种覆膜砂壳型铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：

S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至280℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；

S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；

S3浇铸：将上述配方的铸件材料熔融成铁液，浇入壳型内腔，浇注温度1390℃，浇注后风冷，铸件成型；

S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；

S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。

实施例三：

一种铸件材料，包括如下质量百分比的组分：C 3.4%，Si 2.1%，Mn 0.8%，S 0.09%，P0.12%，Ni 1.3%、Nd 0.55%、Co 0.15%、Cr 0.6%、Cu 0.5%、Ti 0.24%、余量为Fe。

一种覆膜砂壳型铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：

S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至240℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；

S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；

S3浇铸：将上述配方的铸件材料熔融成铁液，浇入壳型内腔，浇注温度1380℃，浇注后风冷，铸件成型；

S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；

S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。

实施例四：

实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：

硅砂100份，粒度100目；

改性酚醛树脂 2份；

固化剂 0.3份；

硬脂酸钙 0.1份；

KH570 0.03份。

改性酚醛树脂的制备过程如下：

第一步，按重量份计，将6mm短切碳纤维浸泡在68%浓硝酸中，搅拌均匀后静置30min，再加入水，稀释至硝酸浓度为10%，过滤、烘干、研磨，得到改性碳纤维；

第二步，按重量分计，将20份酚醛树脂加热至120℃，加入2.4份改性碳纤维，搅拌10min后冷却，得到改性酚醛树脂。

固化剂包括质量比为3:5的乌托洛品和植物活性剂，植物活性剂的制备过程如下：

第一步，按重量分计，取10份银杏白果，清洗后粉碎，再加入150份水中，加热至70℃，持续6h，过滤得到滤液，再于40℃下蒸发至滤液原体积的30%；

第二步，在浓缩后的滤液中加入100份95%乙醇，搅拌均匀后静置30min，过滤得到粗多糖；

第三步，将上述粗多糖溶于10份水中，得到植物活性剂。

覆膜砂的制备方法如下：

步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至1000℃，持续30min；

步骤二，硅砂取出后降温至130℃，加入改性酚醛树脂，混砂60s；

步骤三，降温至105℃，加入固化剂，搅拌25s；

步骤四，加入硬脂酸钙、KH570，搅拌30s，得到覆膜砂。

实施例五：

实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：

硅砂110份，粒度100目；

改性酚醛树脂 4份；

固化剂 0.5份；

硬脂酸钙 0.3份；

KH570 0.06份。

改性酚醛树脂的制备过程如下：

第一步，按重量份计，将6mm短切碳纤维浸泡在68%浓硝酸中，搅拌均匀后静置40min，再加入水，稀释至硝酸浓度为10%，过滤、烘干、研磨，得到改性碳纤维；

第二步，按重量分计，将30份酚醛树脂加热至130℃，加入2.8份改性碳纤维，搅拌12min后冷却，得到改性酚醛树脂。

固化剂包括质量比为3:6的乌托洛品和植物活性剂，植物活性剂的制备过程如下：

第一步，按重量分计，取15份银杏白果，清洗后粉碎，再加入200份水中，加热至80℃，持续8h，过滤得到滤液，再于50℃下蒸发至滤液原体积的40%；

第二步，在浓缩后的滤液中加入120份95%乙醇，搅拌均匀后静置50min，过滤得到粗多糖；

第三步，将上述粗多糖溶于12份水中，得到植物活性剂。

覆膜砂的制备方法如下：

步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至1000℃，持续30min；

步骤二，硅砂取出后降温至130℃，加入改性酚醛树脂，混砂60s；

步骤三，降温至105℃，加入固化剂，搅拌25s；

步骤四，加入硬脂酸钙、KH570，搅拌30s，得到覆膜砂。

实施例六：

实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：

硅砂105份，粒度100目；

改性酚醛树脂 3份；

固化剂 0.4份；

硬脂酸钙 0.2份；

KH570 0.04份。

改性酚醛树脂的制备过程如下：

第一步，按重量份计，将6mm短切碳纤维浸泡在68%浓硝酸中，搅拌均匀后静置35min，再加入水，稀释至硝酸浓度为10%，过滤、烘干、研磨，得到改性碳纤维；

第二步，按重量分计，将25份酚醛树脂加热至125℃，加入2.6份改性碳纤维，搅拌11min后冷却，得到改性酚醛树脂。

固化剂包括质量比为3:5.5的乌托洛品和植物活性剂，植物活性剂的制备过程如下：

第一步，按重量分计，取12份银杏白果，清洗后粉碎，再加入180份水中，加热至75℃，持续7h，过滤得到滤液，再于45℃下蒸发至滤液原体积的35%；

第二步，在浓缩后的滤液中加入110份95%乙醇，搅拌均匀后静置40min，过滤得到粗多糖；

第三步，将上述粗多糖溶于11份水中，得到植物活性剂。

覆膜砂的制备方法如下：

步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至1000℃，持续30min；

步骤二，硅砂取出后降温至130℃，加入改性酚醛树脂，混砂60s；

步骤三，降温至105℃，加入固化剂，搅拌25s；

步骤四，加入硬脂酸钙、KH570，搅拌30s，得到覆膜砂。

实施例七：

与实施例六的区别在于，酚醛树脂未改性。

实施例八：

与实施例六的区别在于，固化剂均为乌托洛品。

对比例一：

与实施例三的区别在于，铸件材料不包括Co、C含量为2.8%。

对比例二：

与实施例三的区别在于，铸件材料不包括Nd。

对比例三：

与实施例三的区别在于，Nd含量为0.2%。

对比例四：

与实施例三的区别在于，铸件材料不包括Nd、Co、Ni、Cr、Cu、Ti，C含量为2.8%。

性能测试：

一、根据GB/T 17897-2016《金属和合金的腐蚀 不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》中记载的方法B，对实施例一至三、对比例一至四的铸件材料进行耐蚀性测试，所得结果记录在表1。

二、根据JB/T 8583-2008《铸造用覆膜砂》中记载的方法，对实施例四至八的覆膜砂进行发气量测试，所得结果记录表2。

表1 铸件材料耐蚀性测试结果记录表

	耐蚀性g/(m<sup>2</sup>*h)
		实施例一	0.21
实施例二	0.16
		实施例三	0.14
对比例一	0.62
		对比例二	0.47
对比例三	0.33
		对比例四	2.24

表2 覆膜砂发气量测试结果记录表

	发气量ml/g
		实施例四	7.2
实施例五	6.9
		实施例六	6.3
实施例七	6.6
		实施例八	18.8

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种铸件材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：C 3.2-3.5%，Si 1.8-2.3%，Mn 0.7-0.9%，S≤0.12%，P≤0.15%，Ni 1.2-1.5%、Nd 0.5-0.6%、Co 0.12-0.18%、余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种铸件材料，其特征在于：还包括0.5-0.7%Cr。

3.根据权利要求1所述的一种铸件材料，其特征在于：还包括0.4-0.6%Cu。

4.根据权利要求3所述的一种铸件材料，其特征在于：还包括0.22-0.26%Ti。

5.一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1制壳：配置覆膜砂，再将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180-280℃，制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；

S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；

S3浇铸：将权利要求1至4任一项所述的铸件材料熔融成铁液，浇入壳型内腔，浇注温度1360-1390℃，浇注后冷却，铸件成型；

S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；

S5回收：分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。

6.根据权利要求5所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述覆膜砂包括如下重量份的组分：

原砂 100-110份；

改性酚醛树脂 2-4份；

固化剂 0.3-0.5份；

硬脂酸钙 0.1-0.3份；

KH570 0.03-0.06份。

7.根据权利要求6所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述改性酚醛树脂的制备过程如下：

第一步，按重量份计，将碳纤维浸泡在浓硝酸中，搅拌均匀后静置30-40min，再加入水，稀释至硝酸浓度为10%，过滤、烘干、研磨，得到改性碳纤维；

第二步，按重量分计，将20-30份酚醛树脂加热至120-130℃，加入2.4-2.8份改性碳纤维，搅拌10-12min后冷却，得到改性酚醛树脂。

8.根据权利要求6所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述固化剂包括质量比为3:(5-6）的乌托洛品和植物活性剂，所述植物活性剂的制备过程如下：

第一步，按重量分计，取10-15份银杏白果，清洗后粉碎，再加入150-200份水中，加热至70-80℃，持续6-8h，过滤得到滤液，再于40-50℃下蒸发至滤液原体积的30-40%；

第二步，在浓缩后的滤液中加入100-120份95%乙醇，搅拌均匀后静置30-50min，过滤得到粗多糖；

第三步，将上述粗多糖溶于10-12份水中，得到植物活性剂。