CN110560635A

CN110560635A - 一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺

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Publication number: CN110560635A
Application number: CN201910913277.6A
Authority: CN
Inventors: 高兵; 张九东; 王志豹
Original assignee: Yangzhou Jiarun Lost Foam Technology Co Ltd
Current assignee: Yangzhou Jiarun Lost Foam Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2019-12-13
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: CN110560635B

Abstract

本发明公开了一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，属于合金铸造技术领域。在制备产品时，以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，保温烘干后，再涂覆耐火涂料，随后将涂刷耐火涂料后的消失模移至砂箱中，采用喷淋式填砂，再用振动台对型砂进行震动紧实，随后将熔化的钢液倒入浇口杯进行浇铸，浇铸温度为1500℃，压力为0.04MPa；待浇铸结束后，快速冷却至1050～1100℃，保温3～5h后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。本发明所得产品具有良好的冲击韧性及耐磨性能，因此，产品具有较长的使用寿命。

Description

一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺

技术领域

本发明公开了一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，属于合金铸造技术领域。

背景技术

破碎机在冶金、矿山、电力和建材等行业应用非常普遍。破碎机工作中，锤头承受着高速冲击载荷，因此要求锤头不仅具有良好的强度、硬度和耐磨性，而且还应该具有较高的冲击韧性指标。近年来，技术研究主要集中在耐磨锤头的材料、制造工艺和性能方面，尤其在高锰钢耐磨材料及其制造工艺等方面取得了良好的效果和应用。

耐磨钢中的合金元素在钢中的作用主要是：强化铁素体、增加珠光体、细化珠光体，改善钢的低温韧性，提高钢的耐磨性。其通常含有的合金元素为硅、锰、铬、钼、镍等，充分发挥这些合金元素对材料基体组织及淬透性的强烈影响，可提高材料的耐磨性。

目前，钢基材料的主要制备方法有铸渗法、离心铸造法和自蔓延铸渗法。其中，铸渗法是将铸造技术和冶金强化技术结合起来制备特殊性能复合层的表面合金化技术，可以改善待强化基体材料在特殊工况下的性能。将增强颗粒配制成合金涂料涂到型腔表面，或将合金粉体加粘结剂等制成膏块预制块黏贴到型壁的特定位置，浇筑液体技术充填过程中，液态金属渗透到合金层或与预制膏块的毛细孔，利用金属液本身的高温热作用将增强颗粒熔化分解，与待强化基体融合为一体，最终形成具有预期性能的复合材料。

但不可否认的是，上述铸造方法在铸造过程中，复合层并不稳定，且容易产生气孔和夹渣缺陷。从而导致铸造产生的合金锤头使用寿命下降，无法满足设备长期稳定运行。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统合金锤头的制造工艺过程中，复合层不稳定，在铸造过程中容易产生气孔和夹渣缺陷的弊端，提供了一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，具体工艺过程为：

增强颗粒：按重量份数计，依次取10～20份二氧化钛，20～30份氧化铬，10～15份氧化硼，20～30份氧化石墨烯，10～15份铝粉，40～50份羧甲基纤维素钠，80～100份水，搅拌捏合后，于惰性气体保护状态下，加热升温至1200℃以上，保温反应后，研磨，得铝钛铬硼化合物；

合金涂料：按重量份数计，依次取80～150份铬铁粉，30～40份铝钛铬硼化合物，10～15份PVDF，100～150份溶剂，1～3份乳化剂，0.1～0.3份消泡剂，球磨混合，得合金涂料；

消失模：以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，保温烘干后，再涂刷第二层，如此重复涂刷和烘干4～5次，单次涂刷厚度为1.5～2.5mm；

耐火涂料的涂覆：待合金涂料全部涂刷完毕后，再涂刷耐火涂料，涂刷完毕后，保温烘干，如此重复涂刷3次；

造型与浇铸：将涂刷耐火涂料后的消失模移至砂箱中，采用喷淋式填砂，再用振动台对型砂进行震动紧实，随后将熔化的钢液倒入浇口杯进行浇铸，浇铸温度为1500℃，压力为0.04MPa；

热处理：待浇铸结束后，快速冷却至1050～1100℃，保温3～5h后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。

所述惰性气体为氮气、氦气或氩气中的任意一种。

所述铬铁粉中：铬含量为60～70％，碳含量为3～5％，其余为铁。

所述溶剂为NMP，DMAc，DMF，TEP或DMSO中的任意一种。

所述乳化剂为：吐温-85，吐温-60，斯潘-60，斯潘-80，乳化剂OP-10或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。

所述消泡剂为：乳化硅油，聚二甲基硅氧烷或聚氧乙烯氧丙醇胺醚中的任意一种。

所述快速冷却为：以30～50℃/min速率进行冷却。

本发明的有益效果是：

(1)本发明技术方案采用消失模铸造方法，以制备含有特殊颗粒增强钢基表面的复合材料，在不改变基体材料性能的基础上，使合金锤头表面形成满足性能需求的增强层，且在铸造过程中有效避免了气孔和夹渣缺陷的产生，并且在基体和锤头表层之间形成良好的过渡层，有效提高了产品的使用寿命；

(2)本发明技术方案通过添加自制的增强颗粒，增强颗粒中含有的成分为铝钛铬硼化合物，在铸造时高温环境下，体系中消失模中部分有机质不完全氧化，生成一氧化碳，一氧化碳产生后，可与铝钛硼铬化合物反应，生成氧化铝，氧化钛，氧化硼等，该过程的实现，可一定程度上减少产品在使用过程中的发气量，而又因为进一步的，氧化铝和氧化钛在高温下反应生成硬质颗粒相，与此同时，在高温环境下，氧化硼熔融，并与体系中硬质颗粒相生成液相，产生的液相进一步起到将碳封闭的作用，减少产气量，再者，由于在高温环境下，液相和硬质颗粒相共存，使体系表面产生具有一定粘度的液相，具有一定粘度的液相可提高烟气扩散时需要的扩散动力，使烟气在液相中滞留，避免烟气瞬时大量产生而导致铸件表面产生缺陷；而硬质颗粒相铸件冷却后，可作为耐磨组分，提高产品的耐磨性能；

(3)本发明技术方案通过利用梯级降温，配合氧化铝和氧化钛硬质相的作用，使合金在冷却结晶过程中晶界析出相粗化，析出相间距增大，有利于提升产品的屈服强度和韧性，有效避免了产品在使用过程中开裂；

(4)本发明技术方案通过利用氧化硼的熔融作用，以及梯级降温，使铸件内部凝固时温度过度平缓，有利于使金属液充分渗透进入合金涂层，再加上合金中铬的作用，使金属与合金涂料界面缓慢凝固，保持了渗透通道的充分渗透，使两者均匀过度，避免开裂；

(5)本发明技术方案以PVDF为粘合剂，PVDF的加入，不仅仅有利于将合金粉末粘结在一起，同时避免浇筑时不被钢液冲走，又能使合金涂层颗粒间形成稳定的毛细孔道，有利于缸液的渗透进入，同时，PVDF的加入也可以改善机体与合金涂层之间，合金涂层与逐渐间的浸润性，进一步提升两者的结合强度，避免开裂，提升产品使用寿命。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

增强颗粒：

按重量份数计，依次取10～20份二氧化钛，20～30份氧化铬，10～15份氧化硼，20～30份氧化石墨烯，10～15份铝粉，40～50份羧甲基纤维素钠，80～100份水，倒入捏合机中，搅拌捏合30～60min后，转入管式炉中，并以3～5mL/min速率向炉内通入氩气保护，于氩气保护状态下，加热升温至1250℃，保温反应3～5h后，研磨，过500目筛，得铝钛铬硼化合物；

合金涂料：

按重量份数计，依次取80～150份铬铁粉，30～40份铝钛铬硼化合物，10～15份PVDF，100～150份溶剂，1～3份乳化剂，0.1～0.3份消泡剂，倒入球磨罐中，并按球料质量比为1：30～1：50加入氧化锆球磨珠，球磨混合4～6h，得合金涂料；

消失模：

以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，单次涂刷厚度为1.5～2.5mm，待涂刷完成后，转入烘箱中，于温度为55～60℃条件下干燥3～5h，再涂刷第二层，如此重复涂刷和烘干4～5次；

耐火涂料的涂覆：

待合金涂料全部涂刷完毕后，再于模具表面涂刷耐火涂料(涂料的耐火骨料为石英粉，粘结剂采用白乳胶，悬浮剂为纤维素，溶剂为水)，控制单次涂刷耐火涂料厚度为0.5～1.0mm，待涂刷完毕后，于温度为65℃条件下，干燥2～4h，如此重复涂刷和烘干3次；

造型与浇铸：

将涂刷耐火涂料后的消失模移至砂箱中，采用喷淋式填砂，再用振动台对型砂进行震动紧实，随后将熔化的钢液倒入浇口杯进行浇铸，浇铸温度为1500℃，压力为0.04MPa；

所述铬铁粉中：铬含量为60～70％，碳含量为3～5％，其余为铁。所述溶剂为NMP，DMAc，DMF，TEP或DMSO中的任意一种。所述乳化剂为：吐温-85，吐温-60，斯潘-60，斯潘-80，乳化剂OP-10或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。所述消泡剂为：乳化硅油，聚二甲基硅氧烷或聚氧乙烯氧丙醇胺醚中的任意一种。所述快速冷却为：以30～50℃/min速率进行冷却。

实例1

增强颗粒：

按重量份数计，依次取10份二氧化钛，20份氧化铬，10份氧化硼，20份氧化石墨烯，10份铝粉，40份羧甲基纤维素钠，80份水，倒入捏合机中，搅拌捏合30min后，转入管式炉中，并以3mL/min速率向炉内通入氩气保护，于氩气保护状态下，加热升温至1250℃，保温反应3h后，研磨，过500目筛，得铝钛铬硼化合物；

合金涂料：

按重量份数计，依次取80份铬铁粉，30份铝钛铬硼化合物，10份PVDF，100份溶剂，1份乳化剂，0.1份消泡剂，倒入球磨罐中，并按球料质量比为1：30加入氧化锆球磨珠，球磨混合4h，得合金涂料；

消失模：

以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，单次涂刷厚度为1.5mm，待涂刷完成后，转入烘箱中，于温度为55℃条件下干燥3h，再涂刷第二层，如此重复涂刷和烘干4次；

耐火涂料的涂覆：

待合金涂料全部涂刷完毕后，再于模具表面涂刷耐火涂料(涂料的耐火骨料为石英粉，粘结剂采用白乳胶，悬浮剂为纤维素，溶剂为水)，控制单次涂刷耐火涂料厚度为0.5mm，待涂刷完毕后，于温度为65℃条件下，干燥2h，如此重复涂刷和烘干3次；

造型与浇铸：

热处理：待浇铸结束后，快速冷却至1050℃，保温3h后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。

所述铬铁粉中：铬含量为60％，碳含量为3％，其余为铁。所述溶剂为NMP。所述乳化剂为：吐温-85。所述消泡剂为：乳化硅油。所述快速冷却为：以30℃/min速率进行冷却。

实例2

增强颗粒：

按重量份数计，依次取15份二氧化钛，25份氧化铬，12份氧化硼，25份氧化石墨烯，12份铝粉，45份羧甲基纤维素钠，90份水，倒入捏合机中，搅拌捏合50min后，转入管式炉中，并以4mL/min速率向炉内通入氩气保护，于氩气保护状态下，加热升温至1250℃，保温反应4h后，研磨，过500目筛，得铝钛铬硼化合物；

合金涂料：

按重量份数计，依次取120份铬铁粉，35份铝钛铬硼化合物，12份PVDF，120份溶剂，2份乳化剂，0.2份消泡剂，倒入球磨罐中，并按球料质量比为1：40加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h，得合金涂料；

消失模：

以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，单次涂刷厚度为2.0mm，待涂刷完成后，转入烘箱中，于温度为58℃条件下干燥4h，再涂刷第二层，如此重复涂刷和烘干4次；

耐火涂料的涂覆：

待合金涂料全部涂刷完毕后，再于模具表面涂刷耐火涂料(涂料的耐火骨料为石英粉，粘结剂采用白乳胶，悬浮剂为纤维素，溶剂为水)，控制单次涂刷耐火涂料厚度为0.8mm，待涂刷完毕后，于温度为65℃条件下，干燥3h，如此重复涂刷和烘干3次；

造型与浇铸：

热处理：待浇铸结束后，快速冷却至108℃，保温4h后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。

所述铬铁粉中：铬含量为65％，碳含量为4％，其余为铁。所述溶剂为DMSO。所述乳化剂为：吐温-60。所述消泡剂为：聚二甲基硅氧烷。所述快速冷却为：以40℃/min速率进行冷却。

实例3

增强颗粒：

按重量份数计，依次取20份二氧化钛，30份氧化铬，15份氧化硼，30份氧化石墨烯，15份铝粉，50份羧甲基纤维素钠，100份水，倒入捏合机中，搅拌捏合60min后，转入管式炉中，并以5mL/min速率向炉内通入氩气保护，于氩气保护状态下，加热升温至1250℃，保温反应5h后，研磨，过500目筛，得铝钛铬硼化合物；

合金涂料：

按重量份数计，依次取150份铬铁粉，40份铝钛铬硼化合物，15份PVDF，150份溶剂，3份乳化剂，0.3份消泡剂，倒入球磨罐中，并按球料质量比为1：50加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h，得合金涂料；

消失模：

以聚苯乙烯泡沫为基材，经切割制得模具；再于模具表面涂覆所述合金涂料，单次涂刷厚度为2.5mm，待涂刷完成后，转入烘箱中，于温度为60℃条件下干燥5h，再涂刷第二层，如此重复涂刷和烘干5次；

耐火涂料的涂覆：

待合金涂料全部涂刷完毕后，再于模具表面涂刷耐火涂料(涂料的耐火骨料为石英粉，粘结剂采用白乳胶，悬浮剂为纤维素，溶剂为水)，控制单次涂刷耐火涂料厚度为1.0mm，待涂刷完毕后，于温度为65℃条件下，干燥4h，如此重复涂刷和烘干3次；

造型与浇铸：

热处理：待浇铸结束后，快速冷却至1100℃，保温5h后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。所述铬铁粉中：铬含量为70％，碳含量为5％，其余为铁。所述溶剂为DMF。所述乳化剂为：乳化剂OP-10。所述消泡剂为：聚氧乙烯氧丙醇胺醚。所述快速冷却为：以50℃/min速率进行冷却。

对比例1

本对比例和实施例1相比，区别在于：增强颗粒采用碳化硅，其余条件不变。

对比例2

本对比例和实施例1相比，区别在于：将PVDF更换为等质量的羧甲基纤维素钠，并将溶剂更换为等质量的去离子水，其余条件不变。

对比例3

本对比例和实施例1相比，区别在于：

热处理：待浇铸结束后，置于水中淬火，即得高铬合金锤头。

其余条件不变。

产品性能测试：

对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所示：

耐磨性测试：以磨损率的倒数来计算，耐磨性＝1/磨损率，

本次实验采用的是每转的材料磨损量作为磨损率的，采用试样在测试前后重量差的方法来衡量磨损量；设定磨损试验机转速为100r/min，磨损时间为240min；测试得到产品的耐磨性如表1所示；

冲击韧性测试：根据GB/T33144-2016冲击韧性测定方法进行测定，测试结果如表1所示：

表1：产品耐磨性和冲击韧性测试结果

由表1检测结果可知，本发明所得产品具有良好的耐磨性和冲击韧性，可保障产品具有较长的使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，具体工艺过程为：

2.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气或氩气中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述铬铁粉中：铬含量为60～70％，碳含量为3～5％，其余为铁。

4.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述溶剂为NMP，DMAc，DMF，TEP或DMSO中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述乳化剂为：吐温-85，吐温-60，斯潘-60，斯潘-80，乳化剂OP-10或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述消泡剂为：乳化硅油，聚二甲基硅氧烷或聚氧乙烯氧丙醇胺醚中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种消失模生产高铬合金锤头的铸造工艺，其特征在于，所述快速冷却为：以30～50℃/min速率进行冷却。