CN110760641B - 一种废铁再利用制备角件的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及机械零件加工技术领域，公开了一种废铁再利用制备角件的铸造方法，包括：磁选、一次加热、一次冷却、二次加热、浇铸成型、淬火、回火、后处理；本发明提供的废铁再利用制备角件的铸造方法，能够对废铁进行充分利用，节约用水，避免对环境造成污染，更加绿色环保，产生制备得到的废铁再生角件强度高，表面光滑，耐磨性强，能够适用多种场所，避免在使用过程中导致角件变形和磨损，提高角件的实用性，扩大角件的应用范围。

Description

一种废铁再利用制备角件的铸造方法
技术领域
本发明主要涉及机械零件加工技术领域，尤其涉及一种废铁再利用制备角件的铸造方法。
背景技术
角件是组合各种货架、台桌、栅，并且不用焊接及油漆的新产品；广泛地应用在工厂，商行的仓库架、货架、工具架、工作台、简易栅、展示棚、居家的冷气架、床铺、装潢等等，它被广泛应用的关键在于价格低廉，组合拆装方便，施工迅速，美观，且调整尺寸自如，坚固耐用，为现代化经济发展，提供了最好的效益。
随着我国工业化的快速发展，金属制品使用越来越广泛，特别是铁制品使用范围广，但是不管是合金还是铁铸制品都会随着使用时间的延长而被外界环境所腐蚀，因为影响外观及安全性而被替换掉，因此就会产生大量的废旧铁制品，对环境产生污染，如果不能正确回收使用也会对资源造成很大的浪费；目前废铁的回收利用都是先对废铁进行清洗，除去废铁表面的污渍和铁锈，然后进行煅烧，冷却后进行打磨和抛光，能够对废铁进行重新利用，但是适用范围受到废铁原有形状的限制，使用范围较小，并且在清洗铁锈的过程中需要使用大量的碱、酸及表面活性剂，而且不可能一次清洗干净，因此会产生大量的废水，使用大量水资源，也会对环境造成一定的污染，因此需要改变废铁的再利用方法。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种废铁再利用制备角件的铸造方法。
一种废铁再利用制备角件的铸造方法，包括以下步骤：
（1）磁选：将收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，使角件材料成分一致，具有较高的强度和实用性，得除杂废铁；
（2）一次加热：将除杂废铁置于加热釜中，以2~3℃/min的速度加热至510~550℃，保温40~50min，再以4~5℃/min的速度加热至1450~1550℃，保温搅拌100~120min，能够对废铁进行充分加热熔融，使铸造后角件的结构均匀，得一次加热料；
（3）一次冷却：将一次加热料以3~4℃/min的速度降温至740~780℃，保温40~60min，自然降温至270~310℃，能够减小晶格粒径，提高角件的强度，避免在使用过程中因外力挤压而变形，得一次冷却料；
（4）二次加热：将配合料加入反应釜中，以3~4℃/min的速度加热至完全熔融，保温搅拌60~90min，快速降温至630~670℃，保温50~60min，再以2~3℃/min的速度加热至完全熔融，使配合料与废铁充分结合，并且能够将还原三氧化二铁为铁，进一步提高角件的强度和亮度，使外观更加美观，得二次加热料；
（5）浇铸成型：将二次加热料注入角件模具中，保温50~60min，自然降温至360~420℃，保温30~40min，再以3~4℃/min的速度加热至1040~1080℃，保温70~90min，自然降至室温，能够充分排出注入过程中带入的空气，使角件结构致密，提高角件的强度和耐磨性，脱模后进行超声抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，脱模，打磨抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，得成型角件；
（6）淬火：将成型角件加热至900~920℃，保温40~50min，取出，置于PAG淬火剂中，自然降至室温，能够进一步减小角件内部的晶格粒径，从奥氏体向马氏体转变，提高角件的强度和抗疲劳性能，避免角件在持续承重力的情况下发生变形，得淬火角件；
（7）回火：将淬火角件以4~5℃/min的速度加热至395~435℃，保温30~40min，再以2~3℃/min的速度自然降至室温，能够消除淬火过程中的角件残留内应力，防止变形和开裂，提高角件的强度和耐用性，延长角件的使用寿命，得回火角件；
（8）后处理：对回火角件进行表面涂油，得废铁再生角件。
所述步骤（4）的配合料，加入量为废铁重量的34~36%，由以下重量份的原料组成：碳27~29、废铜20~22、硅16~18、镍12~14、铬8~10、锰5~7。
所述的废铜由废青铜和废黄铜的组成，重量比为废青铜:废黄铜=3~4:1，废黄铜和废青铜按照一定的重量比组成，严格控制角件的成分含量，保持角件具有较高的强度和抗腐蚀性能，延长角件的使用寿命。
所述步骤（4）的快速降温，为以4~5℃/min的速度进行降温。
所述步骤（5）的打磨抛光，为超声打磨抛光，频率为27~29kHz，时间为30~40min，抛光液为金刚石抛光液。
所述废铁再利用制备角件的铸造方法制备得到的废铁再生角件。
本发明的优点是：本发明提供的废铁再利用制备角件的铸造方法，能够对废铁进行充分利用，节约用水，避免对环境造成污染，更加绿色环保，产生制备得到的废铁再生角件强度高，表面光滑，耐磨性强，能够适用多种场所，避免在使用过程中导致角件变形和磨损，提高角件的实用性，扩大角件的应用范围；先对收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，使角件材料成分一致，具有较高的强度和实用性；再对废铁进行加热，先加热到一定温度后进行保温，之后再次进行加热，能够对废铁进行充分加热熔融，使铸造后角件的结构均匀；加热后先以一定的速度进行降温，并进行一段时间的保温，之后再进行自然冷却，能够减小晶格粒径，提高角件的强度，避免在使用过程中因外力挤压而变形；然后再进行二次加热，加热前先加入配合料，在进行加热熔融，使配合料与废铁充分结合，并且能够将还原三氧化二铁为铁，进一步提高角件的强度和亮度，使外观更加美观，其中加入的配合料由多种成分组成，并且含有一定量的废铜，废铜由废黄铜和废青铜按照一定的重量比组成，严格控制角件的成分含量，保持角件具有较高的强度和抗腐蚀性能，延长角件的使用寿命；将原料充分熔融后注入角件模具中，先保温一段时间后再进行降温，之后再进行保温，能够充分排出注入过程中带入的空气，使角件结构致密，提高角件的强度和耐磨性，脱模后进行超声抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用；之后再对成型的角件进行淬火，能够进一步减小角件内部的晶格粒径，从奥氏体向马氏体转变，提高角件的强度和抗疲劳性能，避免角件在持续承重力的情况下发生变形；之后再进行回火，能够消除淬火过程中的角件残留内应力，防止变形和开裂，提高角件的强度和耐用性，延长角件的使用寿命。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为本发明一种废铁再利用制备角件的铸造方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明。
实施例1
一种废铁再利用制备角件的铸造方法，包括以下步骤：
（1）磁选：先将收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，使角件材料成分一致，具有较高的强度和实用性，得除杂废铁；
（2）一次加热：将除杂废铁置于加热釜中，以2℃/min的速度加热至510℃，保温40min，再以4℃/min的速度加热至1450℃，保温搅拌100min，能够对废铁进行充分加热熔融，使铸造后角件的结构均匀，得一次加热料；
（3）一次冷却：将一次加热料以3℃/min的速度降温至740℃，保温40min，自然降温至270℃，能够减小晶格粒径，提高角件的强度，避免在使用过程中因外力挤压而变形，得一次冷却料；
（4）二次加热：将配合料加入反应釜中，配合料的加入量为废铁重量的34%，配合料由以下重量份的原料组成：碳27、废铜20、硅16~18、镍12、铬8、锰5；废铜由废青铜和废黄铜的组成，重量比为废青铜:废黄铜=3:1，废黄铜和废青铜按照一定的重量比组成，严格控制角件的成分含量，保持角件具有较高的强度和抗腐蚀性能，延长角件的使用寿命，以3℃/min的速度加热至完全熔融，保温搅拌60min，以4℃/min的速度进行降温降温至630℃，保温50min，再以2℃/min的速度加热至完全熔融，使配合料与废铁充分结合，并且能够将还原三氧化二铁为铁，进一步提高角件的强度和亮度，使外观更加美观，得二次加热料；
（5）浇铸成型：将二次加热料注入角件模具中，保温50min，自然降温至360℃，保温30min，再以3℃/min的速度加热至1040℃，保温70min，自然降至室温，能够充分排出注入过程中带入的空气，使角件结构致密，提高角件的强度和耐磨性，脱模后进行超声抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，脱模，再进行超声打磨抛光，频率为27kHz，时间为30min，抛光液为金刚石抛光液，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，得成型角件；
（6）淬火：将成型角件加热至900℃，保温40min，取出，置于PAG淬火剂中，自然降至室温，能够进一步减小角件内部的晶格粒径，从奥氏体向马氏体转变，提高角件的强度和抗疲劳性能，避免角件在持续承重力的情况下发生变形，得淬火角件；
（7）回火：将淬火角件以4℃/min的速度加热至395℃，保温30min，再以2℃/min的速度自然降至室温，能够消除淬火过程中的角件残留内应力，防止变形和开裂，提高角件的强度和耐用性，延长角件的使用寿命，得回火角件；
（8）后处理：对回火角件进行表面涂油，得废铁再生角件。
试验结果：硬度HRC：58.5、抗拉强度Rm：2262N/mm2、粗糙度：0.50μm、耐磨性：13mm3、耐酸：313d、耐碱：374d、耐盐：395d。
实施例2
一种废铁再利用制备角件的铸造方法，包括以下步骤：
（1）磁选：先将收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，使角件材料成分一致，具有较高的强度和实用性，得除杂废铁；
（2）一次加热：将除杂废铁置于加热釜中，以2.5℃/min的速度加热至530℃，保温45min，再以4.5℃/min的速度加热至1500℃，保温搅拌110min，能够对废铁进行充分加热熔融，使铸造后角件的结构均匀，得一次加热料；
（3）一次冷却：将一次加热料以3.5℃/min的速度降温至760℃，保温50min，自然降温至290℃，能够减小晶格粒径，提高角件的强度，避免在使用过程中因外力挤压而变形，得一次冷却料；
（4）二次加热：将配合料加入反应釜中，配合料的加入量为废铁重量的35%，配合料由以下重量份的原料组成：碳28、废铜21、硅17、镍13、铬9、锰6；废铜由废青铜和废黄铜的组成，重量比为废青铜:废黄铜=3.5:1，废黄铜和废青铜按照一定的重量比组成，严格控制角件的成分含量，保持角件具有较高的强度和抗腐蚀性能，延长角件的使用寿命，以3.5℃/min的速度加热至完全熔融，保温搅拌75min，以4.5℃/min的速度进行降温降温至650℃，保温55min，再以2.5℃/min的速度加热至完全熔融，使配合料与废铁充分结合，并且能够将还原三氧化二铁为铁，进一步提高角件的强度和亮度，使外观更加美观，得二次加热料；
（5）浇铸成型：将二次加热料注入角件模具中，保温55min，自然降温至390℃，保温35min，再以3.5℃/min的速度加热至1060℃，保温80min，自然降至室温，能够充分排出注入过程中带入的空气，使角件结构致密，提高角件的强度和耐磨性，脱模后进行超声抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，脱模，再进行超声打磨抛光，频率为28kHz，时间为35min，抛光液为金刚石抛光液，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，得成型角件；
（6）淬火：将成型角件加热至910℃，保温45min，取出，置于PAG淬火剂中，自然降至室温，能够进一步减小角件内部的晶格粒径，从奥氏体向马氏体转变，提高角件的强度和抗疲劳性能，避免角件在持续承重力的情况下发生变形，得淬火角件；
（7）回火：将淬火角件以4.5℃/min的速度加热至415℃，保温35min，再以2.5℃/min的速度自然降至室温，能够消除淬火过程中的角件残留内应力，防止变形和开裂，提高角件的强度和耐用性，延长角件的使用寿命，得回火角件；
（8）后处理：对回火角件进行表面涂油，得废铁再生角件。
试验结果：硬度HRC：58.9、抗拉强度Rm：2268N/mm2、粗糙度：0.49μm、耐磨性：12mm3、耐酸：317d、耐碱：375d、耐盐：399d。
实施例3
一种废铁再利用制备角件的铸造方法，包括以下步骤：
（1）磁选：先将收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，使角件材料成分一致，具有较高的强度和实用性，得除杂废铁；
（2）一次加热：将除杂废铁置于加热釜中，以3℃/min的速度加热至550℃，保温50min，再以5℃/min的速度加热至1550℃，保温搅拌120min，能够对废铁进行充分加热熔融，使铸造后角件的结构均匀，得一次加热料；
（3）一次冷却：将一次加热料以4℃/min的速度降温至780℃，保温60min，自然降温至310℃，能够减小晶格粒径，提高角件的强度，避免在使用过程中因外力挤压而变形，得一次冷却料；
（4）二次加热：将配合料加入反应釜中，配合料的加入量为废铁重量的36%，配合料由以下重量份的原料组成：碳29、废铜22、硅18、镍14、铬10、锰7；废铜由废青铜和废黄铜的组成，重量比为废青铜:废黄铜=4:1，废黄铜和废青铜按照一定的重量比组成，严格控制角件的成分含量，保持角件具有较高的强度和抗腐蚀性能，延长角件的使用寿命，以4℃/min的速度加热至完全熔融，保温搅拌90min，以5℃/min的速度进行降温降温至670℃，保温60min，再以3℃/min的速度加热至完全熔融，使配合料与废铁充分结合，并且能够将还原三氧化二铁为铁，进一步提高角件的强度和亮度，使外观更加美观，得二次加热料；
（5）浇铸成型：将二次加热料注入角件模具中，保温60min，自然降温至420℃，保温40min，再以4℃/min的速度加热至1080℃，保温90min，自然降至室温，能够充分排出注入过程中带入的空气，使角件结构致密，提高角件的强度和耐磨性，脱模后进行超声抛光，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，脱模，再进行超声打磨抛光，频率为29kHz，时间为40min，抛光液为金刚石抛光液，能够使角件表面光滑，便于安装和使用，得成型角件；
（6）淬火：将成型角件加热至920℃，保温50min，取出，置于PAG淬火剂中，自然降至室温，能够进一步减小角件内部的晶格粒径，从奥氏体向马氏体转变，提高角件的强度和抗疲劳性能，避免角件在持续承重力的情况下发生变形，得淬火角件；
（7）回火：将淬火角件以5℃/min的速度加热至435℃，保温40min，再以3℃/min的速度自然降至室温，能够消除淬火过程中的角件残留内应力，防止变形和开裂，提高角件的强度和耐用性，延长角件的使用寿命，得回火角件；
（8）后处理：对回火角件进行表面涂油，得废铁再生角件。
试验结果：硬度HRC：58.4、抗拉强度Rm：2258N/mm2、粗糙度：0.52μm、耐磨性：12mm3、耐酸：314d、耐碱：373d、耐盐：396d。
废铁再生角件的性能参数：
各组制备的废铁再生角件，为直角角件，边长为200mm，高为50mm，按照GB/T228-2010检测各组废铁再生角件的硬度HRC和抗拉强度Rm（N/mm2）；并选择3件用于表面检测，记录粗糙度（μm）和耐磨性（mm3）；在常温常压下，各组分别选择3件置于6mol/L的NaCl水溶液，选择3件置于6mol/L的HCl水溶液，选择3件置于6mol/L的NaOH水溶液中，观察各组废铁再生角件出现腐蚀现象的时间（d）；每个试验重复3次，结果取平均值。

Claims (6)

1.一种废铁再利用制备角件的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）磁选：将收集的废铁进行磁选，去除废铁中的其它金属，得除杂废铁；
（2）一次加热：将除杂废铁置于加热釜中，以2~3℃/min的速度加热至510~550℃，保温40~50min，再以4~5℃/min的速度加热至1450~1550℃，保温搅拌100~120min，得一次加热料；
（3）一次冷却：将一次加热料以3~4℃/min的速度降温至740~780℃，保温40~60min，自然降温至270~310℃，得一次冷却料；
（4）二次加热：将配合料加入反应釜中，以3~4℃/min的速度加热至完全熔融，保温搅拌60~90min，快速降温至630~670℃，保温50~60min，再以2~3℃/min的速度加热至完全熔融，得二次加热料；
（5）浇铸成型：将二次加热料注入角件模具中，保温50~60min，自然降温至360~420℃，保温30~40min，再以3~4℃/min的速度加热至1040~1080℃，保温70~90min，自然降至室温，脱模，打磨抛光，得成型角件；
（6）淬火：将成型角件加热至900~920℃，保温40~50min，取出，置于PAG淬火剂中，自然降至室温，得淬火角件；
（7）回火：将淬火角件以4~5℃/min的速度加热至395~435℃，保温30~40min，再以2~3℃/min的速度自然降至室温，得回火角件；
（8）后处理：对回火角件进行表面涂油，得废铁再生角件。
2.根据权利要求1所述废铁再利用制备角件的铸造方法，其特征在于，所述步骤（4）的配合料，加入量为废铁重量的34~36%，由以下重量份的原料组成：碳27~29、废铜20~22、硅16~18、镍12~14、铬8~10、锰5~7。
3.根据权利要求2所述废铁再利用制备角件的铸造方法，其特征在于，所述的废铜由废青铜和废黄铜的组成，重量比为废青铜:废黄铜=3~4:1。
4.根据权利要求1所述废铁再利用制备角件的铸造方法，其特征在于，所述步骤（4）的快速降温，为以4~5℃/min的速度进行降温。
5.根据权利要求1所述废铁再利用制备角件的铸造方法，其特征在于，所述步骤（5）的打磨抛光，为超声打磨抛光，频率为27~29kHz，时间为30~40min，抛光液为金刚石抛光液。
6.一种权利要求1~5任一项所述废铁再利用制备角件的铸造方法制备得到的废铁再生角件。
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