CN111468702A - 一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双液复合锤头铸造方法，该方法造型包括上中下三箱，包括下列步骤：1）装配中箱和下箱，在型腔内悬吊安装耐火料，下端为半球形的耐火料在砂芯定位槽内定位，用压块固定。2）高铬铸铁溢出口溢出金属液时，停止浇注高铬铸铁金属液；当溢出口金属液停止流动时，撒入保护剂，用耐火泥堵塞溢出口。3）高铬铸铁上表面结壳，移走压块，取出耐火料，放置砂芯，组合上箱，浇注锤柄碳钢金属液。4）碳钢金属液充满冒口时，停止浇注。本方法可实现液液非平面复合，锤柄和锤端同时产生冶金结合和镶嵌结合，该方法有利于锤端和锤柄的成分和性能控制。

Description

一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法

技术领域

本发明应用于铸造领域，涉及双金属液液复合铸造，适用于双金属锤头的双液复合铸造。

背景技术

锤式破碎机是广泛使用的破碎机械，破碎机锤头是锤式破碎机的耐磨易耗件，其工作条件苛刻。锤头整体分为锤柄与锤端两部分，锤柄要求具有综合机械性能，要有一定的强度和韧性；锤端是抗磨部位，需要具有较高的耐磨性能，因而多选择低合金钢或碳钢锤柄和高铬铸铁锤端复合结构。专利文献CN102873308A、CN104057066B、CN102189245B和CN101239381A等均是先浇注碳钢，后浇注高铬铸铁，采用锤柄在下、锤端在上的造型方式，这种造型浇注方式会使得锤端夹杂物多，铸造缺陷多，硬脆性的高铬铸铁对缺陷比较敏感，这些缺陷影响了锤头的使用寿命，严重时，锤端高铬铸铁大块碎裂掉，会影响破碎机的运行安全。CN102872941A公开了在铸型型腔中的锤头和锤柄之间用燕尾形隔板，然后同时浇注两种不同的金属，冷却后制成复合锤头。该发明在于隔板难以实现完全熔解，影响锤头和锤柄界面的冶金结合。

双液复合铸造其结合面均是平面，若局部产生严重未熔合，则会成为裂纹源，双液结合面为性能薄弱处，裂纹会沿结合面成直线快速扩展，使得双金属锤头使用寿命大大降低。若结合面全部熔合，则会使得后浇注的锤端高铬铸铁熔合锤柄碳钢较多，从而造成锤端的成分不合格，耐磨性达不到性能指标，同样影响到使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种采用保护剂双液复合的双金属锤头铸造方法，其结合面为非平面，采用保护剂保护，第二次浇注金属液熔合量少，成分可控，不会产生交界面裂纹扩展和锤端耐磨性不足的情况。

本发明采用的技术方案是：先浇注高铬铸铁锤端，后浇注碳钢锤柄，其造型砂箱包括上箱、中箱和下箱，组箱后形成锤端型腔和锤柄型腔，所述上箱由浇注上箱和成型上箱组成，该铸造方法包括以下步骤：1）高铬铸铁金属液浇注前，装配中箱和下箱，高铬铸铁金属液浇注系统包括高铬铸铁浇口杯和高铬铸铁溢出口，在锤柄型腔内悬吊安装耐火料，所述耐火料的下端为半球形，所述耐火料在砂芯定位槽内定位，用压块固定；2）浇注高铬铸铁金属液，高铬铸铁溢出口溢出金属液时，停止浇注；当高铬铸铁溢出口金属液停止流动时，自锤柄型腔撒入保护剂，用耐火泥堵塞高铬铸铁溢出口；移走高铬铸铁浇口杯，装配浇注上箱；3）根据模拟间隔时间，浇注碳钢金属液，碳钢金属液将保护剂自碳钢溢出口清理出来；然后用耐火泥堵塞碳钢溢出口，移走压块，取出耐火料，放置砂芯，组合成型上箱；4）继续浇注碳钢金属液，充满碳钢冒口时，停止浇注。所述碳钢冒口紧贴锤柄的上端侧面。

进一步，步骤2）中的保护剂由低熔点急冷剂和偏硅酸钙保温剂构成，所述低熔点急冷剂包括基料、助溶剂和急冷剂。基料包括石灰和铝矾土，助溶剂包括硼砂、冰晶石，急冷剂包括碲粉和苏打。低熔点急冷剂物料重量百分比为：石灰20%、铝矾土20%、硼砂15%、冰晶石20%、碲粉5%、苏打20%；所述偏硅酸钙保温剂的重量为低熔点急冷剂重量的25%。

进一步，步骤1）所述耐火料的下端为椭球形、或形成下小上大凹坑的其他形状。

进一步，步骤2）所述高铬铸铁溢出口与步骤3）所述碳钢溢出口合二为一，只保留碳钢溢出口。

进一步，为增加保护范围，所述碳钢可采用低合金钢替换。

进一步，为固化间隔时间参数，所述锤端型腔采用预制的保温型腔。

本发明的有益效果是：本方法可实现液液非平面复合，避免未熔合裂纹的扩展。高铬铸铁上表面结壳镶嵌在碳钢中，除产生冶金结合外，还产生机械镶嵌结合，两者结合更为牢固。碳钢金属液利用高温熔合少量高铬铸铁，对碳钢成分和性能不会产生不利影响，有利于控制锤端和锤柄的成分和性能，为后续热处理打下基础，保证双金属各自的性能。

附图说明

图1为双液复合锤头浇注系统示意图；

图2为锤端高铬铸铁浇注系统示意图；

图3为图1的右视图；

图4为实施例2锤端高铬铸铁浇注系统示意图；

其中：1-上箱、2-中箱、3-下箱、4-冷铁、5-锤端型腔、6-锤柄型腔、7-砂芯、8-压块、9-耐火料、10-保温型腔；11-浇注上箱、12-成型上箱、13-高铬铸铁浇口杯、14-高铬铸铁直浇道、15-高铬铸铁内浇道、16-高铬铸铁溢出口；

21-碳钢浇口杯、22-碳钢直浇道、23-碳钢内浇道、24-碳钢溢出口、25-碳钢冒口。

具体实施方式

实施例1。

本实施例先浇注高铬铸铁锤端，后浇注碳钢锤柄，这样可保证锤端的高铬铸铁成分，而且锤端无铸造缺陷，其耐磨性和使用寿命可得到保证，碳钢少量熔合高铬铸铁后成为低合金钢，其综合机械性能性能仍可以满足要求。

附图1为双液复合锤头的浇注系统示意图，造型砂箱包括上箱1、中箱2和下箱3，型腔下部为锤端型腔5，上部为锤柄型腔6，在锤端型腔5下面安装有冷铁4，在锤柄型腔6内固定有形成锤头安装孔的砂芯7。上箱1分为浇注上箱11和成型上箱12两部分，如附图3所示。

锤端高铬铸铁金属液浇注前，定位装配中箱2和下箱3，如附图2所示，高铬铸铁浇口杯13、高铬铸铁直浇道14、高铬铸铁内浇道15和高铬铸铁溢出口16共同组成了锤端的浇注系统。在锤柄型腔6内悬吊安装耐火料9，耐火料9的下端为半球形，以形成双金属球形结合面，也可以是椭球形等其他形状，便于形成下小上大的凹坑。耐火料9在砂芯7的定位槽内定位，用压块8固定，防止耐火料9在高铬铸铁金属液的浮力作用下漂浮。高铬铸铁金属液浇注时，可从锤柄型腔6观察金属液充型情况，当锤端型腔5即将充满时，或高铬铸铁溢出口16溢出金属液时，停止浇注，高铬铸铁直浇道14内的金属液在重力作用下继续充型锤端型腔5，多余的金属液自高铬铸铁溢出口16溢出。当高铬铸铁溢出口16金属液停止流动时，自锤柄型腔6撒入保护剂，同时采用耐火泥堵塞高铬铸铁溢出口16，高铬铸铁金属液浇注完成。

保护剂包括低熔点急冷剂和保温剂，使用时，低熔点急冷剂和保温剂分次加入。低熔点急冷剂包括基料、助溶剂和急冷剂。基料包括石灰和铝矾土，助溶剂包括硼砂、冰晶石，急冷剂包括碲粉和苏打，保温剂采用偏硅酸钙。低熔点急冷剂物料重量百分比为：石灰20%、铝矾土20%、硼砂15%、冰晶石20%、碲粉5%、苏打20%。保温剂偏硅酸钙的重量为低熔点急冷剂的25%。低熔点急冷剂加入后，碲粉蒸发和苏打分解，其强烈的吸热使得高铬铸铁表面结壳，硼砂快速熔化包裹石灰、铝矾土和冰晶石，促进三者之间的反应和助熔。保温剂偏硅酸钙撒入后，在高铬铸铁结壳表面形成液态渣层，在液态渣层上覆盖粉状偏硅酸钙保温剂保温。冷铁4的急冷，使得高铬铸铁金属液向下传热凝固，液态收缩，使得结壳下形成缩孔或疏松。

自高铬铸铁金属液浇注完成，即可取下高铬铸铁浇口杯13，装配带有碳钢浇口杯21的浇注上箱11，如附图3所示。碳钢浇口杯21、碳钢直浇道22、碳钢内浇道23、碳钢溢出口24、碳钢冒口25构成锤柄碳钢金属液的开放式浇注系统，碳钢内浇道23和碳钢溢出口24位于结壳处，位置相对，便于顺畅清理保护剂。碳钢溢出口24和高铬铸铁溢出口16均位于高铬铸铁结壳位置，即位于双金属结合面，两个溢出口可以合二为一，只保留碳钢溢出口24。

根据计算机模拟的间隔时间，该间隔时间保证结壳下高铬铸铁温度在其凝固的温度区间，处于固液两相状态。浇注碳钢金属液，将结壳上的保护剂通过碳钢溢出口24清理排出。然后移走压块8，取出耐火料9。此时耐火料9下端球面周围的结壳破坏，碳钢金属液流入凹槽及结壳下的缩孔或疏松中，与高铬铸铁形成冶金结合。碳钢浇注温度约1550℃以上，而高铬铸铁的熔点约1300℃左右，流入凹槽的碳钢金属液将固液两相的高铬铸铁重熔，形成冶金结合。结壳在未完全凝固的情况下，镶嵌在碳钢中，提高了双金属的结合强度。

取出耐火料9的同时，迅速放置砂芯7，装配成型上箱12，砂箱结构如附图1和附图3所示，继续浇注锤柄碳钢金属液。当碳钢冒口24充满时，停止浇注碳钢金属液。此时高铬铸铁锤端对于碳钢金属液而言，相当于内冷铁，加速碳钢金属液的冷却，碳钢冒口24起到补缩作用，满足碳钢顺序凝固的需要。另外，碳钢冒口24紧贴锤柄的上端侧面，该侧面为平面，一有利于聚集夹杂物、缩孔缩松等铸造缺陷，二有利于割掉冒口后的打磨加工清理。

当锤柄材料采用低合金钢时，上述碳钢更换为低合金钢。

本方法可实现液液非平面复合，避免未熔合裂纹的扩展，有利于增加锤头的安全使用寿命。高铬铸铁上表面结壳镶嵌在碳钢中，除产生冶金结合外，还产生机械镶嵌结合，两者结合更为牢固。碳钢金属液浇注时，高铬铸铁处于凝固温度区间，碳钢金属液利用高温熔合少量高铬铸铁，对碳钢成分和性能不会产生不利影响。采用该方法，有利于控制锤端和锤柄的成分和性能，为后续热处理打下基础。

采用本方法，扩大了双金属锤头浇注工艺参数范围，使得高温碳钢金属液直接与高温高铬铸铁固态直接接触熔合，产品合格率大大增加，在提高产品质量的同时，降低了产品成本。

实施例2。

本实施例与实施例1基本相同，区别在于锤端型腔5采用预制的保温型腔10，如附图4所示。这样可以稳定模型的传热边界条件，增加计算机模拟的准确性，固化间隔时间参数，便于工业化批量生产。

Claims (8)

1.一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，先浇注高铬铸铁锤端，后浇注碳钢锤柄，其特征在于：造型砂箱包括上箱（1）、中箱（2）和下箱（3），组箱后形成锤端型腔（5）和锤柄型腔（6），所述上箱（1）由浇注上箱（11）和成型上箱（12）组成，所述铸造方法包括下列步骤：

1）高铬铸铁金属液浇注前，装配中箱（2）和下箱（3），高铬铸铁金属液浇注系统包括高铬铸铁浇口杯（13）和高铬铸铁溢出口（16），在锤柄型腔（6）内悬吊安装耐火料（9），所述耐火料（9）的下端为半球形，所述耐火料（9）在定位槽内定位，用压块（8）固定，所述定位槽是形成锤头安装孔砂芯（7）的定位槽；

2）浇注高铬铸铁金属液，高铬铸铁溢出口（16）溢出金属液时，停止浇注；当高铬铸铁溢出口（16）金属液停止流动时，自锤柄型腔（6）撒入保护剂，用耐火泥堵塞高铬铸铁溢出口（16）；移走高铬铸铁浇口杯（13），装配浇注上箱（11）；

3）根据模拟间隔时间，浇注碳钢金属液，将保护剂自碳钢溢出口（24）清理出来，然后用耐火泥堵塞碳钢溢出口（24），移走压块（8），取出耐火料（9），放置砂芯（7），组合成型上箱（12）；

4）继续浇注碳钢金属液，充满碳钢冒口（25）时，停止浇注。

2.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：步骤2）所述保护剂由低熔点急冷剂和偏硅酸钙保温剂构成，所述低熔点急冷剂包括基料、助溶剂和急冷剂，所述基料包括石灰和铝矾土，所述助溶剂包括硼砂、冰晶石，所述急冷剂包括碲粉和苏打。

3.根据权利要求2所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：所述低熔点急冷剂物料重量百分比为：石灰20%、铝矾土20%、硼砂15%、冰晶石20%、碲粉5%、苏打20%；所述偏硅酸钙保温剂的重量为低熔点急冷剂重量的25%。

4.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：步骤1）所述耐火料（9）的下端为椭球形、或形成下小上大凹坑的其他形状。

5.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：步骤2）所述高铬铸铁溢出口（16）与步骤3）所述碳钢溢出口（24）均位于双金属结合处，合二为一，只保留碳钢溢出口（24）。

6.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：步骤4）所述碳钢冒口（25）紧贴锤柄的上端侧面。

7.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：所述碳钢采用低合金钢替换。

8.根据权利要求1所述的一种采用保护剂双液复合锤头铸造方法，其特征在于：所述锤端型腔（5）采用预制的保温型腔（10）。

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