CN112828240B - 一种高强度重型卡车牵引座铸钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度重型卡车牵引座铸钢及其制备方法，包括改性冒口覆盖剂、改性环氧树脂覆膜砂、改性膨胀石墨、改性环氧树脂、聚氨酯、C、1Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Ti、Al、B、稀土元素。用离子液体对膨胀石墨进行表面修饰，可以更均匀的分散在覆盖剂中，瞬间膨胀后，在相同质量下密度更小，导热系数也更小，可以更长时间的维持钢液温度不下降。改性环氧树脂覆膜砂可以加快铸钢牵引座的制备时的固化速度，固化降温时与冒口覆盖剂形成的保温体系，在整体固化速度加快的同时，又降低了冒口中钢液的凝固速度，铸钢牵引座制备完成前使用真空负压壳型铸造技术为其制备高强度的外壳，与外这种壳的复合，使得牵引座具备较高的强度。

Description

一种高强度重型卡车牵引座铸钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及铸钢领域，具体为一种高强度重型卡车牵引座铸钢及其制备方法。
背景技术
铸钢是制造复杂零件最灵活的方式，先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力同时也是铸造业遇到了来自铸造业内部的外部的巨大挑战。在国内，铸造有着悠久的历史。
但传统的铸钢方法，在铸造过程中的固化速度较慢，工艺过程复杂，使得制备铸钢件时间较长，所以对于铸钢较少制备时间、降低能耗都是具有很大的发展前景的。因此制备一种固化速度快、工艺工程简单、制备过程耗能少的高强度重型卡车牵引座铸钢，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度重型卡车牵引座铸钢，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供如下技术方案：一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
20～40份改性冒口覆盖剂、5～10份改性环氧树脂覆膜砂、10～15份改性膨胀石墨、5～10份改性环氧树脂、5～10份聚氨酯、25～30份C、1～2份Si、2～3份Mn、3～5份Ni、5～10份Cr、2～4份Mo、1～2份Ti、5～10份Al、0.1～0.2份B、2～5份稀土元素，50～60份Fe。
优选的，所述所述稀土元素为铈、镧、钇中一种或几种。
优选的，所述改性覆盖剂为硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成。
优选的，所述改性膨胀石墨为离子液体对膨胀石墨进行表面修饰，经过改性的石墨烯，成褶皱的单层结构，可以更均匀的分散在粉末状的覆盖剂中，瞬间膨胀后，在相同质量下密度更小，导热系数也更小，可以更长时间的维持钢液温度不下降。
优选的，所述改性环氧树脂覆膜砂制备工艺为：
（a）将原砂加热至220℃，在混砂机中进行活性处理；
（b）将双酚A与5倍当量的环氧氯丙烷混合，在氯气的保护下，30～60℃的条件下，将1，6-己二异氰酸酯缓慢的滴加入反应体系，反应1～3h，反应完成后加热到50～80℃缓慢滴加氢氧化钠溶液，再次反应1～3h，反应结束后用去离子水洗3次，静置分层取有机相，减压蒸馏，得到改性环氧树脂；
（c）待原砂降温至110～130℃时，与加入环氧树脂混合；
（d）加入偶联剂与硬脂酸钙，待温度降低至90～100℃时，加入双氰胺，再次加入硬脂酸钙；
（e）放砂，水冷至室温，制得性改环氧树脂覆膜砂。
本发明第二方面提供：一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于：
工艺流程为：
（1）将膨胀石墨与离子液体加入到乙醇溶液中，超声分散均匀后，将溶液加入球磨罐中，球磨0.5h后将混合液取出，在70℃下烘干至恒重，磨碎，得到改性膨胀石墨粉末；
（2）将硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成改性冒口覆盖剂备用；
（3）改性覆膜砂制备；
（4）钢液熔炼：按照组成成分将原料投入高炉，搅拌熔炼成钢水；
（5）将改性覆膜砂覆在模具内层，注入钢水进行铸钢；
（6）用改性冒口覆盖剂将冒口覆盖，进行铸钢；
（7）固化成型，得到牵引座内芯；
（8）使用超薄型壳涂刷钢水，制备牵引座外壳；
（9）将牵引座内芯与外壳整合，制成成品。
优选的，所述上述步骤（1）中：膨胀石墨与离子液体体积比为1：1。
优选的，所述上述步骤（2）中：硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨质量比为1：1：3。
优选的，所述上述步骤（6）中：铸钢温度为1610～1630℃。
优选的，所述上述步骤（8）中：涂刷厚度为2～4mm。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
将离子液体与膨胀石墨结合起来，用离子液体对膨胀石墨进行表面修饰，采用离子液体特殊的亲水与疏水基团性能，将其附着在膨胀石墨表面，有助于碳材料的分散性，从而改善冒口覆盖剂的物理性能，膨胀石墨在离子液体改性和机械剪切的作用力下，剥离制备出离子液体改性的石墨烯，成褶皱的单层结构，可以更均匀的分散在粉末状的覆盖剂中，这种经过改性后的单层结构瞬间膨胀后，在相同质量下密度更小，导热系数也更小，可以更长时间的维持钢液温度不下降。
使用改性环氧树脂覆膜砂；制备前将原砂进行活性处理，加强与树脂的粘结性，使覆膜砂的强度提高；采用化学方法合成了一种主链中含有长链脂肪链的聚氨酯型环氧树脂，这种经过聚氨酯改性的环氧树脂具备更高的的韧性；以改性的环氧树脂为粘结剂，再以双氰胺为固定剂，双氰胺由于分子中共轭双键和腈基的作用使其在室温下有零号的稳定性，这种覆膜砂使用可以加快铸钢牵引座的制备时的固化速度，固化降温时与冒口覆盖剂形成的保温体系，在整体固化速度加快的同时，又降低了冒口中钢液的凝固速度，使铸钢件可以进行很好的补缩，减少了牵引座中的缩孔、疏松缺陷，提高了铸钢的质量，这种快速固化在增强牵引座强度的同时，也减少了传统覆膜砂带来的污染。
铸钢牵引座制备完成前使用真空负压壳型铸造技术为其制备高强度的外壳，与外这种壳的复合，使得牵引座具备较高的强度，而真空负压壳型铸造技术使传统的型壳制造工艺得到简化，减少涂刷层数，厚度降低，降低工艺复杂度且减少型壳影响因素，同时缩短制壳周期提高生产效率，铸件和型壳件的烧结层会形成一中很强的应力，这种应力会使在高温下烧结的壳型就会从铸件上剥落下来，使得浇铸后得到更好的剥落效果，也减少工艺工序，提高生产效率。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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。
一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
20～40份改性冒口覆盖剂、5～10份改性环氧树脂覆膜砂、10～15份改性膨胀石墨、5～10份改性环氧树脂、5～10份聚氨酯、25～30份C、1～2份Si、2～3份Mn、3～5份Ni、5～10份Cr、2～4份Mo、1～2份Ti、5～10份Al、0.1～0.2份B、2～5份稀土元素，50～60份Fe。
优选的，所述所述稀土元素为铈、镧、钇中一种或几种。
优选的，所述改性覆盖剂为硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成。
优选的，所述改性膨胀石墨为离子液体对膨胀石墨进行表面修饰，经过改性的石墨烯，成褶皱的单层结构，可以更均匀的分散在粉末状的覆盖剂中，瞬间膨胀后，在相同质量下密度更小，导热系数也更小，可以更长时间的维持钢液温度不下降。
优选的，所述改性环氧树脂覆膜砂制备工艺为：
（a）将原砂加热至220℃，在混砂机中进行活性处理；
（b）将双酚A与5倍当量的环氧氯丙烷混合，在氯气的保护下，30～60℃的条件下，将1，6-己二异氰酸酯缓慢的滴加入反应体系，反应1～3h，反应完成后加热到50～80℃缓慢滴加氢氧化钠溶液，再次反应1～3h，反应结束后用去离子水洗3次，静置分层取有机相，减压蒸馏，得到改性环氧树脂；
（c）待原砂降温至110～130℃时，与加入环氧树脂混合；
（d）加入偶联剂与硬脂酸钙，待温度降低至90～100℃时，加入双氰胺，再次加入硬脂酸钙；
（e）放砂，水冷至室温，制得性改环氧树脂覆膜砂。
本发明第二方面提供：一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于：
工艺流程为：
（1）将膨胀石墨与离子液体加入到乙醇溶液中，超声分散均匀后，将溶液加入球磨罐中，球磨0.5h后将混合液取出，在70℃下烘干至恒重，磨碎，得到改性膨胀石墨粉末；
（2）将硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成改性冒口覆盖剂备用；
（3）改性覆膜砂制备；
（4）钢液熔炼：按照组成成分将原料投入高炉，搅拌熔炼成钢水；
（5）将改性覆膜砂覆在模具内层，注入钢水进行铸钢；
（6）用改性冒口覆盖剂将冒口覆盖，进行铸钢；
（7）固化成型，得到牵引座内芯；
（8）使用超薄型壳涂刷钢水，制备牵引座外壳；
（9）将牵引座内芯与外壳整合，制成成品。
优选的，所述上述步骤（1）中：膨胀石墨与离子液体体积比为1：1。
优选的，所述上述步骤（2）中：硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨质量比为1：1：3。
优选的，所述上述步骤（6）中：铸钢温度为1610～1630℃。
优选的，所述上述步骤（8）中：涂刷厚度为2～4mm。
实施例1：高强度重型卡车牵引座铸钢一：
一种高强度重型卡车牵引座铸钢，该牵引座铸钢组分以重量份计：
改性冒口覆盖剂重量分数为20份、改性环氧树脂覆膜砂重量分数为5份、改性膨胀石墨重量分数为10份、改性环氧树脂重量分数为5份、聚氨酯重量分数为5份、C重量分数为25份、Si重量分数为1份、Mn重量分数为2份、Ni重量分数为3份、Cr重量分数为5份、Mo重量分数为2份、Ti重量分数为1份、Al重量分数为5份、B重量分数为0.1份、稀土元素重量分数为2份、Fe重量分数为50份。
该牵引座铸钢的制备方法如下：
（1）将膨胀石墨与离子液体混合，体积比为1：1，加入到乙醇溶液中，超声分散均匀后，将溶液加入球磨罐中，球磨0.5h后将混合液取出，在70℃下烘干至恒重，磨碎，得到改性膨胀石墨粉末；
（2）将硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨以质量比为1：1：3组成改性冒口覆盖剂备用；
（3）改性覆膜砂制备；
（a）将原砂加热至220℃，在混砂机中进行活性处理；
（b）将双酚A与5倍当量的环氧氯丙烷混合，在氯气的保护下，30～60℃的条件下，将1，6-己二异氰酸酯缓慢的滴加入反应体系，反应1h，反应完成后加热到50℃缓慢滴加氢氧化钠溶液，再次反应1h，反应结束后用去离子水洗3次，静置分层取有机相，减压蒸馏，得到改性环氧树脂；
（c）待原砂降温至110℃时，与加入环氧树脂混合；
（d）加入偶联剂与硬脂酸钙，待温度降低至90℃时，加入双氰胺，再次加入硬脂酸钙；
（e）放砂，水冷至室温，制得性改环氧树脂覆膜砂。
（4）钢液熔炼：按照组成成分将原料投入高炉，搅拌熔炼成钢水；
（5）将改性覆膜砂覆在模具内层，注入钢水进行铸钢；
（6）用改性冒口覆盖剂将冒口覆盖，进行铸钢，铸钢温度为1620℃；
（7）固化成型，得到牵引座内芯；
（8）使用超薄型壳涂刷钢水，涂刷厚度为2.5mm，制备牵引座外壳；
（9）将牵引座内芯与外壳整合，制成成品。
实施例2：高强度重型卡车牵引座铸钢二：
一种高强度重型卡车牵引座铸钢，该牵引座铸钢组分以重量份计：
改性冒口覆盖剂重量分数为40份、改性环氧树脂覆膜砂重量分数为10份、改性膨胀石墨重量分数为15份、改性环氧树脂重量分数为10份、聚氨酯重量分数为10份、C重量分数为30份、Si重量分数为2份、Mn重量分数为3份、Ni重量分数为5份、Cr重量分数为10份、Mo重量分数为4份、Ti重量分数为2份、Al重量分数为10份、B重量分数为0.2份、稀土元素重量分数为5份、Fe重量分数为60份。
该牵引座铸钢的制备方法如下：
（1）将膨胀石墨与离子液体混合，体积比为1：1，加入到乙醇溶液中，超声分散均匀后，将溶液加入球磨罐中，球磨0.5h后将混合液取出，在70℃下烘干至恒重，磨碎，得到改性膨胀石墨粉末；
（2）将硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨以质量比为1：1：3组成改性冒口覆盖剂备用；
（3）改性覆膜砂制备；
（a）将原砂加热至220℃，在混砂机中进行活性处理；
（b）将双酚A与5倍当量的环氧氯丙烷混合，在氯气的保护下，60℃的条件下，将1，6-己二异氰酸酯缓慢的滴加入反应体系，反应3h，反应完成后加热到80℃缓慢滴加氢氧化钠溶液，再次反应3h，反应结束后用去离子水洗3次，静置分层取有机相，减压蒸馏，得到改性环氧树脂；
（c）待原砂降温至130℃时，与加入环氧树脂混合；
（d）加入偶联剂与硬脂酸钙，待温度降低至100℃时，加入双氰胺，再次加入硬脂酸钙；
（e）放砂，水冷至室温，制得性改环氧树脂覆膜砂。
（4）钢液熔炼：按照组成成分将原料投入高炉，搅拌熔炼成钢水；
（5）将改性覆膜砂覆在模具内层，注入钢水进行铸钢；
（6）用改性冒口覆盖剂将冒口覆盖，进行铸钢，铸钢温度为1630℃；
（7）固化成型，得到牵引座内芯；
（8）使用超薄型壳涂刷钢水，涂刷厚度为4mm，制备牵引座外壳；
（9）将牵引座内芯与外壳整合，制成成品。
对比例1
对比例1的处方组成同实施例1。该牵引座铸钢的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤（1）的制备，步骤（2）使用膨胀石墨进行冒口覆盖剂的制备，其余制备步骤同实施例1。
对比例2
对比例2的处方组成同实施例1。该牵引座铸钢的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤（3）的制备，步骤（5）直接使用普通覆膜砂进行铸钢的制备，其余制备步骤同实施例1。
试验例1
1、试验方法
实施例1与对比例1为对照试验，在实施例1与对比例1的高强度重型卡车牵引座铸钢制备过程中，检测并记录冒口的从稳定的温度到温度开始下降时的时间。
2、试验结果
实施例1与对比例1制备过程中冒口从稳定的温度到温度开始下降时的时间长短对比参见表2。
表2从稳定的温度到温度开始下降时的时间
时间（min）
实施例1 3.2
对比例2 1.5
通过实施例1与对比例1制备过程中冒口从稳定的温度到温度开始下降时的时间长短进行对比，可以明显发现实施例1制备过程中使用的冒口覆盖剂可以更长时间的维持钢液温度不下降，，预示着本发明制备的高强度重型卡车牵引座铸钢减少缩孔、疏松缺陷，质量更高。
试验例2
1、试验方法
实施例1与对比例2为对照试验，在实施例1与对比例2的高强度重型卡车牵引座铸钢制备过程中，记录固化所用时间进行对比。
2、试验结果
实施例1与对比例2制备过程中固化所用时间对比参见表2。
表2固化所用时间
时间（min）
实施例1 97
对比例2 126
通过实施例1与对比例2制备时固化所用时间进行对比，实施例1固化时间明显较对比例2短，说明本发明使用的改性环氧树脂覆膜砂可以加速铸钢过程中的固化时间，预示着本发明制备高强度重型卡车牵引座铸钢在提高铸钢质量的同时缩短了制备时间。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于，包括以下重量份数的原料：20～40份改性冒口覆盖剂、5～10份改性环氧树脂覆膜砂、10～15份改性膨胀石墨、5～10份改性环氧树脂、5～10份聚氨酯、25～30份C、1～2份Si、2～3份Mn、3～5份Ni、5～10份Cr、2～4份Mo、1～2份Ti、5～10份Al、0.1～0.2份B、2～5份稀土元素，50～60份Fe；
所述改性膨胀石墨为离子液体对膨胀石墨进行表面修饰。
2.根据权利要求1所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于：所述稀土元素为铈、镧、钇中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于：所述改性冒口覆盖剂为硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成。
4.根据权利要求1所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢，其特征在于：所述改性环氧树脂覆膜砂制备工艺为：
（a）将原砂加热至220℃，在混砂机中进行活性处理；
（b）将双酚A与5倍当量的环氧氯丙烷混合，在氯气的保护下，30～60℃的条件下，将1，6-己二异氰酸酯缓慢的滴加入反应体系，反应1～3h，反应完成后加热到50～80℃缓慢滴加氢氧化钠溶液，再次反应1～3h，反应结束后用去离子水洗3次，静置分层取有机相，减压蒸馏，得到改性环氧树脂；
（c）待原砂降温至110～130℃时，与加入环氧树脂混合；
（d）加入偶联剂与硬脂酸钙，待温度降低至90～100℃时，加入双氰胺，再次加入硬脂酸钙；
（e）放砂，水冷至室温，制得性改环氧树脂覆膜砂。
5.根据权利要求1所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于：所述高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法包括工艺流程：
（1）将膨胀石墨与离子液体加入到乙醇溶液中，超声分散均匀后，将溶液加入球磨罐中，球磨0.5h后将混合液取出，在70℃下烘干至恒重，磨碎，得到改性膨胀石墨粉末；
（2）将硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨组成改性冒口覆盖剂备用；
（3）改性覆膜砂制备；
（4）钢液熔炼：按照组成成分将原料投入高炉，搅拌熔炼成钢水；
（5）将改性覆膜砂覆在模具内层，注入钢水进行铸钢；
（6）用改性冒口覆盖剂将冒口覆盖，进行铸钢；
（7）固化成型，得到牵引座内芯；
（8）使用超薄型壳涂刷钢水，制备牵引座外壳；
（9）将牵引座内芯与外壳整合，制成成品。
6.根据权利要求5所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中：膨胀石墨与离子液体体积比为1：1。
7.根据权利要求5所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（2）中：硅铁粉、稻壳和改性膨胀石墨质量比为1：1：3。
8.根据权利要求5所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（6）中：铸钢温度为1610～1630℃。
9.根据权利要求5所述的一种高强度重型卡车牵引座铸钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（8）中：涂刷厚度为2～4mm。
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