CN113523243B - 一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，固体为低碳钢基层，液体为高铬铸铁金属液。1）在基层弯曲两端的端部加工锥台孔，锥台孔的面积总和大于横浇道的截面积；将基层的界面清理干净加热，布撒硼酸粉，形成硼酸层。2）将基层与耐磨层白模块、内浇道和翼边装配。翼边设计在基层四周边部，内浇道与锥台孔连接，内角充填树脂砂，外角部粘接扁通道和积液白模块。3）金属液自横浇道、内浇道、锥台孔进入耐磨层白模块型腔中，再由扁通道流入积液白模块的型腔中。4）采用冷加工的方法去除翼边、内浇道和扁通道。采用本方法生产的弯曲板状双金属耐磨件，消除了界面缝隙，高铬铸铁与基层全部冶金结合。

Description

一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法

技术领域

本发明应用于铸造领域，适用于双金属耐磨件固液复合铸造，具体涉及一种非平面结合界面的固液复合铸造。

背景技术

附图1为焊接在农机深耕机犁腿上的双金属耐磨件，其形状为板状弯曲90°，内角为直角，外角为270°，内角基层1为焊接性良好的低碳钢材质，外角耐磨层2为耐磨性良好的高铬铸铁材质，使用时，将其焊接在犁腿的一个直角上，耐磨层2起到抗磨作用，从而很好的保护了碳钢犁腿。附图2为焊接在装载机装载斗底边或侧边的双金属耐磨件，其形状为板状弯曲成尖角，与附图1的区别在于内角为锐角，外角为大于270°的大钝角，形成尖部，便于装载。两个产品的共同点有：1）双金属的结合面（即界面3）为弯曲的板状，很难进行液液复合，通常选择固液复合。2）厚度较薄，重量较轻，厚度均在20mm左右，单件重量3-4kg，传统固液结合界面3很难做到全部冶金结合，尤其是界面3，从外观上看会存在未结合的缝隙。通常采用如附图3所示的锥形块4与低碳钢锥台孔配合固定，使得基层1和耐磨层2产生机械连接，防止两者脱落。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种双金属耐磨件固液复合铸造方法，使得弯曲板状的双金属耐磨件固液冶金结合牢固，双金属界面外观无缝隙。

本发明采取的技术方案是：该固液复合铸造方法，固体为弯曲板状的低碳钢板基层，液体为高铬铸铁金属液，包括如下步骤：

1）基层处理：在基层弯曲两端的端部加工锥台孔，锥台孔的面积总和大于横浇道的截面积；将基层的界面清理干净，放入180-250℃的加热炉中加热，取出在界面上均匀布撒硼酸粉，或快速插入硼酸粉中取出，界面上硼酸粉熔化，形成厚度为0.1-0.3mm硼酸层。

2）造型：将处理后的基层与耐磨层白模块、内浇道和翼边装配。所述翼边设计在所述基层四周边部，厚度为2-4mm；所述内浇道与锥台孔白模块粘接；涂刷硅藻土保温涂料，烘干后形成厚度为3-5mm的保温层。横浇道粘接后，在内角充填树脂砂。在耐磨层白模块外角部粘接扁通道和积液白模块。

3）浇注：高铬铸铁金属液浇注温度的过热度不低于300℃；高铬铸铁金属液自横浇道、内浇道、锥台孔进入耐磨层白模块型腔中，再由扁通道流入积液白模块的型腔中，完成自下而上充型过程。

4）开箱清理：采用冷加工的方法去除翼边、内浇道和扁通道。

本发明产生的有益效果是：采用本方法生产的弯曲板状双金属耐磨件，消除了界面缝隙，高铬铸铁与低碳钢基层全部冶金结合，高铬铸铁耐磨层得到了低碳钢基层的承载和保护，提高了弯曲板状双金属耐磨件的使用寿命。

附图说明

图1为犁腿双金属耐磨件示意图；

图2为装载斗双金属耐磨件示意图；

图3为双金属机械连接示意图；

图4为实施例1固液复合造型示意图；

图5为图4的A-A截面示意图；

图6为实施例2固液复合造型示意图；

其中：1-基层、2-耐磨层、3-界面、4-锥形块、5-耐磨层白模块、6-翼边、7-锥台孔、8-内浇道、9-树脂砂、10-保温涂层、11-扁通道、12-积液白模块、13-横浇道。

具体实施方式

实施例1：犁腿双金属耐磨件。

附图4为本实施例犁腿双金属耐磨件固液复合造型示意图，附图5为附图4的A-A截面示意图。采用消失模铸造，横浇道13、内浇道8、锥台孔7、耐磨层白模块5、扁通道11和积液白模块12全部采用消失模白模块制作，并粘接。高铬铸铁金属液自横浇道13、内浇道8、锥台孔7进入耐磨层型腔中，再由扁通道11流入积液白模块12的型腔中。为避免犁腿双金属耐磨件内角加砂困难，在造型前，预先充填溃散性良好的树脂砂9。

犁腿双金属耐磨件固液复合铸造方法如下：

1）基层处理。基层1由低碳钢板弯曲直角而成，低碳钢基层1按照图纸尺寸要求加工，在附图4所示基层左右两端的端部（即基层弯曲两端的端部）加工锥台孔7，该锥台孔7如附图5所示均布多个。所述锥台孔7的面积总和大于横浇道13的截面积，每个锥台孔7的面积小于与其连接的内浇道8的截面积。低碳钢基层1抛丸处理或抛光处理，重点是将低碳钢基层界面3的锈层和污油清理干净，然后放入180-250℃的加热炉中加热约1-2min，取出在界面上均匀布撒硼酸粉，或快速插入硼酸粉中取出，加热的低碳钢基层将硼酸粉熔化，在界面上形成一薄层硼酸层，硼酸层厚度0.1-0.3mm。该硼酸层作用有两个，一是隔绝空气，防止界面氧化生锈，保持界面纯净，为固液结合打下基础。二是增加双金属的浸润程度，提高双金属的结合力，有利于固液复合的冶金结合。

2）造型。界面上形成硼酸层的低碳钢基层1冷却后，与耐磨层白模块5、内浇道8和翼边6装配。翼边6设计在基层1的四周边部，如附图4和附图5所示，厚度2-4mm。涂刷保温涂料，烘干后形成保温层10，厚度控制在3-5mm。内浇道8与横浇道13粘接，在内角充填树脂砂9。由于本实施例高铬铸铁金属液浇注量较少，需要一箱多件造型浇注。附图4为本实施例的单件造型示意图，振动造型加砂接近顶部时，粘接扁通道11和积液白模块12，继续加砂振动造型至工艺要求。

保温涂料采用硅藻土涂料，由于硅藻土为多孔性，传热系数低，具有良好的保温效果。但硅藻土也具有吸水性，要求尽量缩短造型和等待浇注时间。

3）浇注。高铬铸铁金属液浇注温度的过热度不低于300℃。高铬铸铁金属液自横浇道13、内浇道8、锥台孔7进入耐磨层白模块5型腔中，再由扁通道11流入积液白模块12的型腔中。这样，流经耐磨层白模块5型腔的高温金属液可充分加热低碳钢基层1和保温层10，使得固液复合更充分，结合力更牢靠，从而获得完全的冶金结合。

本浇注系统为开放式，为保证高铬铸铁金属液从锥台孔7的平稳充型，不宜采用高真空度或透气性好的涂层，故选择保温层10的厚度为3-5mm，保温层厚度增加，一可以削弱保温层的透气性，二可以获得良好的保温效果。若涂层厚度超过5mm，则需要增加涂料刷涂遍数和烘干时间，增加工序成本。

因硼酸的沸点约300℃，高铬铸铁金属液充型过程中，在白模块气化的同时，硼酸层蒸发，纯净的界面与高温金属液充分接触，产生冶金结合。

浇注的翼边6在后续的清理工序中处理掉，该翼边的作用有两个，一是前端加热基层的低温金属液充型，消除低温金属液无法产生冶金结合的缺陷，从而消除界面3外表面未结合的缝隙。二是翼边凝固后，在基层的四周产生间隙，形成热阻，阻碍低碳钢基层1的散热，有助于固液的冶金复合。

锥台孔7加工在基层弯曲两端的端部，一可使得流动的高温金属液加热端部周围的型砂，减小铸件降温的温度梯度，有助于形成冶金结合。二有助于金属液充分加热低碳钢基层，从而促进双金属的冶金结合。

内角散热较差，有利于高温保持，在外角部位、即耐磨层白模块5的顶部设计有扁通道11和积液白模块12，一有利于金属液在流动的过程中充分加热基层，二可降低外角温降的温度梯度，促进双金属的冶金结合。扁通道11和积液白模块12的作用有两个，一是收集的是前端用于加热的低温金属液，扁通道11相对来说，散热条件好，冷却速度快，便于清理，积液白模块12中的金属液不影响双金属耐磨层的成型凝固。二是作为集渣冒口使用，将金属液前端的夹杂物全部集中在积液白模块12的型腔中，可提高犁腿双金属耐磨件产品的铸造质量。积液白模块12可形成高铬铸铁回炉料，也可以用对铸造缺陷敏感度低的单金属高铬铸铁产品替代，如高铬铸铁篦条，或单金属高铬铸铁其它铸件，以提高金属液的利用率。

4）开箱清理。冷却后开箱，抛丸清理涂层，内浇道8和扁通道11采用冷加工的方法去除，如砂轮锯或水切割等，避免高铬铸铁受热产生裂纹。清理掉脆性高铬铸铁翼边，入炉热处理。

实施例2：装载斗双金属耐磨件。

附图6为本实施例装载斗双金属耐磨件固液复合造型示意图，同样采用消失模铸造，横浇道13、内浇道8、锥台孔7、耐磨层白模块5、扁通道11和积液白模块12全部采用消失模白模块制作，并粘接。高铬铸铁金属液自横浇道13、内浇道8、锥台孔7进入耐磨层型腔中，再由扁通道11流入积液白模块12的型腔中。为避免装载斗双金属耐磨件内角加砂困难，在造型前，预先充填溃散性良好的树脂砂9。

装载斗双金属耐磨件固液复合铸造方法如下：

1）基层处理。基层1由低碳钢板弯曲直角而成，低碳钢基层1按照图纸尺寸要求加工，在附图6所示基层下部左右两端的端部（即基层弯曲两端的端部）加工锥台孔7，该锥台孔7与实施例1一样为均布多个。与实施例1一样，锥台孔7的面积总和大于横浇道13的截面积。低碳钢基层1抛丸处理或抛光处理，然后加热制作硼酸层，加热方式和硼酸层作用同实施例1。

2）造型。界面上形成硼酸层的基层1冷却后，与耐磨层白模块5、内浇道8和翼边6装配，翼边6设计在基层1的四周边部，厚度2-4mm。涂刷保温涂料，保温涂料配方同实施例1，烘干后形成保温层10，厚度控制在3-5mm。内浇道8与横浇道13粘接，在内角充填树脂砂9。一箱多件造型，附图6为本实施例的单件造型示意图，振动造型加砂接近顶部时，粘接扁通道11和积液白模块12，继续加砂振动造型至工艺要求。

3）浇注。同实施例1。

4）开箱清理。同实施例1。

本方法的实施例均是利用前端的金属液加热低碳钢基层和保温层，低碳钢基层的外角和界面有高温金属液，内角散热较差，四周有翼边，可使得低碳钢基层长时间处于高温状态，有利于固液冶金复合。硼酸起到纯净界面和促进冶金结合的作用。利用加工在基层弯曲两端端部的锥台孔、和外角上部的积液白模块，改善了温度场，减小了双金属铸件的温降，大大减缓了低碳钢基层和高铬铸铁金属液的冷却速度，增加固液结合时间，促进产生冶金结合。利用翼边消除界面的表面缝隙，做到美观和冶金结合。采用本方法生产的弯曲板状双金属耐磨件，高铬铸铁与低碳钢基层全部冶金结合，使得高铬铸铁耐磨层得到了低碳钢基层的承载和保护，提高了弯曲板状双金属耐磨件的使用寿命。

Claims (5)

1.一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，固体为低碳钢板基层（1），液体为高铬铸铁金属液，包括如下步骤：

1）基层处理：在基层（1）弯曲两端的端部加工锥台孔（7），所述锥台孔（7）的面积总和大于横浇道的截面积；将基层的界面（3）清理干净，放入180-250℃的加热炉中加热，取出在界面（3）上均匀布撒硼酸粉，或快速插入硼酸粉中取出，界面（3）上硼酸粉熔化，形成硼酸层；

2）造型：将步骤1）处理后的基层（1）与耐磨层白模块（5）、内浇道（8）和翼边（6）装配；所述翼边（6）设计在所述基层（1）四周边部；所述内浇道（8）与步骤1）所述锥台孔（7）白模块粘接；涂刷保温涂料，烘干后形成保温层（10）；横浇道粘接后，在内角充填树脂砂（9）；所述耐磨层白模块（5）外角部粘接扁通道（11）和积液白模块（12）；

3）浇注：高铬铸铁金属液浇注温度的过热度不低于300℃；所述高铬铸铁金属液自横浇道、内浇道（8）、锥台孔（7）进入耐磨层白模块（5）型腔中，再由扁通道（11）流入积液白模块（12）的型腔中，完成自下而上充型过程；

4）开箱清理：采用冷加工的方法去除步骤2）所述翼边（6）、内浇道（8）和扁通道（11）。

2.根据权利要求1所述的一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：步骤1）所述硼酸层的厚度为0.1-0.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：步骤2）所述翼边（6）的厚度为2-4mm。

4.根据权利要求1所述的一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：步骤2）所述保温层（10）厚度为3-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种弯曲板状双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：步骤2）所述保温涂料为硅藻土涂料。

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