CN113523244A - 一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法，本方法适用于条状低碳钢板和高铬铸铁双金属耐磨件复合，包括如下步骤：1）低碳钢板上加工内浇道锥台孔，内浇道面积大于横浇道面积；低碳钢板上表面为硼酸层，下表面为涂料层。2）将低碳钢板放置在横浇道上，上方采用保温层形成高铬铸铁型腔；在高铬铸铁型腔底部、低碳钢板的四周，设计有翼边腔；高铬铸铁型腔顶部，连接有扁通道和泡沫块；该泡沫块可形成高铬铸铁单金属铸件。3）浇注。4）开箱清理。本方法生产的可焊双金属耐磨件产生冶金结合，消除了外表面双金属交界面的缝隙，提高了双金属耐磨件的使用寿命。

Description

一种可焊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复合铸造，具体涉及一种可焊双金属固液复合的铸造方法，特别适用于条状双金属耐磨件的铸造。

背景技术

申请人申请的实用新型专利2018206328085公开了一种双金属耐磨块，该双金属耐磨块由焊接性能良好的低碳钢和耐磨性良好的高铬铸铁固液复合而成，用于耐磨管道耐磨层的修补。单块耐磨块尺寸为20×50×50mm，质量约400g，四块连接也只有不足1.6kg，由于金属液相对较少，金属液冷却速度较快，该耐磨块从外表面上看，在双金属交界面存在未结合的缝隙，该缝隙会成为以后的裂纹源，使得内部结合的双金属在结合面分开，依靠高铬铸铁向下的凸块与低碳钢锥台孔的配合固定，高铬铸铁失去了低碳钢的保护，在冲击性工况下，高铬铸铁块易碎裂剥离，严重影响了耐磨块的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种条状可焊双金属耐磨件固液复合的铸造方法，使得固液冶金结合，复合牢固，消除外表面双金属交界面的缝隙。

本发明采取的技术方案是：本方案适用于条状低碳钢板和高铬铸铁双金属耐磨件的复合，固体为低碳钢板，液体为高铬铸铁金属液，包括如下步骤：1）低碳钢板处理：在低碳钢板上均布加工作为内浇道的下大上小锥台孔，所述内浇道的面积总和大于横浇道截面积；清理低碳钢板上表面的锈层和污油，均匀布撒硼酸粉，放入180-250℃的加热炉中，将硼酸粉熔化，冷却后形成0.2-0.5mm硼酸层；在低碳钢板的下表面刷涂耐火涂料，形成不小于4mm的涂料层；低碳钢板四周侧面保持金属表面，或刷涂料。2）造型：将步骤1）处理后的低碳钢板放置在横浇道上，横浇道与低碳钢板之间由涂料层隔开，所述低碳钢板上方采用的保温层形成高铬铸铁型腔；保温层为2-5mm醇基硅藻土涂料层，或者是多孔性成型耐火材料；所述高铬铸铁型腔底部、低碳钢板的四周，设计有2-4mm翼边腔；所述高铬铸铁型腔顶部，设计有扁通道，所述扁通道连接泡沫块；该泡沫块可形成高铬铸铁单金属铸件。所述翼边腔与横浇道连通的位置安放砂芯。3）浇注：高铬铸铁金属液自低碳钢板的锥台孔内浇道由下而上开放式平稳流入高铬铸铁型腔中，底部低温金属液流入翼边腔形成翼边，上部低温金属液经扁通道流入泡沫块中，形成单金属高铬铸铁铸件或回炉料。4）开箱清理：清理掉翼边。

本发明产生的有益效果是：可焊耐磨件双金属复合产生冶金结合，消除了外表面双金属交界面的缝隙，提高了双金属耐磨件的使用寿命。

附图说明

图1为实施例1固液复合造型示意图；

图2为图1的A-A截面示意图；

图3为实施例2固液复合造型示意图；

图4为图3的B-B截面示意图；

其中：1-横浇道、2-内浇道、3-低碳钢板、4-高铬铸铁型腔、5-硼酸层、6-翼边腔、7-扁通道、8-泡沫块、9-保温层、10-型砂、11-涂料层、12-砂芯。

具体实施方式

本方法适用于条状的可焊双金属耐磨铸件的固液复合，下面分别采用双金属耐磨块和双金属耐磨条对本方法进行详细说明。

实施例1：双金属耐磨块。

附图1为本实施例双金属耐磨块固液复合造型示意图，附图2为附图1的A-A截面示意图。将耐磨块高铬铸铁向下的凸块位置设计为内浇道2，内浇道2为下大上小的锥台孔。低碳钢板3的上表面涂覆一层硼酸层5，下表面为涂料层11。低碳钢板3放置在横浇道1的上面，在低碳钢板3上方采用保温层9形成高铬铸铁型腔4。在高铬铸铁型腔4底部、低碳钢板3的四周，设计有2-4mm翼边腔6。在高铬铸铁型腔4顶部设计有扁通道7，扁通道7连接泡沫块8。

固液复合铸造方法如下：

1）低碳钢板处理。按照图纸尺寸要求加工低碳钢板，低碳钢板的锥台孔内浇道均布，所述锥台孔尺寸下大上小，其面积总和大于横浇道的截面积。低碳钢板抛丸处理或抛光处理，将低碳钢板上表面（即与高铬铸铁的交界面）的锈层和污油清理干净，在上表面均匀布撒硼酸粉，放入180-250℃的加热炉中，将硼酸粉熔化，冷却后形成一薄层硼酸层5，硼酸层5厚度0.2-0.5mm。该硼酸层作用有两个，一是隔绝空气，防止上表面氧化生锈，保持上表面纯净，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，有利于固液复合的结合。在低碳钢板的下表面（即与横浇道金属液的接触面）刷涂耐火涂料，形成涂料层11，涂料层厚度不小于4mm，以满足冷加工去除横浇道预留的间隙。低碳钢板3四周侧面可保持金属表面，也可刷涂料。

2）造型。由于耐磨块浇注金属液很少，需要一箱多件造型浇注。附图1为耐磨块的造型示意图。处理后的低碳钢板3放置在横浇道1上，在翼边腔6与横浇道1联通的位置安放砂芯12，该砂芯12的作用有两个，一是分割翼边腔6与横浇道1，避免横浇道1中的金属液自翼边腔6进入高铬铸铁型腔4中，二是减小横浇道截面积，使得充型金属液开放式充型，这样金属液流动平稳，不产生紊流。保温层9采用醇基硅藻土涂料，在模型上刷涂2-4遍，厚度控制在2-5mm。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，在合箱前，用酒精烘烤器烘烤，使硅藻土涂料中的自由水蒸发。保温层9也可以采用其它已经成型的多孔性耐火材料，这样有利于快速造型。

上箱造型时，由于扁通道7和泡沫块8处没有分型面，采用型砂10内埋EPS的方式造型。泡沫块8可采用高铬铸铁篦条泡沫块，这样，可以在浇注固液复合耐磨块的同时，浇注篦条产品，提高金属利用率。因篦条重量为5-10kg，远超过耐磨块高铬铸铁金属液的浇注重量，这样，流经耐磨块型腔的高温金属液可充分加热低碳钢板和保温层，使得固液复合更充分，结合力更牢靠。

3）浇注。高铬铸铁金属液浇注温度的过热度不低于300℃。流入横浇道1中的金属液先辐射烘烤低碳钢板3，高铬铸铁金属液自低碳钢板3的锥台孔内浇道2由下而上平稳流入高铬铸铁型腔4中，当高铬铸铁金属液从内浇道2流过时，金属液接触加热低碳钢板3。因硼酸的沸点约300℃，当高铬铸铁金属液流过低碳钢板3上表面时，硼酸层5已经蒸发，底部的低温金属液流入低碳钢板3四周的翼边腔6。此时，上表面的金属液辐射加热保温层9。由于金属液为平稳的层状流动，高铬铸铁型腔4上表面的低温金属液从扁通道7流入泡沫块8的型腔中，浇注完成。

翼边腔6浇注的翼边在后续的清理工序中处理掉，该翼边腔的作用有两个，一是收集低温金属液，消除耐磨块高铬铸铁和低碳钢交界面的外表面缝隙。二是翼边凝固后，在低碳钢四周形成缝隙，形成热阻，阻碍低碳钢板3的散热，这样，低碳钢板3的上下左右全部被金属液包围。若低碳钢板3四周侧面涂刷涂料层，则热阻效果更好。

扁通道7和泡沫块8的型腔作用有两个，一是收集的是前端用于加热的低温金属液，扁通道7散热条件好，冷却速度快，泡沫块8中的金属液不影响高铬铸铁型腔4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的泡沫块型腔中，可提高耐磨块产品的铸造质量。泡沫块8可形成高铬铸铁回炉料，或单金属高铬铸铁铸件，比如用泡沫块8生产篦条，篦条产品对铸造缺陷敏感度低，完全可以利用浇注篦条的方式提高金属液的利用率。

单个内浇口2尺寸为5-10mm，均布，所用内浇口的截面积总和大于横浇道截面积。宜选用小尺寸，多数量的内浇口，一使得低碳钢板3受热均匀，二减小铸造应力，三增加双金属的接触面积，提高双金属的结合强度。

4）开箱清理。冷却后开箱，抛丸清理涂层，内浇道2采用冷加工的方法与横浇道1分离，如砂轮锯或水切割等，避免高铬铸铁受热产生裂纹。涂料层的厚度应保证砂轮锯或水切割操作。这样，内浇道2便构成了高铬铸铁向下的凸块。清理掉脆性高铬铸铁翼边，入炉热处理。

本方法利用前端的金属液加热低碳钢板和保温层；低碳钢板3由下部的横浇道、上部的金属液和四周的翼边包裹，本方法利用保温层、翼边腔和横浇道减缓耐磨块高铬铸铁型腔4金属液和低碳钢板的冷却速度，增加固液结合时间，促进产生冶金结合；利用低碳钢板的锥台孔作为内浇道，可快速加热低碳钢板，也提高了工艺出品率。翼边消除了双金属交界面的外表面缝隙，消除了裂纹源。采用本方法生产的双金属耐磨块，高铬铸铁与低碳钢板冶金结合，使得高铬铸铁得到了低碳钢板的承载和保护，提高了双金属耐磨块的使用寿命。

实施例2：双金属耐磨条。

本产品是在实施例1的工艺基础上开发的新产品，双金属耐磨条用于矿石料仓，焊接在料仓内壁，承受矿石落料的冲击和磨损。通常情况下，料仓由低碳钢板焊接而成，但低碳钢板耐磨性较差，造成料仓使用寿命降低。为提高矿石料仓的使用寿命，提高设备利用率，在料仓内壁间隔焊接双金属耐磨条，矿石直接磨损耐磨条，从而保证低碳钢板不受磨损。双金属耐磨条由焊接性能良好的低碳钢和耐磨性良好的高铬铸铁固液复合而成，尺寸为20×50×500mm，其中低碳钢板厚度6mm，高铬铸铁厚度14mm，单重4kg。

附图3为本实施例双金属耐磨条固液复合造型示意图，附图4为附图3的B-B截面示意图。将耐磨条高铬铸铁向下的凸块位置设计为内浇道2，内浇道2为锥台孔。低碳钢板3的上表面涂覆一层硼酸层5，下表面为涂料层11。低碳钢板3放置在横浇道1的上面，在低碳钢板3上方采用保温层9形成高铬铸铁型腔4。在高铬铸铁型腔4底部、低碳钢板3的四周，设计有2-4mm翼边腔6。在高铬铸铁型腔4顶部设计有扁通道7，扁通道7连接泡沫块8。

固液复合铸造方法如下：

1）低碳钢板处理。按照图纸尺寸要求加工低碳钢板3，低碳钢板3的锥台孔内浇道均布，其面积总和大于横浇道1的截面积。低碳钢板3抛丸处理或抛光处理，将低碳钢板上表面（即与高铬铸铁的交界面）的锈层和污油清理干净，在上表面均匀布撒硼酸粉，放入180-250℃的加热炉中，将硼酸粉熔化，冷却后形成一薄层硼酸层5，硼酸层5厚度0.2-0.5mm。硼酸层作用同实施例1。在低碳钢板的下表面（即与横浇道金属液的接触面）刷涂耐火涂料，形成涂料层11，涂料层厚度不小于4mm，以满足冷加工去除横浇道的要求。刷涂耐火涂料前，用白模块将锥台孔内浇道堵塞，防止涂料进入内浇道。低碳钢板四周侧面可保持金属表面，也可刷涂料。

2）造型。单根耐磨条浇注金属液很少，约2.8kg，通常一箱多件造型。附图3为耐磨条的造型示意图。处理后的低碳钢板3放置在横浇道1上，在翼边腔6与横浇道1联通的位置安放砂芯12，该砂芯12的作用同实施例1。保温层9与实施例1一致，同样采用醇基硅藻土涂料，或其它已经成型的多孔性耐火材料。上箱造型时，同样采用型砂10内埋白模块EPS扁通道7和泡沫块8的方式造型。泡沫块8可采用高铬铸铁篦条泡沫块，或其它高铬铸铁单金属铸件，流经耐磨条型腔的高温金属液可充分加热低碳钢板和保温层，使得固液复合更充分，结合力更牢靠。

3）浇注。同实施例1。

4）开箱清理。同实施例1。

本实施例利用金属液加热低碳钢板和保温层，低碳钢板3由下部的横浇道、上部的金属液和四周的翼边包裹，利用保温层、翼边腔和横浇道减缓耐磨条高铬铸铁型腔4金属液和低碳钢板的冷却速度，增加固液结合时间，促进产生冶金结合。利用低碳钢板的锥台孔作为内浇道，可快速加热低碳钢板，也提高了工艺出品率。翼边消除了双金属交界面的外表面缝隙，消除了裂纹源。采用本方法生产的双金属耐磨条，高铬铸铁与低碳钢板冶金结合，提高了矿石料仓的使用寿命。

Claims (6)

1.一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法，用于低碳钢板和高铬铸铁条状耐磨件的复合，固体为低碳钢板，液体为高铬铸铁金属液，包括如下步骤：

1）低碳钢板处理：在低碳钢板（3）上均布加工有下大上小的锥台孔，所述锥台孔为内浇道（2），所述内浇道（2）的面积总和大于横浇道（1）截面积；清理低碳钢板上表面的锈层和污油，均匀布撒硼酸粉，放入180-250℃的加热炉中，将硼酸粉熔化，冷却后形成硼酸层（5）；在低碳钢板（3）的下表面刷涂耐火涂料，形成涂料层（11）；

2）造型：将步骤1）处理后的低碳钢板（3）放置在横浇道（1）上，所述横浇道（1）与低碳钢板（3）由涂料层（11）隔开；所述低碳钢板（3）上方采用保温层（9）形成高铬铸铁型腔（4）；所述高铬铸铁型腔（4）底部、低碳钢板（3）的四周，设计有2-4mm翼边腔（6）；所述高铬铸铁型腔（4）顶部，设计有扁通道（7），所述扁通道（7）连接泡沫块（8）；所述翼边腔（6）与横浇道（1）连通的位置安放砂芯（12）；

3）浇注：高铬铸铁金属液自低碳钢板（3）的锥台孔内浇道（2）由下而上开放式平稳流入高铬铸铁型腔（4）中，底部低温金属液流入翼边腔（6），形成翼边；上部低温金属液经扁通道（7）流入泡沫块（8）中；

4）开箱清理：采用冷加工的方法清理掉步骤2）所述横浇道（1）和扁通道（7）、以及步骤3）所述翼边。

2.根据权利要求1所述的一种可焊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（5）厚度为0.2-0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：步骤1）所述的涂料层（11）厚度不小于4mm 。

4.根据权利要求1所述的一种可焊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（9）为2-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：所述低碳钢板（3）四周侧面保持金属表面或刷涂料。

6.根据权利要求1所述的一种可焊双金属耐磨件固液复合铸造方法，其特征在于：所述泡沫块（8）形成单金属高铬铸铁铸件。

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