CN114367627B - 一种叶轮用覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于稀土涡轮铸造技术领域，涉及一种叶轮用覆膜砂。本发明覆膜砂在满足铸件使用强度的条件下具有较高的透气性，因叶轮铸件比较薄，浇注后会快速冷却，如果型腔内压力大，气体不能及时排出渗入铁水中，冷却后铸件形成气孔缺陷，本发明采用双筛砂进行配比，在充分保证砂型具有较高的强度和韧性的同时还具有高透气性，再通过铬铁矿砂的添加，砂型导热性能增加，减少了叶轮缩孔缩松缺陷形成概率，提高产品成品率。
Description
技术领域
本发明属于稀土涡轮铸造技术领域，涉及一种叶轮用覆膜砂及其制备方法。
背景技术
叶轮作为泵、发动机、膨胀机、水汽轮机、水汽轮机和压缩机等产品上的关键部件,主要作用是对流过的液体或气体进行增压或转换能力。
叶轮常用的的液体或气体进行增压或能量转换。铸件结构通常为不规则曲面，且曲面的翘曲度大、壁厚薄尺寸精度形状公差及表面粗糙度等质量要求高,在铸造工艺方面，薄壁件产品极易出现冷隔、气孔、缩松等问题，尤其是气孔缺陷直接对应覆膜砂的发气量和透气性，然而在使用普通硅砂条件下，发气量与强度呈正比管理，不能单纯为了降低发气量而损失覆膜砂强度，为了进一步提升铸件质量和提高生产效率，急需一种易排气型覆膜砂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种膨胀率低、导热性能良好的叶轮用覆膜砂。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种叶轮用覆膜砂，所述覆膜砂包括如下质量份数的原料：400-500份骨料、5-15份粘结剂、2-5份固化剂、0.5-2份润滑剂、0.2-0.3份增强剂、40-60份导热剂，其中骨料为粒径50-70目硅砂和100-110目硅砂混合制得。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，粒径50-70目硅砂和粒径100-110目硅砂质量比为1：(0.5-1.5)。本发明通过控制添加50-70目和100-110目硅砂的质量比使得砂粒之间有细微缝隙，能够达到良好的透气性能。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，粘结剂为氯丙烯改性的酚醛树脂。本发明通过氯丙烯取代酚醛树脂结构对位连接为邻位连接，并有2、4、6位同时取代，整体固化后分子量增加，耐温时间延长，对位键减少，提高固化后的韧性。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，固化剂为浓度25-30％的六次甲基四胺水溶液。本发明中如果六次甲基四胺浓度过高，在制备过程中不能及时对固化过程降温，同时也会导致溶质六亚甲基四氨与酚醛树脂混合不均匀；浓度过低，又会在制备过程中失温过快，在温度低于100℃后水分不易蒸发，需要延长混炼时间过长处理剩余水分，过程中过多的机械摩擦会导致树脂膜受损，从而大大降低覆膜砂物理强度。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，润滑剂为硬脂酸钙。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，增强剂为四氧乙基硅烷。
在上述的一种叶轮用覆膜砂中，导热剂为铬铁矿砂。本发明铬铁矿砂具有良好的抗碱性渣的作用，不与氧化铁等发生反应，可以避免热化学粘砂，并且在熔融金属浇铸过程中，铬铁矿砂本身发生固相烧结，可以防止熔融金属的渗透，从而防止机械粘砂，铬铁矿砂的热传导率比硅砂大好几倍，可以提高铸件的冷却速度，且铬铁矿砂耐火度高，热膨胀系数低，不与金属氧化物反应，能有效防止铸件脉纹、夹砂等铸造缺陷。
作为优选，铬铁矿砂的粒径为70-140目。本发明需要控制铬铁矿砂的粒径为70-140目，避免粒度过粗导致覆膜砂填充性能差，砂型表面致密度低，铁砂浇注过程中渗入空穴中，形成机械粘砂；粒度过细，颗粒直径较细砂颗粒调补砂粒之间缝隙，会影响砂型整体透气性。
本发明还提供了一种叶轮用覆膜砂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S 1、配置上述原料；
S2、先将骨料和导热剂进行加热处理，然后投入混炼机进行均匀混合，依次加入粘结剂和增强剂，继续搅拌形成混合物；
S3、对混合物进行冷却处理，加入固化剂进行搅拌，调整混炼机后投入润滑剂进行搅拌，最后经破碎分筛、冷却得覆膜砂。
在上述的一种叶轮用覆膜砂的制备方法中，步骤S2加热处理温度为160-170，时间为3-5m in。
在上述的一种叶轮用覆膜砂的制备方法中，步骤S3加入固化剂前混炼机温度为100-110℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明覆膜砂在满足铸件使用强度的条件下具有较高的透气性，因叶轮铸件比较薄，浇注后会快速冷却，如果型腔内压力大，气体不能及时排出渗入铁水中，冷却后铸件形成气孔缺陷，本发明采用双筛砂进行配比，在充分保证砂型具有较高的强度和韧性的同时还具有高透气性，再通过铬铁矿砂的添加，砂型导热性能增加，减少了叶轮缩孔缩松缺陷形成概率，提高产品成品率。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
S 1、按照如下质量份数配置原料：450份骨料、50份粒径100目铬铁矿砂、10份氯丙烯改性的酚醛树脂、0.25份四氧乙基硅烷、4份浓度30％的六次甲基四胺水溶液、1份硬脂酸钙；骨料为质量比1:1的70目硅砂和100目硅砂；
S2、先将70目硅砂和100目硅砂在165℃下加热4m in，然后和铬铁矿砂投入混炼机进行均匀混合20s，然后依次加入氯丙烯改性的酚醛树脂和四氧乙基硅烷，继续搅拌35s形成混合物；
S3、当混合物冷却至105℃时，加入六次甲基四胺水溶液进行搅拌37s，调整混炼机电流最大值130A后投入硬脂酸钙进行搅拌25s，最后经破碎分筛、冷却得平均粒径0.2m m的覆膜砂。
实施例2：
S 1、按照如下质量份数配置原料：450份骨料、40份粒径70目铬铁矿砂、9份氯丙烯改性的酚醛树脂、0.2份四氧乙基硅烷、3.6份浓度25％的六次甲基四胺水溶液、1份硬脂酸钙；骨料为质量比1:1的70目硅砂和100目硅砂；
S2、先将70目硅砂和100目硅砂在160℃下加热3m in，然后和铬铁矿砂投入混炼机进行均匀混合20s，然后依次加入氯丙烯改性的酚醛树脂和四氧乙基硅烷，继续搅拌35s形成混合物；
S3、当混合物冷却至100℃时，加入六次甲基四胺水溶液进行搅拌37s，调整混炼机电流最大值130A后投入硬脂酸钙进行搅拌25s，最后经破碎分筛、冷却得平均粒径0.15m m的覆膜砂。
实施例3：
S 1、按照如下质量份数配置原料：450份骨料、60份粒径140目铬铁矿砂、15份氯丙烯改性的酚醛树脂、0.3份四氧乙基硅烷、5份浓度25％的六次甲基四胺水溶液、2份硬脂酸钙；骨料为质量比1:1的70目硅砂和100目硅砂；
S2、先将70目硅砂和100目硅砂在170℃下加热5m in，然后和铬铁矿砂投入混炼机进行均匀混合20s，然后依次加入氯丙烯改性的酚醛树脂和四氧乙基硅烷，继续搅拌35s形成混合物；
S3、当混合物冷却至110℃时，加入六次甲基四胺水溶液进行搅拌37s，调整混炼机电流最大值130A后投入硬脂酸钙进行搅拌25s，最后经破碎分筛、冷却得平均粒径0.2m m的覆膜砂。
实施例4：
与实施例1的区别，仅在于，铬铁矿砂的粒径为50目。
实施例5：
与实施例1的区别，仅在于，铬铁矿砂的粒径为200目。
对比例1：
与实施例1的区别，仅在于，对比例1骨料仅为70目硅砂。
对比例2：
与实施例1的区别，仅在于，对比例2骨料仅为100目硅砂。
对比例3：
与实施例1的区别，仅在于，对比例3原料中不含有导热剂铬铁矿砂。
对上述制备的覆膜砂进行性能检测：热态抗拉强度、常温抗拉强度、热态抗弯强度、常温抗弯强度项目按照JB/T 8583，粒度AFS项目按照GB/T 2684，熔点JB/T8834项目,透气性按照GB/T 2684，导热率参考ASTM D5470标准进行测试。
表1：实施例1-5、对比例1-3制备的覆膜砂性能检测
从上述结果可以看出，本发明覆膜砂在满足铸件使用强度的条件下具有较高的透气性，采用双筛砂进行配比，在充分保证砂型具有较高的强度和韧性的同时还具有高透气性，再通过铬铁矿砂的添加，砂型导热性能增加，减少叶轮铸件缩孔缩松缺陷形成概率，提高产品成品率。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种叶轮用覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂包括如下质量份数的原料：450份骨料、10份粘结剂、4份固化剂、1份润滑剂、0.25份增强剂、50份导热剂，其中骨料为粒径70目硅砂和100目硅砂混合制得；
粒径70目硅砂和粒径100目硅砂质量比为1：1；
粘结剂为氯丙烯改性的酚醛树脂，通过氯丙烯取代酚醛树脂结构对位连接为邻位连接，并有2、4、6位同时取代；
固化剂为浓度30％的六次甲基四胺水溶液；
导热剂为铬铁矿砂；
铬铁矿砂粒径为100目；
所述叶轮用覆膜砂制备方法包括如下步骤：
S1、配置上述原料；
S2、将骨料和导热剂进行加热处理，然后投入混炼机进行均匀混合，依次加入粘结剂和增强剂，继续搅拌形成混合物；
S3、对混合物进行冷却处理，加入固化剂进行搅拌，调整混炼机后投入润滑剂进行搅拌，最后经破碎分筛、冷却得覆膜砂；
步骤S2加热处理温度为165℃，时间为4min；
步骤S3加入固化剂前混炼机温度为105℃。
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