CN114367628A - 一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于稀土涡轮铸造技术领域，涉及一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂及其制备方法。本发明涡轮壳用抗脉纹覆膜砂通过对成分含量的优化完全解决铸件出现脉纹缺陷问题，铸件成品率得到提高，同时减少加工打磨数量，提高了生产效率，降低生产成本。同时本发明还解决了产品在夏季时应吸潮造成铸件皮下气孔缺陷，减少涡轮砂芯进烘干箱时间，减少生产成本的同时提高产品质量及成品率。

Description

一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂及其制备方法

技术领域

本发明属于稀土涡轮铸造技术领域，涉及一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂及其制备方法。

背景技术

随着大环境发展，环保要求越来越严格，虽然新能源汽车已经代替内燃型汽车，但是在目前电池技术条件限制下，内燃型汽车还占有一定的市场份额。涡轮增压技术也是为节能减排指标保驾护航，涡轮铸造在传统覆膜砂壳型工艺中只注重粒度不能太粗、也不能太细，保证覆膜具有足够的强度即可，但是铸件的成品率往往因为存在皮下气孔、脉纹等缺陷大大降低，所以铸件缺陷大，成品率低，成为制约涡轮铸造发展的重要问题。

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、导热性能良好的涡轮壳用抗脉纹覆膜砂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，所述覆膜砂包括如下质量份数的原料：400-550份骨料、1-2份三氧化二铁、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、2-3份抗脉纹剂，骨料为质量比1：(8-9)的内蒙焙烧砂和橄榄石砂。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，内蒙焙烧砂为内蒙砂经870-900℃焙烧25-30min,保温45-50h制得。本发明内蒙焙烧砂是内蒙擦洗砂通过高温焙烧变相处理后得到，所含有机杂物和结晶水、碳酸钙等经过高温处理后，砂粒表面活性物质减少，在后续与酚醛树脂链接越牢固，与擦洗砂性能相比灼减低和发气量低，酸耗值低、含泥量少，在同等强度指标要求添加下能够降低粘结剂加入量，减少铸件气孔、脉纹等铸造缺陷，虽然在性能方面略微差于人造宝珠砂和陶粒砂，但是价格却是十分之一，能够大幅度减少成本。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，内蒙焙烧砂粒度分布范围为：0.3-0.4mm25-35％、0.2-0.25mm 45-55％、0.1-0.15mm 20-30％。本发明内蒙焙烧砂粒度呈三峰正态分布，所制成的砂型表面更为致密，同时也在保证砂型透气性的同时使覆膜砂强度得到增加，从而可以后续减少酚醛树脂粘结剂的加入。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，橄榄石砂粒径为0.15-0.3mm。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，粘结剂为酚醛树脂。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，固化剂为浓度25-30％的六次甲基四胺水溶液。本发明需要控制六次甲基四胺水溶液的浓度浓度过高，在混炼过程中易造成混合不均匀，并且溶剂清水比例少，蒸发过程带来降温效果差，影响覆膜砂混制后的强度；浓度过低，加入的溶质清水过量，需要延长混炼时间保证产品所含水份被充分蒸发，混炼时间长也会导致覆膜砂强度低。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，润滑剂为硬脂酸钙。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，增强剂为四氧乙基硅烷。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，导热剂为粒径0.15-0.212mm的铬铁矿砂。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。本发明需要控制铬铁矿砂的粒径为0.15-0.212mm避免选用粒度过粗，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，选用粒度过细，颗粒直径较细砂颗粒调补砂粒之间缝隙，影响砂型整体透气性。

在上述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂中，抗脉纹剂包括如下质量百分比的成分：10-15％硅酸盐、45-55％锂矿物、15-25％钛矿物、10-20％氧化铁粉。本发明通过添加抗脉纹剂可以防止铸件出现脉纹缺陷，提高铸件表面质量，提高成品率。

本发明还提供了一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、配置上述原料；

S2、将骨料和导热剂进行加热处理，然后投入混炼机并加入三氧化二铁粉与抗脉纹剂进行均匀混合，然后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3-5min。

在上述的一种叶轮用覆膜砂的制备方法中，冷却处理为自然降温至100-110℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明涡轮壳用抗脉纹覆膜砂通过对成分含量的优化完全解决铸件出现脉纹缺陷问题，铸件成品率得到提高，同时减少加工打磨数量，提高了生产效率，降低生产成本。同时本发明还解决了产品在夏季时应吸潮造成铸件皮下气孔缺陷，减少涡轮砂芯进烘干箱时间，减少生产成本的同时提高产品质量及成品率。

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：

S1、按照如下质量份数配置原料：500份骨料、1.5份三氧化二铁、50份平均粒径0.2mm铬铁矿砂、2份抗脉纹剂、10份酚醛树脂、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9：1的内蒙焙烧砂和橄榄石砂；内蒙焙烧砂为内蒙砂经880℃焙烧28min,保温48h制得；内蒙焙烧砂粒度分布为：0.3mm占比30％、0.212mm占比50％、0.15mm占比20％；橄榄石砂平均粒径为0.212mm；抗脉纹剂为15％硅酸盐、55％锂矿物、20％钛矿物、10％氧化铁粉的混合物。

S2、先将骨料和铬铁矿砂在165℃下加热4min。，然后投入混炼机并加入三氧化二铁进行均匀混合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AFS 50.32的覆膜砂。

实施例2：

S1、按照如下质量份数配置原料：400份骨料、1份三氧化二铁、40份平均粒径0.15mm铬铁矿砂、2份抗脉纹剂、5份酚醛树脂、0.2份四氧乙基硅烷、2份浓度30％的六次甲基四胺水溶液、0.5份硬脂酸钙；骨料为质量比8：1的内蒙焙烧砂和橄榄石砂；内蒙焙烧砂为内蒙砂经870℃焙烧25min,保温45h制得；内蒙焙烧砂粒度分布为：0.3mm占比25％、0.212mm占比45％、0.15mm占比30％；橄榄石砂平均粒径为0.15mm；抗脉纹剂为10％硅酸盐、50％锂矿物、20％钛矿物、20％氧化铁粉的混合物。

S2、先将骨料和铬铁矿砂在160℃下加热3min，然后投入混炼机并加入三氧化二铁进行均匀混合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AFS 55.73的覆膜砂。

实施例3：

S1、按照如下质量份数配置原料：550份骨料、2份三氧化二铁、60份平均粒径0.2mm铬铁矿砂、2份抗脉纹剂、10份酚醛树脂、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9：1的内蒙焙烧砂和橄榄石砂；内蒙焙烧砂为内蒙砂经880℃焙烧28min,保温48h制得；内蒙焙烧砂粒度分布为：0.3mm占比30％、0.212mm占比50％、0.15mm占比20％；橄榄石砂平均粒径为0.212mm；抗脉纹剂为15％硅酸盐、45％锂矿物、25％钛矿物、15％氧化铁粉的混合物。

S2、先将骨料和铬铁矿砂在165℃下加热5min，然后投入混炼机并加入三氧化二铁进行均匀混合20s，然后依次加入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AFS 50.13的覆膜砂。

实施例4：

与实施例1的区别，仅在于，内蒙焙烧砂粒度仅为0.3mm。

对比例1：

与实施例1的区别，仅在于，原料中未添加三氧化二铁。

对比例2：

与实施例1的区别，仅在于，原料中未添加抗脉纹剂。

对比例3：

与实施例1的区别，仅在于，原料中未添加导热剂。

对比例4：

与实施例1的区别，仅在于，骨料仅含有橄榄石砂。

对比例5：

与实施例1的区别，仅在于，骨料仅含有内蒙焙烧砂。

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1-4、对比例1-5制备的覆膜砂性能检测结果

从上述结果可以看出，本发明涡轮壳用抗脉纹覆膜砂完全解决铸件出现脉纹缺陷问题，铸件成品率得到提高，同时减少加工打磨数量，提高了生产效率，降低生产成本。同时解决了产品在夏季时应吸潮造成铸件皮下气孔缺陷，减少涡轮砂芯进烘干箱时间，减少生产成本的同时提高产品质量及成品率。

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 (9)

1.一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂包括如下质量份数的原料：400-550份骨料、1-2份三氧化二铁、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、2-3份抗脉纹剂，其中骨料为质量比1：(8-9)的内蒙焙烧砂和橄榄石砂。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，内蒙焙烧砂为内蒙砂经870-900℃焙烧25-30min,保温45-50h制得。

3.根据权利要求2所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，内蒙焙烧砂粒度分布为：0.3-0.4mm 25-35％、0.2-0.25mm 45-55％、0.1-0.15mm 20-30％。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，橄榄石砂粒径为0.15-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，导热剂为粒径0.15-0.212mm的铬铁矿砂。

6.根据权利要求1所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂，其特征在于，抗脉纹剂包括如下质量百分比的成分：10-15％硅酸盐、45-55％锂矿物、15-25％钛矿物、10-20％氧化铁粉。

7.一种如权利要求1所述涡轮壳用抗脉纹覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、配置上述原料；

S2、将骨料和导热剂进行加热处理，然后投入混炼机并加入三氧化二铁粉与抗脉纹剂进行均匀混合，然后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。

8.根据权利要求7所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤S2加热处理温度为160-170，时间为3-5min。

9.根据权利要求7所述的一种涡轮壳用抗脉纹覆膜砂的制备方法，步骤S3加入固化剂前混炼机温度为100-110℃。