CN117020105B - 一种铸造用覆膜砂及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造覆膜砂技术领域，提出了一种铸造用覆膜砂及其生产工艺，包括以下重量份的组分：宝珠砂60~80份、发热剂3~5份、碱酚醛树脂3~5份、乌洛托品1~2份、偶联剂1~2份。通过上述技术方案，解决了现有技术中的采用热芯盒铸钢工艺铸造带孔产品时，孔下端易产生缩松缺陷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铸造覆膜砂技术领域，具体的，涉及一种铸造用覆膜砂及其生产工艺。
背景技术
传统铸钢用的熔模铸造（又称失蜡铸造）工艺，生产流程长（包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇注、后处理等），生产效率低、工作强度大、污染较大、人工成本高，经济效益差。为提高生产效率、降低生产成本和环境污染，对于部分结构较为简单、表面精度要求不高的铸钢件，采用覆膜砂壳型铸造来取代熔模铸造。利用覆膜砂铸造优点在于工序流程短，热芯盒铸钢工艺简单，设备和人工投入小，工作强度低，铸件清理难度小，环境污染小，且废砂可回收循环利用，经济效益高。
但是，热芯盒铸钢工艺有些产品带孔工艺，在工艺设计时采用Magma模拟时孔下端会出现内部缺陷超级缩松缺陷，需要采取措施把孔位置堵住形成补缩通道消除下端缩松缺陷，然后通过机械加工孔方式满足图纸尺寸要求；现有工艺生产流程长和生产效率低。
发明内容
本发明提出一种铸造用覆膜砂及其生产工艺，解决了相关技术中的采用热芯盒铸钢工艺铸造带孔产品时，孔下端易产生缩松缺陷的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种铸造用覆膜砂，包括以下重量份的组分：宝珠砂60~80份、发热剂3~5份、碱酚醛树脂3~5份、乌洛托品1~2份、偶联剂1~2份。
作为进一步的技术方案，所述发热剂包括氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝；所述偶联剂为硅烷类偶联剂；所述宝珠砂的粒度为70~140目。
作为进一步的技术方案，所述氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝的质量比为2:1:1~3。
作为进一步的技术方案，所述发热剂为氧化石墨烯和氧化铝负载在所述珍珠岩漂珠上。
作为进一步的技术方案，所述氧化石墨烯的片径为0.5~5μm；所述珍珠岩漂珠的粒径为105~150μm；所述氧化铝的粒径为20~50nm。
本发明还提出一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：将石墨烯溶于浓硫酸中，搅拌均匀，加入高锰酸钾；滴加过氧化氢至无气泡，再加入盐酸搅拌20~30min，清洗，离心至中性，干燥，得到氧化石墨烯；
S2、发热剂的制备：将所述氧化石墨烯、氧化铝分散于水中，超声1~2h，过滤，干燥，得到氧化石墨烯/氧化铝混合物；将珍珠岩漂珠分散于含偶联剂的乙醇溶液中，搅拌1~3h，得到珍珠岩漂珠悬浮液；将氧化石墨烯/氧化铝混合物加入到所述珍珠岩漂珠悬浮液中，搅拌2~5h，过滤，煅烧，得到发热剂；
S3、将宝珠砂、所述发热剂进行加热混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂，冷却，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
作为进一步的技术方案，所述S1中石墨烯和高锰酸钾与过氧化氢和盐酸的质量比为1:10:2:1。
作为进一步的技术方案，所述S2中水的质量为氧化石墨烯和氧化铝总质量的5~7倍，乙醇的质量为偶联剂质量的20倍。
作为进一步的技术方案，所述S3中混砂时间3~5min；所述S3中加热的温度为130~180℃；所述S3中冷却的温度为60~80℃。
本发明中所述的铸造用覆膜砂或所述的制备方法制得的铸造用覆膜砂应用在铸造中。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，通过引入发热剂，制得的铸造用覆膜砂具有高强度、低发气和良好的蓄热特点，能有效改善采用热芯盒铸钢工艺铸造带孔产品时，孔下端易产生缩松缺陷的问题。
2、本发明中，发热剂通过将氧化石墨烯和氧化铝负载到珍珠岩漂珠表面，经过调整石墨烯和氧化铝的配比和氧化铝的粒径，配合其他组分，能显著提高覆膜砂的抗拉强度，降低覆膜砂的发气量，使得热芯盒铸钢工艺铸造带孔产品时，孔位置的补缩通道打开，有效减少或消除下端位置缩松和缩孔缺陷的现象。
附图说明
图1为本发明实施例2制得的覆膜砂的Magma模拟结果图；
图2为本发明实施例4制得的覆膜砂的Magma模拟结果图；
图3为本发明实施例5制得的覆膜砂的Magma模拟结果图；
图4为本发明对比例1制得的覆膜砂的Magma模拟结果图；
图5为本发明中对覆膜砂进行制芯的照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
一种铸造用覆膜砂，包括以下重量份的组分：粒度为140目的宝珠砂60份、片径为0.5μm的石墨烯1.5份、粒径为105μm的珍珠岩漂珠0.75份、粒径为20nm的氧化铝0.75份、碱酚醛树脂HW154 3份、乌洛托品1份、偶联剂KH550 1份。
一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：将石墨烯溶于浓硫酸中，搅拌均匀，加入高锰酸钾；滴加过氧化氢至无气泡，再加入盐酸搅拌20min，清洗，离心至中性，干燥，得到氧化石墨烯；其中，石墨烯和高锰酸钾与过氧化氢和盐酸的质量比为1:10:2:1；
S2、发热剂的制备：将氧化石墨烯、氧化铝分散于水中，超声1h，过滤，干燥，得到氧化石墨烯/氧化铝混合物；将珍珠岩漂珠分散于含偶联剂KH550的乙醇溶液中，搅拌1h，得到珍珠岩漂珠漂浮液；将氧化石墨烯/氧化铝混合物加入到珍珠岩漂珠漂浮液中，搅拌2h，过滤，煅烧，得到发热剂；其中，水的质量为氧化石墨烯和氧化铝总质量的5倍，乙醇的质量为偶联剂质量的20倍；
S3、将宝珠砂、发热剂加热至180℃进行混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂3min，冷却至80℃，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
实施例2
一种铸造用覆膜砂，包括以下重量份的组分：粒度为100目的宝珠砂70份、片径为3μm的石墨烯2份、粒径为125μm的珍珠岩漂珠1份、粒径为30nm的氧化铝1份、碱酚醛树脂HW154 4份、乌洛托品1.5份、偶联剂KH570 1.5份。
一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：将石墨烯溶于浓硫酸中，搅拌均匀，加入高锰酸钾；滴加过氧化氢至无气泡，再加入盐酸搅拌25min，清洗，离心至中性，干燥，得到氧化石墨烯；其中，石墨烯和高锰酸钾与过氧化氢和盐酸的质量比为1:10:2:1；
S2、发热剂的制备：将氧化石墨烯、氧化铝分散于水中，超声1.5h，过滤，干燥，得到氧化石墨烯/氧化铝混合物；将珍珠岩漂珠分散于含偶联剂KH570的乙醇溶液中，搅拌2h，得到珍珠岩漂珠漂浮液；将氧化石墨烯/氧化铝混合物加入到珍珠岩漂珠漂浮液中，搅拌3.5h，过滤，煅烧，得到发热剂；其中，水的质量为氧化石墨烯和氧化铝总质量的6倍，乙醇的质量为偶联剂质量的20倍；
S3、将宝珠砂、发热剂加热至150℃进行混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂4min，冷却至70℃，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
实施例3
一种铸造用覆膜砂，包括以下重量份的组分：粒度为70目的宝珠砂80份、片径为5μm的石墨烯2.5份、粒径为150μm的珍珠岩漂珠1.25份、粒径为50nm的氧化铝1.25份、碱酚醛树脂HW154 5份、乌洛托品2份、偶联剂KH590 2份。
一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：将石墨烯溶于浓硫酸中，搅拌均匀，加入高锰酸钾；滴加过氧化氢至无气泡，再加入盐酸搅拌30min，清洗，离心至中性，干燥，得到氧化石墨烯；其中，石墨烯和高锰酸钾与过氧化氢和盐酸的质量比为1:10:2:1；
S2、发热剂的制备：将氧化石墨烯、氧化铝分散于水中，超声2h，过滤，干燥，得到氧化石墨烯/氧化铝混合物；将珍珠岩漂珠分散于含偶联剂KH590的乙醇溶液中，搅拌3h，得到珍珠岩漂珠漂浮液；将氧化石墨烯/氧化铝混合物加入到珍珠岩漂珠漂浮液中，搅拌5h，过滤，煅烧，得到发热剂；其中，水的质量为氧化石墨烯和氧化铝总质量的7倍，乙醇的质量为偶联剂质量的20倍；
S3、将宝珠砂、发热剂加热至130℃进行混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂5min，冷却至60℃，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
实施例4
本实施例与实施例2的区别仅在于加入石墨烯1.2份、珍珠岩漂珠0.6份、氧化铝的质量比为1.8份。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于不将石墨烯和氧化铝负载于珍珠岩漂珠。
一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将宝珠砂、石墨烯、氧化铝、珍珠岩漂珠加热至150℃进行混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂4min，冷却至70℃，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
对比例1
本对比例与实施例2的区别仅在于不加入发热剂。
一种铸造用覆膜砂的生产工艺，包括以下步骤：
将宝珠砂加热至150℃进行混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂4min，冷却至70℃，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
实验一
使用Magma模拟对实施例2、实施例4~5和对比例1的覆膜砂砂芯进行模拟对比，模拟结果如图1~4所示，最大缺陷值汇总至下表：
通过对比实施例2、实施例4~5和对比例1的模拟结果发现，实施例2和实施例4的最大缺陷值小于对比例1的最大缺陷值，说明氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝发热剂的加入能有效降低覆膜砂的缺陷的形成；实施例2的最大缺陷值小于实施例5的最大缺陷值，说明将氧化石墨烯和氧化铝负载于珍珠岩漂珠表面对降低覆膜砂缩松缺陷的形成更有效。
实验二
分别使用实施例1~5和对比例1进行制芯（图5为砂芯照片），得到砂芯试样，对其进行抗拉强度和发气量检测，检测结果应满足常温抗拉强度3.0～6.0Mpa，发气量10~14mL/g的指标；
在造型工艺参数为左/右模温度252℃、射砂时间3s、排气时间10s、加砂时间4s、固化时间90s；制作模壳完成后进行浇注，浇注工艺参数为材质为BF-1219k，出钢温度1620℃、浇注温度1565℃、浇注速度10-14s，铸件生产线冷却为5h进行翻箱，翻箱后进行铸件粗抛，抛丸电流48A，抛丸时间8min，抛丸工序完成后进行分离浇冒口工序，铸件分离后进行目视孔内是否有缺陷，目视结果无铸造缺陷，转入正火区域，正火完成后，根据标准ASTM E94《射线照相检验用标准导则》对铸件进行内部缺陷检测（气孔、夹渣、条状/树枝/絮状缩松、管状缩松、裂纹、热裂、镶铸物、斑点），并以ASTM E446 E186为验收标准，判断X射线检测；
测试结果如下表所示：
通过对比实施例1~5和对比例1的数据发现，实施例2的覆膜砂砂芯的抗拉强度高于对比例1的抗拉强度，说明氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝发热剂的加入，再配合其他组分，能提高覆膜砂的抗拉强度；实施例1~3的覆膜砂砂芯的发气量显著低于实施例4、实施例5和对比例1的发气量，说明将氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝发热剂引入覆膜砂，并将氧化石墨烯和氧化铝负载于珍珠岩漂珠上能显著降低覆膜砂的发气量；利用实施例的覆膜砂制得的铸件采用内部缺陷检测后均合格，而对比例的覆膜砂中不加入石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝发热剂所得铸件未通过内部缺陷检测，说明将氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝发热剂引入覆膜砂，能减少缩松缺陷，同时降低铸件的内部缺陷。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种铸造用覆膜砂，其特征在于，包括以下重量份的组分：宝珠砂60~80份、发热剂3~5份、碱酚醛树脂3~5份、乌洛托品1~2份、偶联剂1~2份；
所述发热剂包括氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝；所述偶联剂为硅烷类偶联剂；所述宝珠砂的粒度为70~140目；
所述氧化石墨烯、珍珠岩漂珠和氧化铝的质量比为2:1:1~3；
所述发热剂为氧化石墨烯和氧化铝负载在所述珍珠岩漂珠上。
2.根据权利要求1所述的一种铸造用覆膜砂，其特征在于，所述氧化石墨烯的片径为0.5~5μm；所述珍珠岩漂珠的粒径为105~150μm；所述氧化铝的粒径为20~50nm。
3.根据权利要求1~2任意一项所述的一种铸造用覆膜砂的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、氧化石墨烯的制备：将石墨烯溶于浓硫酸中，搅拌均匀，加入高锰酸钾；滴加过氧化氢至无气泡，再加入盐酸搅拌20~30min，清洗，离心至中性，干燥，得到氧化石墨烯；
S2、发热剂的制备：将所述氧化石墨烯、氧化铝分散于水中，超声1~2h，过滤，干燥，得到氧化石墨烯/氧化铝混合物；将珍珠岩漂珠分散于含偶联剂的乙醇溶液中，搅拌1~3h，得到珍珠岩漂珠悬浮液；将氧化石墨烯/氧化铝混合物加入到所述珍珠岩漂珠悬浮液中，搅拌2~5h，过滤，煅烧，得到发热剂；
S3、将宝珠砂、所述发热剂进行加热混合，依次加入碱酚醛树脂、乌洛托品进行混砂，冷却，破碎，筛分，得到铸造用覆膜砂。
4.根据权利要求3所述的一种铸造用覆膜砂的生产工艺，其特征在于，所述S1中石墨烯和高锰酸钾与过氧化氢和盐酸的质量比为1:10:2:1。
5.根据权利要求3所述的一种铸造用覆膜砂的生产工艺，其特征在于，所述S2中水的质量为氧化石墨烯和氧化铝总质量的5~7倍，乙醇的质量为偶联剂质量的20倍。
6.根据权利要求3所述的一种铸造用覆膜砂的生产工艺，其特征在于，所述S3中混砂时间3~5min；所述S3中加热的温度为130~180℃；所述S3中冷却的温度为60~80℃。
7.根据权利要求1~2任意一项所述的铸造用覆膜砂或权利要求3~6任意一项所述生产工艺制得的铸造用覆膜砂在铸造中的应用。
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2023
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