CN117300104A - 蠕墨球墨铸铁复合材料、铸件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了蠕墨球墨铸铁复合材料、铸件及其制备方法，该方法包括：向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使蠕墨铸铁铁水与预设于砂型内的球化试块接触，与球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得复合材料。以此解决铸件某一部位由内而外全部是球墨铸铁材料的问题，实现同一铸件即具备蠕墨铸铁良好的铸造性能，又具备球墨铸铁优异的抗拉强度和热疲劳性能，实现铸件具备复合材料的性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，特别涉及蠕墨球墨铸铁复合材料、铸件及其制备方法。
背景技术
蠕墨铸铁具有良好的铸造性、抗震性和导热性，但抗拉强度和热疲劳性较差；球墨铸铁具有优异的抗拉强度、韧性和热疲劳性，但铸造性和抗震性较差。而对于一些结构复杂的铸件(例如发动机缸体)，在缸体薄壁处需要具有良好的铸造性，以保证铸件充型的完整性；在瓦口处需要具有优异的抗拉强度和热疲劳性，以保证铸件在高疲劳载荷下的力学性能，现有技术中，通过局部增大铸件表面冷速的方式，促使铸件表层蠕墨铸铁转变为球墨铸铁，无法实现铸件某一部位由内而外全部是球墨铸铁材料。
发明内容
本申请的目的是提供蠕墨球墨铸铁复合材料、铸件及其制备方法。用于解决现有通过局部增大铸件表面冷速的方式，促使铸件表层蠕墨铸铁转变为球墨铸铁，无法实现铸件某一部位由内而外全部是球墨铸铁材料的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法，所述方法包括：
向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使所述蠕墨铸铁铁水与预设于所述砂型内的球化试块接触，与所述球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得所述复合材料。
在一些可能的实施例中，所述球化试块的成分主要由镁元素组成。
在一些可能的实施例中，所述制备方法还包括对所述砂型进行预处理的步骤，所述预处理包括：在所述砂型的用于与所述蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
在一些可能的实施例中，所述球化试块的尺寸通过下述方式确定：
检测经球化处理处的复合材料的金相组织结构，若所述金相组织结构中，石墨的形貌为球状和团状，则球化试块的尺寸合格；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为蠕虫状，则增加所述球化试块的尺寸；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为爆炸状，则减少所述球化试块的尺寸。
第二方面，本申请实施例提供了一种复合材料，复合材料包括一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁。
第三方面，本申请实施例提供了一种铸件的制备方法，向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使所述蠕墨铸铁铁水与预设于所述砂型内的球化试块接触，与所述球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得所述铸件。
在一些可能的实施例中，所述制备方法还包括：对所述砂型进行预处理的步骤，所述预处理包括：在所述砂型的用于与所述蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
在一些可能的实施例中，所述铸件为发动机缸体，所述球化试块在所述砂型中的预设位置为所述砂型中用于形成所述发动机缸体的瓦口的位置。
第四方面，本申请实施例提供了一种铸件，由上述第三方面所述铸件的制备方法制备得到。
在一些可能的实施例中，所述铸件为发动机缸体，所述发动机缸体的瓦口由球墨铸铁材料形成，或由一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁的复合材料形成。
本申请实施例，为了解决无法实现铸件某一部位由内而外全部是球墨铸铁材料的问题，本申请实施例利用铸造性能较好的蠕墨铸铁铁水进行浇注，然后通过“砂型(芯)镶块(球化试块)”方法，在铸件特定部位对应的砂型(芯)位置镶嵌球化试块，利用球化试块对铸件的特定位置进行球化处理，使该部位具备球墨铸铁特性，进而实现同一铸件即具备蠕墨铸铁良好的铸造性能，又具备球墨铸铁优异的抗拉强度和热疲劳性能，实现铸件具备复合材料的性能。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本申请一个实施例的蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法的流程示意图；
图2为根据本申请一个实施例的蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法的详细流程示意图；
图3为根据本申请一个实施例的铸件的制备方法的流程示意图；
图4为根据本申请一个实施例的铸件的制备方法的详细流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是：本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，如果没有特别的说明，百分数(％)或者份指的是相对于组合物的重量百分数或重量份。本申请中，如果没有特别的说明，所涉及的各组分或其优选组分可以相互组合形成新的技术方案。本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式，可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。本申请中，除非另有说明，各个反应或操作步骤可以顺序进行，也可以按照顺序进行。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本申请中。
参见图1，本申请实施例提供一种蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法，包括：
步骤101：向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使蠕墨铸铁铁水与预设于砂型内的球化试块接触，与球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得复合材料。
具体来讲，蠕墨铸铁为一种在显微组织下石墨形态呈蠕虫状的铸铁材料，球化试块是一种促使蠕墨铸铁铁水中的石墨生长成球状形貌的化学物质构成的压块，球化试块的成分主要由镁元素组成，形状与砂型形状相匹配。在制作砂型时，在砂型中预设的球化试块的位置是根据铸件需要进行球化处理的位置确定的，即浇注蠕墨铸铁铁水之前，明确铸件需要进行球化处理的部位位置，并在砂型中对应位置处设置球化试块，设置的球化试块的厚度根据球化处理位置所浇注的蠕墨铸铁铁水的铁水量确定，需要说明的是，铸件需要进行球化处理的部位即铸件需要具备抗拉强度高、热疲劳性好。
作为一种可选的实施方式，上述制备方法还包括对砂型进行预处理的步骤，预处理包括：在砂型的用于与蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。具体来讲，在砂型中，由于球化试块需要与蠕墨铸铁铁水直接接触反应，固砂型的砂芯中除球化试块位置以外需要涂刷涂料，保障球化处理的有效性。
作为一种可选的实施方式，球化试块的尺寸通过下述方式确定：
检测经球化处理处的复合材料的金相组织结构，若所述金相组织结构中，石墨的形貌为球状和团状，则球化试块的尺寸合格；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为蠕虫状，则增加所述球化试块的尺寸；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为爆炸状，则减少所述球化试块的尺寸。
具体来讲，当解剖铸件检测球化处理处的复合材料的金相组织结构时，如果金相组织中石墨的形貌为球状和少量团状，球化试块的尺寸合格；如果石墨的形貌为蠕虫状和球状，则球化试块的尺寸不合格，需要适量增加球化试块的厚度；如果石墨形貌为爆炸状或开花状，则球化试块的尺寸不合格，需要适量减小球化试块的厚度。
参见图2，本申请提供一种蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法，包括：
步骤201：在砂型的用于与蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
步骤202：向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使蠕墨铸铁铁水与预设于砂型内的球化试块接触，与球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得复合材料。
步骤203：检测经球化处理处的复合材料的金相组织结构，若金相组织结构中，石墨的形貌为球状和团状，则球化试块的尺寸合格；若金相组织结构中，石墨的形貌为蠕虫状，则增加球化试块的尺寸；若金相组织结构中，石墨的形貌为爆炸状，则减少球化试块的尺寸。
本申请首先利用铸造性能较好的蠕墨铸铁铁水进行浇注，然后通过“砂型(芯)镶块(球化试块)”方法，在铸件特定部位对应的砂型(芯)位置镶嵌球化试块，利用球化试块对铸件的特定位置进行球化处理，使该部位具备球墨铸铁特性，进而实现同一铸件即具备蠕墨铸铁良好的铸造性能，又具备球墨铸铁优异的抗拉强度和热疲劳性能，实现铸件具备复合材料的性能。
基于同样的技术构思，本申请还提供一种复合材料，复合材料包括一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁。该复合材料同时具备优异的抗拉强度和热疲劳性。
基于同样的技术构思，参见图3，本申请还提供一种铸件的制备方法，该制备方法包括：步骤301：向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使蠕墨铸铁铁水与预设于砂型内的球化试块接触，与球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得铸件。
作为一种可选的实施方式，该制备方法还包括：对砂型进行预处理的步骤，预处理包括：在砂型的用于与蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
作为一种可选的实施方式，铸件为发动机缸体，球化试块在砂型中的预设位置为砂型中用于形成发动机缸体的瓦口的位置。
具体来讲，当铸件为发动机缸体时，发动机气缸体瓦口处为相对厚大位置，瓦口位置在使用过程中受到的疲劳载荷较大，因此瓦口位置需要具备良好的耐热疲劳性，芯部若为蠕墨铸铁将会大大降低瓦口位置的抗拉强度和耐热疲劳性，所以需要对该部位进行球化处理。
参见图4，本申请提供一种铸件的制备方法，包括：
步骤401：在砂型的用于与蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
步骤402：向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使蠕墨铸铁铁水与预设于砂型内的球化试块接触，与球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得铸件。
基于同样的技术构思，本申请还提供一种铸件，由上述铸件的制备方法制备得到。
作为一种可选的实施方式，铸件为发动机缸体，所述发动机缸体的瓦口由球墨铸铁材料形成，或由一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁的复合材料形成。
当铸件为发动机缸体时，可以根据实际需要进行球化处理的部位，具体确定发动机缸体不同部位的构成材料，可以局部由球墨铸铁材料构成，也可以当整体发动机缸体均需要具备抗拉强度高、热疲劳性好时，整个发动机缸体由一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁的复合材料形成。
本申请使同一铸件同时具备蠕墨铸铁材料和球墨铸铁材料的复合材料性能，避免因铸件局部位置的高性能需求，提升整个铸件的性能，节约铸造成本，利用蠕墨铸铁材料良好的铸造性进行前期浇注充型，保障复杂薄壁铸件的完整性，利用球化试块对铸件局部位置进行球化处理，使铸件不同部位具备不同铸铁材质的性能，实现铸件具备复合材料的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种蠕墨/球墨铸铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使所述蠕墨铸铁铁水与预设于所述砂型内的球化试块接触，与所述球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得所述复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球化试块的成分主要由镁元素组成。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对所述砂型进行预处理的步骤，所述预处理包括：在所述砂型的用于与所述蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述球化试块的尺寸通过下述方式确定：
检测经球化处理处的复合材料的金相组织结构，若所述金相组织结构中，石墨的形貌为球状和团状，则球化试块的尺寸合格；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为蠕虫状，则增加所述球化试块的尺寸；若所述金相组织结构中，石墨的形貌为爆炸状，则减少所述球化试块的尺寸。
5.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁。
6.一种铸件的制备方法，其特征在于，包括：
向砂型中浇注蠕墨铸铁铁水，使所述蠕墨铸铁铁水与预设于所述砂型内的球化试块接触，与所述球化试块接触的蠕墨铸铁铁水经球化反应后形成球墨铸铁，获得所述铸件。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对所述砂型进行预处理的步骤，所述预处理包括：在所述砂型的用于与所述蠕墨铸铁铁水接触的表面涂刷涂料。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铸件为发动机缸体，所述球化试块在所述砂型中的预设位置为所述砂型中用于形成所述发动机缸体的瓦口的位置。
9.一种铸件，其特征在于，由权利6-8任一项所述铸件的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的铸件，其特征在于，所述铸件为发动机缸体，所述发动机缸体的瓦口由球墨铸铁材料形成，或由一体成型连接的蠕墨铸铁和球墨铸铁的复合材料形成。
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