CN86106682A - 白口铸铁与铸钢双金属复合铸造 - Google Patents

Abstract

本发明是白口铸铁与铸钢双金属复合铸造，采用“镶铸”和“双液”两种复合铸造工艺方法，用本工艺可生产既要求较高冲击性能，同时还具有抗磨性好或者同时具有耐热性好、耐蚀性好等特殊性能要求的各种零件，由两种材料铸成的双金属整体零件达到其使用性能良好、可靠、耐久且经济的目标，本工艺采用了自制的SIV双金属结合部位保护剂，既保护了结合部位高温下的清洁，同时为双金属结合创造了条件。

Description

本发明属于双金属复合铸造工艺方法，特别是白口铸铁与碳钢或高锰钢的复合铸造工艺方法。

目前双金属复合铸造件，主要用离心铸造技术生产几何形状十分简单的缸套类，而本工艺以静态法可生产多种形状白口铸铁与铸钢双金属复合铸造的铸件，经国际联机检索尚未发现类似于本工艺所采用的技术措施。

本发明的目的是把具有抗磨料磨损性能的白口铸铁材料和具有高韧性的碳钢或高锰钢材料通过双金属复合铸造的方法制成具有两种材料双重特性的整体铸件，以提高铸件的抗磨性能（或耐热耐蚀性能）和强韧性，并根据使用中零件各部位的不同性能要求加以配置，以提高铸件机械性能和使用性能。

本工艺也可用于铸钢与铜、铸钢与其它铸铁材料的双金属复合铸件的生产上。

本发明的内容：

本发明所用母材为具有强韧性的碳钢或高锰钢材料，抗磨材料为白口铸铁。

本发明所采用的双金属复合铸造工艺，有两种工艺。

一种是由白口铸铁预先做成抗磨预制件，经清洗后固定在铸件工作部位的铸型上，然后按工艺要求把熔炼好的钢水浇入到双金属铸型内，这种工艺简称为“镶铸工艺”。

一种是按本工艺要求，将熔炼好的钢水先浇入到铸型内，再将炼好的白口铸铁，浇入到同一个铸型内，将获得双金属复合铸件，这种工艺简称为“双液”双金属铸造工艺。

采用本发明工艺制造的双金属复合铸件结合部位含有的主要合金元素呈规律性变化，即从钢层到白口层的过渡区域内，C、Cr、Si、Mo、Cu、Mn等主要合金元素的含量逐步增高，其含量高于铸钢低于白口铸铁。

双金属结合部位组织有如下几个特点：

1、双金属结合部位，经双金属铸造工艺后均呈现过渡区域和过渡组织，其明显过渡层宽度为40～100μ左右，其组织具有过共折钢以及亚共晶白口铸铁特征。由珠光体和少量隐针马氏体基体组织中均匀弥散分布的小颗粒碳化物组成的过渡组织，有机地连接铸钢层和白口铸铁层的截然不同的两种组织。

2、以双金属过渡层为界，两种金属材料各自保持自己原有的金相组织和力学性能特点，即白口铁层呈现典型亚共晶白口铸铁的组织特点和良好抗磨性能的特点，铸钢层呈现典型亚共折钢的组织特点和具有较高强韧性的特性。

3、靠近双金属过渡区域的两种金属材料的组织，比远离双金属过渡区域的两种材料组织要细，分布均匀，具有细等轴晶结晶特点。

4、过渡区域基体组织晶体结构与钢和白口铸铁晶体结构相同，没有出现新的晶体组织结构。

5、双金属过渡区域的过渡金属主要成分属过共折钢。

双金属结合部位组织：

图1、钢层组织

图2、钢层+白口铸铁层组织

图3、过渡区组织

图4、白口铸铁层组织

图5、“镶铸”双金属铸件金相组织

图6、“双液”双金属铸件金相组织

双金属复合铸造材料的结合强度和力学性能：

双金属复合铸造材料的结合强度必须介于两种材料力学性能之间，只有这样才能保证铸件的使用性能达到安全、可靠、耐久的目标。

双金属复合材料结合强度

双金属复合材料冲击韧性（20×20×110）J/cm²

双金属复合材料过渡区显微硬度

部位    显微硬度（HV100）

白口层    724

过渡区    514

钢层（靠近过渡区）    254

本发明双金属复合铸造工艺，在双金属结合面上应用代号为SⅣ的保护剂，它具有比重轻，熔点低，气化温度高，流动性好，与钢湿润性好，高温抗氧化性能良好和去锈能力强等特点，实施本工艺过程中，它有效的保护双金属结合面高温下（950～1400℃）的清洁和防止氧化，并促使两种材料的热交换，促使两种金属材料中的主要合金元素相互扩散，以形成过渡区域中间合金和中间过渡金属组织。

SⅣ保护剂的组成成份为：

Na₂So₄0.2-5% Na₂B₄O₇·10H₂O5.0-70%

Na₂Co₃0.5-25% CaCO₃0.1-5.0%

K₃Po₄0.5-25% Na₃Po₄0.5-25%

NaCl2.0-40%    钠基玻璃0.3-3.0%

Sio₂0.1-10%

采用“双液”双金属复合铸造方法时，其保护剂必须在浇铸钢层的同时浇注到铸钢型腔内。

本发明双金属复合铸造工艺所制成铸件按其它双金属铸件热处理常规工艺进行热处理。

本发明双金属铸造所述的“镶铸”工艺方法：

一）、硬质抗磨预制块的制备

1）、预制件材质要符合国家标准要求。

2）、预制件的铸造质量要求健全，不得有铸造缺陷，表面一定要清洁，不得有氧化和锈蚀现象，不得有残存油污等不洁物。一般采用酸洗或喷丸、喷砂处理，使表面清洁。也可用SⅣ剂清洁其表面。

二）、硬质抗磨预制件的固定及预热

硬质抗磨预制件在型腔内的固定采用一般铸造工艺常用的固定内冷铁的方法，或其它固定方法如泡沫塑料固定或芯掌固定方法等。再根据铸件与预制块的重量比确定其予热方法和予热温度。当比值大于10时，靠充满铸型的母材的热容量来予热，当铸件与预制件的重量比小于10时，必须对型腔内预制件和铸型进行必要的予热，同时在铸型中开设借用母材高温来予热予制件的必要的溢流槽，使母材金属充满型腔后，予制件周围的母材金属在一般时间内保持液态，浇入到型腔内的铸钢与予制件及铸型壁接触，必然引起热损失，导致降温。而予制件与铸钢结合部位的温度要在钢水熔点以上保持一段时间，否则得不到健全的双金属复合铸件。从理论上讲，实施本工艺的必要条件是：

Q_Ⅰ-（Q_S+Q_C）＞Q_Ⅱ

式中：Q_Ⅰ-浇入型腔内的铸钢总热容量

Q_S-予制件表层达到本身熔点时所需要的热容量

Q_C-铸型诸因素升温到铸钢熔点以上时所需要的热容量（对特点铸件和特点工艺而言，Q_C是常数）

Q_Ⅱ-铸型内铸钢在熔点时具有的热容量

本发明所述的“双液”双金属复合铸造工艺是指铸钢熔液（碳钢或高锰钢）和白口铸铁熔液通过各自的浇注系统，先后浇入到同一铸型内，获得双金属复合铸件。两种材料的厚度，根据铸件的使用条件确定：当零件磨损程度小于易损零件总体积的50%时，钢层厚度选择大于白口层并在铸造时采用激冷工艺，而当受力状态较差，零件磨损程度大于易损零件总体程度的50%以上时，则钢层厚度选择小于白口层厚度，并在铸造工艺上采用表面激冷工艺和内部内冷工艺、钢层厚度，靠铸型内预先开设的定位观察孔来控制。浇铸时，先浇铸钢层，后浇注白口层。为确保双金属结合良好，双金属结合部位必须用SⅣ保护剂使结合部位清洁，并防止氧化。当浇注白口铸铁时，保护剂被铁水流冲流到铸型内溢流槽中。两种金属浇注时间间隔由先浇注的钢层温度来决定。一般温度在900～1400℃为宜。

控制好两种金属浇注时间间隔是“双液”双金属铸造工艺中一个十分重要的工艺参数。本工艺经多次试验的结果表明，只要在钢层表面-即双金属结合面上，由于高温白口铁水的冲刷而形成一层均匀的熔融层，同时，白口铸铁层金属液能在一段时间内保持液态，才能得到理想的双金属铸件。

双金属铸件的铸造工艺一定要考虑白口铸铁部分的充分补缩和表面质量问题。本发明根据铸件的结构，通常使用加内外冷铁的工艺和开设外冒口的工艺。

本发明双金属复合铸造工艺，可生产任意的、即要求较高冲击性能，同时也要求抗磨性好（或者耐热性好、或者耐蚀性好）等特殊性能要求的各种易损零件，使易损零件同时兼有两种材料特性，由两种材料铸成的双金属整体以达到其使用性能优良、可靠、耐久、经济的目的。本发明所使用的SⅣ保护剂比重轻，熔点低、气化温度高，具有很强的去锈和防氧化能力，并具有良好湿润性和流动性，SⅣ保护剂也具有成本低，其原材料易买到，制造简便，可以反复使用等特点。

双金属复合铸造实施例

下面所列实施例中的两种材料及其化学成份如下：

“镶铸”双金属复合铸造工艺实施例1

铸件名称：φ1250型锤式破碎机12公斤锤头

抗磨镶铸予制件由本说明书所规定的高铬白口铸铁，经静态铸造而制成的。其尺寸为（5～15）×（20～30）×（40～70）毫米，长方形予制件，在一个锤头的工作部位上均匀的配置3～6块，其质量必须满足本说明书所规定的要求。

抗磨予制件表面必须按本说明书中所述的要求进行清理，以保持清洁表面。

按本说明书的要求，把抗磨予制件固定在锤头铸型内，用喷灯或钢水经预热至450～650℃后，浇注已熔炼好的45^＃铸钢，便获得铸态镶铸双金属复合铸件锤头。

铸态双金属复合锤头，用箱式电炉进行热处理，其工艺为：由室温或200℃±50℃升温至550～650℃，保温1小时再升温至860～980℃，保温4小时，水淬，再由室温升温至200℃，保温3小时，空气冷却。

“双液”双金属复合铸造工艺实施例2

铸件名称：φ1250×1250型反击式破碎机板锤

所用双金属复合铸造用材料主要成份应符合本说明书所规定的高铬白口铸铁和45^＃铸钢的成份要求。

“双液”铸型可用水玻璃自硬砂型或者粘土干型。

通过“双液”铸造工艺中的铸钢浇注系统，先浇入45^＃铸钢，与此同时，浇注双金属结合面高温保护剂SⅣ，铸钢层厚度定位孔控制在30～40毫米，当铸钢层全部凝固（浇注铸钢后约1.0～2.5分钟），结合面温度在900～1400℃时，通过高铬白口铸铁浇注系统浇注高铬白口铸铁，便能获得铸态双液双金属板锤。

铸态双液双金属复合铸造板锤，用箱式电炉进行热处理。其热处理工艺为：由室温或200℃±50℃升温至550～650℃，保温1小时，再升温至890～910℃，然后再保温4小时，空淬。再由室温升温至400～450℃，保温4小时，空冷。

按上述两种工艺即可制成双金属复合铸造锤头和板锤。

Claims (10)

1、一种复合铸造工艺，特别是白口铸铁与铸钢复合铸造工艺，其特征在于：在静态铸造条件下，获得同时兼有两种金属材料特性的双金属整体铸件，其方法有“镶铸”和“双液”两种双金属复合铸造工艺，在其实施中应用一种在结合面上使用的SⅣ的保护剂。

2、如权利要求1所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于双金属结合部位应用的高温保护剂SⅣ其组成成份为：

Na₂B₄O₇·10H₂O 5.0～70%

Na₂SO₄0.2～5%

K₃PO₄0.5～25%

Na₃PO₄0.5～25%

Na₂CO₃0.5～25%

NaCl  2.0～40%

钠基玻璃  0.3～3%

SiO₂0.1～1.0%

CaCo₃0.1～5.0%

这种保护剂还可用于铸钢与铜及铸钢与其它铸铁双金属铸造结合面上。

3、如权利要求1、2所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于采用“镶铸”方法时所加工的予制件所要达到的技术要求是：予制件铸造质量要求健全，不得有铸造缺陷，表面一定要清洁，不得有氧化锈蚀现象，不得有残存油污等不洁脏物，一般采用酸洗或喷丸，喷砂处理，使表面清洁，可使用SⅣ保护剂清洁表面。

4、如权利要求3所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于予制件在型腔内必须固定，其固定方法为一般铸造工艺常用的固定内冷铁的方法或其它固定方法如泡沫塑料固定或用芯掌固定法等。

5、如权利要求4所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于要保证铸钢母材浇入铸型内一段时间温度高于母材熔点以上，铸件与予制件重量比小于10时，需要进行予热，其予热方法可用喷灯、电炉加热等，同时在铸型内开设借用母材高温来予热予制件的溢流槽。

6、如权利要求1、2所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于采用“双液”双金属复合铸造方法时，白口层和钢层的厚度的选择为：当零件磨损程度小于易损零件总体积的50%时，钢层厚度选择大于白口层，并在铸造时采用激冷工艺，而当受力状态较差，零件磨损程度大于磨损零件总体积的50%以上时，则钢层厚度选择小于白口层厚度，并在铸造工艺上采用表面激冷工艺和内部内冷工艺，厚度的确定靠铸型内予先开设的定位观察孔来控制。

7、如权利要求6所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于采用“双液”双金属复合铸造方法时用的是先浇注钢层，后浇注白口层，两种金属浇注时间间隔由先浇注的钢层温度来决定，一般温度在900～1400℃为宜。

8、如权利要求7所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于采用“双液”双金属复合铸造方法时，其保护剂必须在浇铸钢层时同时浇注到铸钢型腔内。

9、如权利要求5所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于按本工艺制成的双金属铸件按其它双金属铸件热处理常规工艺进行热处理。

10、如权利要求9所述的双金属复合铸造工艺，其特征在于本发明也可用于铸钢与铜、铸钢与其它铸铁材料的双金属复合铸件的生产上。

Images