專利名稱：：錳鋼鑄件用三元復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明-錳鋼鑄件用三元復(fù)合材料，主要是針對(duì)錳鋼鑄件生產(chǎn)中常見的重要缺陷之一-粘砂問題提出的一項(xiàng)發(fā)明。錳鋼鑄件粘砂，特別是化學(xué)粘砂是一種復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，在鑄造條件下，往往是兩種或兩種以上機(jī)制共同作用的結(jié)果，使鑄件表面質(zhì)量降低，增加清理工時(shí)，惡化勞動(dòng)環(huán)境。各國(guó)對(duì)鑄件粘砂問題雖有幾十年研究，但到目前為止還沒有理想的解決方法。為克服粘砂缺陷，國(guó)外用于鑄造高錳鋼的原砂主要有橄欖石砂、鉻鐵礦砂;國(guó)內(nèi)常用的原輔材料有石英砂、石灰石砂、橄欖石砂、鎂砂涂料、鋁釩土涂料等，這些造型材料不理想的原因是橄欖石砂中的Fe2SiO4以及鉻鐵礦中的FeCr2O4均可與MnO發(fā)生一定程度的反應(yīng)，生成Mn2SiO4和MnCr2O4，造成鑄件表面粗糙，盡管如此，在目前沒有更好的替代材料的情況下，橄欖石砂和鉻鐵礦砂仍是國(guó)外鑄造行業(yè)首選的錳鋼鑄件用造型材料，這兩種材料資源較豐富的國(guó)家和地區(qū)是斯堪的那維亞半島、日本有豐富的橄欖石砂資源;南非、蘇聯(lián)的鉻鐵礦砂儲(chǔ)量很大。但我國(guó)橄欖石砂、鉻鐵礦砂的資源有限，價(jià)格較高，并不常用。我國(guó)大量使用的是石英砂、石灰石砂、鎂砂涂料、鋁釩土涂料等，但這些材料都不同程度地存在問題石英砂屬酸性材料與MnO強(qiáng)烈反應(yīng)引起嚴(yán)重粘砂，做錳鋼鑄件的型砂不理想;鋁釩土為中性物質(zhì)，防粘效果也不明顯;鎂砂、石灰石砂屬?gòu)?qiáng)堿性原砂，不與MnO反應(yīng)，但鎂砂屬高溫?zé)o固相燒結(jié)材料，因此高溫強(qiáng)度低，涂料需加入較多的高溫粘結(jié)劑，否則會(huì)造成涂層沖蝕，防粘砂效果不盡理想，小件粗糙(Ra25-50左右)，大件亦有粘砂現(xiàn)象;石灰石砂由于發(fā)氣量大，易使鑄件產(chǎn)生氣孔，縮沉，麻坑等缺陷，還可能出現(xiàn)CO中毒問題。目前有少數(shù)廠家亦使用橄欖石砂，效果好，鑄件表面可達(dá)Ra50左右，無粘砂，但清砂困難，且資源有限，價(jià)格較高，難以推廣利用。到目前為止，我國(guó)還沒有適合于錳鋼鑄件的較為理想的造型材料。錳鋼鑄件廣泛應(yīng)用于礦山、建材、水泥、軍事、工程機(jī)械及農(nóng)機(jī)等需要耐磨零件的機(jī)械產(chǎn)品中，我國(guó)年需求量大于50多萬噸。到目前為止，我國(guó)還沒有適合于錳鋼鑄件的較為理想的造型材料。本發(fā)明的目的在于結(jié)合我國(guó)國(guó)情，研究開發(fā)一種資源廣、成本低，高溫性質(zhì)穩(wěn)定的特種造型材料，減少粘砂，提高錳鋼鑄件的外觀質(zhì)量，同時(shí)本發(fā)明也可用作耐火材料。本發(fā)明的內(nèi)容三元復(fù)合材料主要是由鈦渣(冶金廢渣)40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成，經(jīng)過合理的粒度級(jí)配復(fù)合而成。三元復(fù)合造型材料配制三元復(fù)合砂的配制將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至50/100目，100/200目和70/140目，按比例混合配制成三元復(fù)合砂，這種砂可用各種鑄造用粘結(jié)劑粘結(jié)，按常規(guī)造型，制芯方法即可用于鑄造生產(chǎn)。三元復(fù)合涂料的配制將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例混合，將這種復(fù)合粉料作為骨料，按下列配方(重量%)即可制得錳鋼鑄件用涂料復(fù)合粉料(骨料)60-70%;甲階酚醛樹脂1-3%;PVB0-0.5%;鋰膨潤(rùn)土1-3%;酒精余量不論是三元復(fù)合砂還是三元復(fù)合涂料的骨料統(tǒng)稱為三元復(fù)合材料。三元復(fù)合造型材料的化學(xué)成分(重量%)如下AI2O330-50MgO20-30Cr2O35-10TiO25-10CaO5-10SiO2等其它雜質(zhì)三元復(fù)合材料在受到鑄件散發(fā)的熱量加熱之后，其礦物組成發(fā)生了顯著變化。在三元復(fù)合砂中生成30-40%的尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)，在三元復(fù)合涂料中三種原材料經(jīng)分解、化合和固溶作用已基本完全轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩癁橹飨嗟牟牧?。其礦物組成如下(體積%)尖晶石80-90鈣鈦礦5-10方鎂石0-5硅酸鹽雜質(zhì)3-5由上述礦物組成可見，三元復(fù)合骨料已由三種原材料的機(jī)械混合物變成了以易固相燒結(jié)的高熔點(diǎn)尖晶石為主相的接近單相的材料，顯微組織得到顯著改善。附圖為三元復(fù)合粉料受熱后的顯微組織(其中，圖1為光片、單偏光，560×;圖2為薄片、單偏光，280×。圖中A-尖晶石、B-鈣鈦礦、C-方鎂石、D-孔隙、E-硅酸鹽雜質(zhì))。主晶相為不與MnO反應(yīng)的MgAI1.5Cr0.5O4，次晶相為CaTiO3和MgO，主次晶相為直接結(jié)合，F(xiàn)e、Ti、Mn等雜質(zhì)溶于尖晶石內(nèi)部，硅酸鹽相呈孤島形式分布，從而其物理工藝性能較好。本發(fā)明三元復(fù)合造型材料在受熱后形成了高熔點(diǎn)，易燒結(jié)的尖晶石型造型材料，從而獲得較好的物理工藝性能，具有良好的耐火度和高溫強(qiáng)度，適中的燒結(jié)點(diǎn)，耐火度可達(dá)1900℃以上，燒結(jié)點(diǎn)1300℃左右，高溫抗壓強(qiáng)度接近于鉻鐵礦砂的水平。同時(shí)其顯微組織理想，主次晶相基本上為直接結(jié)合，抗堿性渣侵蝕能力強(qiáng)，高溫強(qiáng)度大，因此也可以用作耐火材料。本發(fā)明三元復(fù)合造型材料與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、與鉻鐵礦砂和橄欖石砂相比，三元復(fù)合砂原材料資源豐富，價(jià)格較低，使用效果好，因?yàn)槠涓邷貢r(shí)有更理想的顯微組織和物理工藝性能，堿度大，不與MnO反應(yīng)，所以抗堿性渣侵蝕能力強(qiáng)。2、與鎂砂相比，鎂砂由于無高溫固相燒結(jié)性能，故得到的鑄件表面粗糙，且鎂砂易水化，配涂料時(shí)需加入高溫粘結(jié)劑，增加工序費(fèi)時(shí)費(fèi)力。3、與石灰石砂相比，三元復(fù)合材料完全克服了氣孔、縮沉、麻坑、CO中毒等缺陷。4、與鋁釩土涂料相比，三元復(fù)合砂涂料比鋁釩土涂料成本低，提高鑄件表面質(zhì)量效果顯著，表面粗糙度降低2級(jí)以上。用幾種涂料澆注高錳鋼鑄件的結(jié)果(石英砂型)</tables>由上表可知采用三元復(fù)合涂料澆注的鑄件(如輪箍、襯板、錘頭、齒板等，重量75-1100Kg，壁厚50-160mm)表面光潔，無粘砂，表面粗糙度可達(dá)GBRa12.5-25μm，局部可達(dá)GBRa6.3，比用鎂砂涂料的表面粗糙度至少降低一級(jí)，比采用鋁釩土涂料的表面粗糙度降低二級(jí)以上。本發(fā)明三元復(fù)合造型材料不管作特種砂還是涂料，它與傳統(tǒng)的天然特種原砂，如鉻鐵礦砂、橄欖石砂、鎂砂和石灰石砂等相比，資源豐富，價(jià)格低廉，加熱后的顯微組織理想，物理工藝性能如耐火度、燒結(jié)點(diǎn)、高溫強(qiáng)度等較好，固相燒結(jié)作用顯著，有較強(qiáng)的抗堿性渣侵蝕能力等特點(diǎn)，是一種實(shí)用的優(yōu)良的抗粘砂特種造型材料。實(shí)施例1三元材料配比為鈦渣粉65%，鎂砂粉15%，鎂鉻砂粉20%。用這種混合粉料配制的涂料澆注錳鋼鑄件(顎式破碎機(jī)活動(dòng)齒板、尺寸1481×96×190，壁厚100mm，重量1100Kg)表面粗糙度為Ra12.5-25μm，對(duì)涂料殼進(jìn)行分析，其礦物組成為尖晶石，另有少量鈣鈦礦。實(shí)施例2用例3中的復(fù)合涂料，澆注了共500多噸襯板、錘頭、輪箍、齒板等錳鋼鑄件重量75-1100Kg，壁厚50-160mm，結(jié)果表明鑄件表面光潔，無粘砂。實(shí)施例3三元復(fù)合砂配比為60%鈦渣砂、30%鎂鉻砂、10%鎂砂，以三元復(fù)合砂為100%再配以7-9%的水玻璃澆注各種規(guī)格的高錳鋼鑄件(重量650-900Kg，壁厚60-100mm)，并與橄欖石砂進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果用橄欖石砂澆注的鑄件表面粗糙度為Ra50-100μm，用三元復(fù)合砂澆注的鑄件粗糙度為Ra25-50μm，比用橄欖石砂澆注的鑄件降低一級(jí)。權(quán)利要求1.一種錳鋼鑄件用復(fù)合材料，其特征是它是由鈦渣(冶金廢渣)砂40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成，經(jīng)過合理的粒度級(jí)配復(fù)合而成，三元復(fù)合砂的配制將鈦渣砂、鎂鉻廢磚、鎂砂分別粉碎篩分至50/100目、100/200目和70/140目，按比例混合配制成三元復(fù)合砂。2.一種三元復(fù)合涂料，其特征是將鈦渣、鎂鉻廢磚、鎂砂分別破碎篩分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例40-70%∶30-50%∶5-15%混合，將這種復(fù)合材料作為骨料按下列配方(重量%)制成錳鋼鑄件用涂料復(fù)合粉料60-70%甲階酚醛樹脂1-3%PVB0-0.5%鋰膨潤(rùn)土1-3%酒精余量3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的三元復(fù)合砂材料，其特征是在鑄造生產(chǎn)中三元復(fù)合涂料受到鑄件散發(fā)的熱量加熱后，產(chǎn)生了具有優(yōu)良抗粘砂性能的如下礦物組成尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)80-90鈣鈦礦5-10方鎂石0-5硅酸鹽等雜質(zhì)3-54.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的三元復(fù)合材料，其特征是在鑄造生產(chǎn)中三元復(fù)合砂受到鑄件散發(fā)的熱量加熱后，產(chǎn)生了具有優(yōu)良抗粘砂性的30-40%的尖晶石(MgAI1.5Cr0.5O4)。5.一種三元復(fù)合材料，其特征是它是由鈦渣砂40-70%、鎂鉻廢磚砂30-50%和鎂砂5-15%組成可用作耐火材料。全文摘要本發(fā)明的內(nèi)容主要是針對(duì)錳鋼鑄件生產(chǎn)中常見的重要缺陷之一——粘砂問題提出的一種三元復(fù)合材料。它由鈦渣(冶金廢渣)40-70％，鎂鉻廢磚砂30-50％和鎂砂5-15％組成，經(jīng)過合理的粒度級(jí)復(fù)合而成。它資源豐富，價(jià)格低，不粘砂，抗侵蝕，完全克服了氣孔、縮沉、麻坑及一氧化碳中毒等缺陷。另外，這種材料高溫受熱后獲得較好的物理工藝性能，具有良好的耐火度和高溫強(qiáng)度，可做耐火材料。文檔編號(hào)B22C3/00GK1063633SQ9110602公開日1992年8月19日申請(qǐng)日期1991年2月2日優(yōu)先權(quán)日1991年2月2日發(fā)明者張春秀,周靜一,張明臣,呂德志,歷恩平,于志強(qiáng)申請(qǐng)人:機(jī)械電子工業(yè)部沈陽(yáng)鑄造研究所