在模具特定区域植入碳化钨的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在模具特定区域植入碳化钨的方法，该方法包括如下步骤：A、制备有碳化钨均匀分布的预制树脂模具；B、制备在特定区域含有均匀分布的碳化钨的整体消失模；C、砂箱的制备：将消失模放置到钢箱中，小心的将型砂加入到钢箱中围绕在消失模周围，将一层4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆盖在砂箱的上表面以保障砂箱的密闭性；D、模具浇注成型：将熔化的金属液浇入消失模模具腔中，在熔融金属取代模具树脂并捕获碳化钨颗粒时，碳化钨颗粒被完全取代而不会改变其原来在树脂模具当中的位置，制得特定区域性能增强的合金铸件。本发明要对消失模铸造工艺进行一定的改进，将碳化钨颗粒分散在模具特定部位，尤其是保证碳化钨颗粒均匀分散在上述特定部位，从而在低成本条件下制备具有优良性能的合金铸件。
【专利说明】在模具特定区域植入碳化钨的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及消失模铸造【技术领域】，尤其是一种在模具特定区域植入碳化钨的方法。
【背景技术】
[0002]高韧性的耐磨材料被广泛应用于冶金、矿山、建材等诸多行业，在实际应用中，工件需要承受复杂的磨损工况，磨损面既要承受磨损还要承受冲击载荷的作用，这就客观需要耐磨件既要有足够的抗切削磨损性能，还要整个工件有足够好的韧性，而随着工况的不同，对于耐磨材料材质分布也有不同的要求，所以需要寻找一种适用性较强的技术解决这一问题。目前，耐磨材料的生产大致有以下几种方法。
[0003]一是寻找特种合金，在铸件成型之前，调配好合金元素的比例，经过浇注热处理得到有优良耐磨性能的合金铸件，他们的特点是工件强度高，内部结构均匀，适用于一般的工况。
[0004]二是采用堆焊的技术，将硬质合金的焊条用堆焊的方法附着在设备的表层，形成一定厚度的耐磨层，但是这种方法耗费较大工时，只针对某些大型装备适用
[0005]三是采用铸渗法，在消失模制成后，将需要植入的超硬材料粉末和一定比例的粘结剂均匀混合，然后粘附在制成的消失模表面，在浇注过程中超硬材料的粉末在铸件表层形成一定厚度的复合层，这种铸件的复合层厚度一般不大。
[0006]碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物。为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。纯的碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，就能减少脆性。碳化钨的化学性质稳定，能够应用于硬质合金生产材料。本发明的技术思路是针对现有技术的不足对消失模技术进行改进，在消失模形成的同时就把碳化钨粉末植入到消失模之中，然后根据具体需要改变碳化钨的位置，这种方法简单灵活，适用性强。
[0007]综上所述，在矿物粉碎以及其他需要抗冲击、耐磨条件的生产设备中，耐磨铸件的耐磨性、强度、寿命一直是核心的考量要素。普通的合金铸件的强度难于满足日益增长的工业生产对其高抗冲击、高耐磨等性能的需求。碳化钨等添加材料能够大幅提高合金铸件的性能，但是其价格相当昂贵。另一方面，一般情况下合金铸件不会在所有的位置都需要提供抗冲击性/耐磨性能，大部分的应用中只有铸件的一部分长期暴露的冲击和磨损的工作条件下，这样，开发一种成熟的、实用的在模具特定区域植入碳化钨的方法就显得尤为必要。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种在模具特定区域植入碳化钨的方法，对消失模铸造工艺进行一定的改进，将碳化钨颗粒分散在模具特定部位，尤其是保证碳化钨颗粒均匀分散在上述特定部位，从而在低成本条件下制备具有优良性能的合金铸件。
[0009]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0010]在模具特定区域植入碳化钨的方法，该方法包括如下步骤:
[0011]A、有碳化钨均匀分布的预制树脂模具的制备:树脂颗粒和碳化钨颗粒混合均匀加入到钢模型腔中，钢模模具在振动筛上随机高速震动以使树脂颗粒和碳化钨粉末均匀随机的充满整个模腔，紧接着通入蒸汽发泡，成型后碳化钨颗粒均匀分散在预制树脂模具当中；此步骤中控制碳化鹤颗粒的直径在l_8mm之间；
[0012]B、在特定区域含有均匀分布的碳化钨的整体消失模的制备:将步骤A制备的特定形状的预制磨具结合或植入到整体消失模的特定区域，所述特定区域包括任意厚度的全表面、任意形状的离散表面区块、模具的内部和其他需要特殊强化的区域；正确的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透气性的特点并优良吸收树脂液体或气体，涂料涂完之后完全干透，干媒完的涂料厚度控制在0.1_0.25mm ；
[0013]C、砂箱的制备:为步骤B制备好的消失模设置浇口，并根据需要设置闸阀、冒口，然后放置到钢箱中，小心的将型砂加入到钢箱中围绕在消失模周围，随即通过震动使型砂紧实的铺在消失模模型的表面上；震动后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺；然后将一层4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆盖在砂箱的上表面以保障砂箱的密闭性，并接至少一支软管在浇铸钢水时抽真空，以便于将气化的消失模气体移除到砂箱外；
[0014]D、模具浇注成型:精确控制步骤A-C的各项工艺参数后，即可直接将熔化的金属液浇入步骤C制备的消失模模具腔中；此步骤中注意核实步骤A中碳化钨颗粒的直径在l-8mm之间，粒径太大会丧失抗冲击性，粒径小会产生碳化钨的集聚和失位并丧失耐磨性；这样在熔融金属取代模具树脂并捕获碳化钨颗粒时，碳化钨颗粒被完全取代而不会改变其原来在树脂模具当中的位置，制得特定区域性能增强的合金铸件。
[0015]作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，控制碳化钨颗粒的直径在3_6mm之间并与树脂颗粒充分发泡，以达到最优的抗冲击性兼耐磨性效果，同时使得熔化金属取代树脂消失模时碳化鹤能够不失位。
[0016]作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，所述树脂颗粒和碳化钨颗粒的比例关联于铸件的用途，控制碳化钨颗粒的体积占钢模容积的5% -50% ;所述树脂颗粒为聚苯乙烯树脂颗粒。
[0017]作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中，所述耐火涂料采用氧化铝-二氧化硅-水基浆状涂料，按重量比计控制此耐火涂料的固体组分占到48-52%。
[0018]作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中，耐火涂料涂覆完毕后在干燥炉中50-60度的条件下干燥10-14个小时至完全干透。
[0019]作为本发明的一种优选技术方案，步骤C中，采用AFS型砂，控制其平均粒度为34-38 目或 90-100 目，渗透率为 450-525 μ m2 或 63-67 μ m2。
[0020]作为本发明的一种优选技术方案，步骤D中，浇注过程中的真空度控制:对于不锈钢铸件真空度控制在在20-29英尺汞柱，对于其他合金如锰钢，真空度控制在小于10英尺汞柱。
[0021]作为本发明的一种优选技术方案，步骤D中，浇注过程中的温度控制:不锈钢的浇注温度是1350-1450度，其他合金如锰钢的浇注温度是1450度以上。
[0022]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明综合考虑了碳化钨的成本和铸件的强度需求总体现在特定位置这一特点，在节约成本的前提下得到了具有优良耐磨性能的合金铸件。在生产试验中，对于一些铸件的特殊位置，可以将碳化钨颗粒的含量提高到50 %以上，具有明显的技术优越性。
[0023]本发明的核心创新点在于开发了一套完整和成熟的工艺路线，不仅使得碳化钨材料集中在铸件任意特定区域，尤其是确保碳化钨颗粒充分均匀的分散在上述特定区域。 申请人:研究发现在实际生产作业中，碳化钨的粒度大小必须满足特定的标准。碳化钨已探明在许多应用中具有耐磨损等性能，但由于价格高昂而限制了其的应用；如果碳化钨颗粒的直径超过8mm就会发生脆裂从基座中掉落出来，反之如果其粒径太小如低于Imm时就容易发生沉淀集聚现象，在提高熔融铸件性能的问题上降效或失效。本发明的工艺步骤中首先制备碳化钨均匀分布的预制树脂模具，将碳化钨颗粒与树脂颗粒充分均匀混合并蒸汽发泡。经过上述综合处理后，在熔融金属取代树脂消失模的时候，试验已经证明碳化钨颗粒被完全取代而不会改变其原来在树脂模具当中的位置，最终使得碳化钨材料集中在铸件任意特定区域，且碳化钨颗粒在上述特定区域是充分均匀分散的。
[0024]本发明适合多种形式的碳化钨颗粒，例如单碳化钨，其属于完全增碳化合物，具有单相显微组织，加工过程中不熔化，基体金属不易脆裂；也适用于融合碳化钨，尤其是在铸件需要抗冲击时。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是在模具特定区域植入碳化钨后的示意图，图中，黑色部分代表含有碳化钨颗粒的部分。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
[0027]实施例1
[0028]在模具特定区域植入碳化钨的方法，包括如下步骤:
[0029]A、有碳化钨均匀分布的预制树脂模具的制备:聚苯乙烯树脂颗粒和碳化钨颗粒混合均匀加入到钢模型腔中，钢模模具在振动筛上随机高速震动以使树脂颗粒和碳化钨粉末均匀随机的充满整个模腔，控制碳化钨颗粒的直径在3-6mm之间并与树脂颗粒充分发泡，以达到最优的抗冲击性兼耐磨性效果，同时使得熔化金属取代树脂消失模时碳化钨能够不失位，保障碳化钨颗粒均匀的分散在模具的特定区域；对于碳化钨颗粒的大小，通常在铸件不承受较大冲击力的条件下，碳化钨的直径可以适当增大(极端情况下可以增大到12_)，否则应当减小其粒径；另外，此步骤中，树脂颗粒和碳化钨颗粒的比例关联于铸件的用途，铸件的耐磨性要求越高，则需要越大量的碳化钨成分，通常控制碳化钨颗粒的体积占钢模容积的10% -40% ；
[0030]B、在特定区域含有均匀分布的碳化钨的整体消失模的制备:将步骤A制备的特定形状的预制磨具结合或植入到整体消失模的特定区域，所述特定区域包括任意厚度的全表面、任意形状的离散表面区块、模具的内部和其他需要特殊强化的区域；正确的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透气性的特点并优良吸收树脂液体或气体，可以采用氧化铝-二氧化硅-水基浆状涂料，按重量比计控制此耐火涂料的固体组分占到50 %，涂料涂完之后在干燥炉中55度的条件下干燥12小时至完全干透，干燥完的涂料厚度控制在 0.2mm ；
[0031]C、砂箱的制备:为步骤B制备好的消失模设置浇口，并根据需要设置闸阀、冒口，然后放置到钢箱中，小心的将型砂加入到钢箱中围绕在消失模周围，随即通过震动使型砂紧实的铺在消失模模型的表面上；震动后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺，实际生产中，可以采用AFS型砂，控制其平均粒度为36目、渗透率为500 μ m2 (或95目、65 μ m2)；然后将一层5mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆盖在砂箱的上表面以保障砂箱的密闭性，并接至少一支软管在浇铸钢水时抽真空，以便于将气化的消失模气体移除到砂箱外；
[0032]D、模具浇注成型:精确控制步骤A-C的各项工艺参数后，即可直接将熔化的金属液浇入步骤C制备的消失模模具腔中；浇注过程中的真空度控制:对于不锈钢铸件真空度控制在25英尺汞柱，对于其他合金如锰钢，真空度控制在小于10英尺汞柱；温度控制:不锈钢的浇注温度是1400度，其他合金如锰钢的浇注温度是1450度以上；此步骤中注意核实步骤A中碳化钨颗粒的直径在3-6mm之间，粒径太大会丧失抗冲击性，粒径小会产生碳化钨的集聚和失位并丧失耐磨性；这样在熔融金属取代模具树脂并捕获碳化钨颗粒时，碳化钨颗粒被完全取代而不会改变其原来在树脂模具当中的位置，制得特定区域性能增强的合金铸件。
[0033]实施例2
[0034]本实施例与实施例1的不同之处在于步骤A和B制备消失模的方法，可以将碳化钨颗粒粘在胶带上，然后将原来的模型切掉部分后，将粘有碳化钨颗粒的胶带到模型上；另外针对仅需表处理的情况，也可以将碳化钨颗粒加热到175度左右，然后将之放置在钢制的平台上，将制成的消失模的某一边压到这些颗粒上，通过粉末的热效应使之将一部分树脂熔化并轻微的融入到整体模型当中。
[0035]上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
【权利要求】
1.在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: A、有碳化钨均匀分布的预制树脂模具的制备:树脂颗粒和碳化钨颗粒混合均匀加入到钢模型腔中，钢模模具在振动筛上随机高速震动以使树脂颗粒和碳化钨粉末均匀随机的充满整个模腔，紧接着通入蒸汽发泡，成型后碳化钨颗粒均匀分散在预制树脂模具当中；此步骤中控制碳化钨颗粒的直径在1-Smm之间； B、在特定区域含有均匀分布的碳化钨的整体消失模的制备:将步骤A制备的特定形状的预制磨具结合或植入到整体消失模的特定区域，所述特定区域包括任意厚度的全表面、任意形状的离散表面区块、模具的内部和其他需要特殊强化的区域；正确的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透气性的特点并优良吸收树脂液体或气体，涂料涂完之后完全干透，干燥完的涂料厚度控制在0.1-0.25mm ； C、砂箱的制备:为步骤B制备好的消失模设置浇口，并根据需要设置闸阀、冒口，然后放置到钢箱中，小心的将型砂加入到钢箱中围绕在消失模周围，随即通过震动使型砂紧实的铺在消失模模型的表面上；震动后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺；然后将一层4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆盖在砂箱的上表面以保障砂箱的密闭性，并接至少一支软管在浇铸钢水时抽真空，以便于将气化的消失模气体移除到砂箱外； D、模具浇注成型:精确控制步骤A-C的各项工艺参数后，即可直接将熔化的金属液浇入步骤C制备的消失模模具腔中；此步骤中注意核实步骤A中碳化钨颗粒的直径在1-Smm之间，粒径太大会丧失抗冲击性，粒径小会产生碳化钨的集聚和失位并丧失耐磨性；这样在熔融金属取代模具树脂并捕获碳化钨颗粒时，碳化钨颗粒被完全取代而不会改变其原来在树脂模具当中的位置，制得特定区域性能增强的合金铸件。
2.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤A中，控制碳化钨颗粒的直径在3-6mm之间并与树脂颗粒充分发泡，以达到最优的抗冲击性兼耐磨性效果，同时使得熔化金属取代树脂消失模时碳化钨能够不失位。
3.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤A中，所述树脂颗粒和碳化钨颗粒的比例关联于铸件的用途，控制碳化钨颗粒的体积占钢模容积的5% -50% ;所述树脂颗粒为聚苯乙烯树脂颗粒。
4.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤B中，所述耐火涂料采用氧化铝-二氧化硅-水基浆状涂料，按重量比计控制此耐火涂料的固体组分占到48-52%。
5.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤B中，耐火涂料涂覆完毕后在干燥炉中50-60度的条件下干燥10-14个小时至完全干透。
6.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤C中，采用AFS型砂，控制其平均粒度为34-38目或90-100目，渗透率为450-525 μ m2或63-67 μ m2。
7.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤D中，浇注过程中的真空度控制:对于不锈钢铸件真空度控制在在20-29英尺汞柱，对于其他合金如锰钢，真空度控制在小于10英尺汞柱。
8.根据权利要求1所述的在模具特定区域植入碳化钨的方法，其特征在于:步骤D中，浇注过程中的温度控制:不锈钢的浇注温度是1350-1450度，其他合金如锰钢的浇注温度 是1450度以上。
【文档编号】B22D19/02GK104384450SQ201410725807
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】马丁·威廉·贝茨, 刘岩, 王总超 申请人:马丁·威廉·贝茨