本发明涉及一种地钻，尤其涉及一种地桩打孔用地钻，属金属熔模铸造领域。
背景技术：
地钻是安装在钻杆前，回转破碎岩石路面的一种工具。在我国，城市建设和绿化工程的增加，所以对地钻这种减少劳动力度的辅助工具的需求也在不断增大。现有技术通常用铸造工艺来制造地钻，虽然这种工艺可以可以生产出形状复杂、适应性广的零件毛坯，但是铸造后合金组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松等缺陷，特别是冲击韧性下降，无法满足地钻这种高强作业的合金工具对硬度、耐磨、抗震、抗冲击性能的需求。中国专利(公开号：103464683a)公开了一种熔模铸造方法，针对浇注中铸件易发生缩孔、疏松缺陷的厚大部位，在对蜡模件涂料制壳5-10层后，将导热部件放置在厚大部位的涂料层外，本发明利用导热部件的导热率比型壳导热率高的作用，及时导出厚大部位的热量，加速厚大部位凝固冷却速度，实现顺序凝固，从而消除厚大部位的缩孔、疏松缺陷。但是此专利涂料制壳需要5-10层，材料成本极高，且通过导热部件实现顺序凝固，降低了生产效率。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种高硬度、高耐磨、高韧性的地桩打孔用地钻。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：一种地桩打孔用地钻，所述的地桩打孔用地钻由水玻璃熔模铸造而成，其中水玻璃熔模铸造中的超薄壳由内到外依次包括薄蜡层、树脂涂层、加固层。
本发明不同与现有技术的水玻璃熔模法先制作蜡模再制壳，其直接制壳，且模壳极薄。这种超薄模壳由薄蜡层、单层树脂涂层和单层加固层组成，加热后薄蜡层还会熔于树脂涂层表面，既保有分离作用，又能省去失蜡步骤。其中树脂涂层韧性好，能承受浇注时内外力作用，加固层硬度高、不易变形、高耐热性，使超薄壳能满足水玻璃熔模铸造中的一切要求。本发明超薄壳能解决一般水玻璃熔模法中所制壳较厚，由5-10层耐高温涂层组成，浪费材料，且焙烧时壳受热不完全会导致所制壳表面光洁度变差，还有浇注时壳过厚，增加发气量、散热性差，最后使得铸造后合金组织疏松、晶粒粗大、内部易产生缩孔、缩松、冲击韧性下降等问题，从而提升合金硬度、耐磨、抗震、抗冲击性能。
所述超薄壳的制备方法包括：先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在200-250℃，保温15-20min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内800-1000℃温度下焙烧30-60min后得到超薄壳。本发明直接采用造型良好的铝合金制作组模，可拆分组合，以满足地钻螺旋结构，拆分制模工艺更为简单，再组合成结构复杂。这种金属模硬度高、模型稳固，能在模壳成型后与其分离，获得模壳更薄，且能重复使用，节约成本，提高生产效率。
所述的表面涂层组分为30-50重量份石英粉、10-15重量份硅丙树脂、5-10重量份水玻璃、50-60重量份酒精。树脂涂层中石英粉为高耐火材料，硅丙树脂为高韧性结合剂，还能提高涂层表面光洁度，水玻璃能使涂层硬话，酒精为溶剂。
所述的加固层组分为30-40重量份石英粉、10-15重量份tic、10-20重量份木质素、5-10重量份铝矾土、50-60重量份水。加固层石英粉为高耐火材料，tic硬度高，还能防止材料高温氧化，木质素具有极强的粘性，能结合涂层，铝矾土起加固涂层作用，水为溶剂。
所述的砂子为粒度50-100目的石英砂。一定粒度的石英砂添加在树脂涂层和加固层之间，能够增加壳层硬度。粒度太小增加硬度不明显，粒度太大，会影响超薄壳厚度。
一种地桩打孔用地钻的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
s1、将地桩打孔用地钻的材料在在1300-1400℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；
s2、将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
s3、将金属熔融混料趁热浇注到s2中的超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；
s4、对毛坯件进行淬火处理、回火处理；
s5、将毛坯件浸入镀锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。
浇注时外部填充铁丸作为背砂，便于施加磁场。
本发明在水玻璃熔模中填料选用铁丸，能够在浇注时形成稳定的磁场。所以在磁场力作用下，内部金属熔融混料流动加快，且有一定的方向性，能够加快冷却速度，抑制金属晶粒长大，从而能有效避免成型的铸铁出现缩孔、疏松等问题，使金属组织更为严密，获得的地钻具有较高的韧性、强度、耐磨性。
所述地桩打孔用地钻材料由以下重量百分数组分组成：c：0.2-0.3％、si：1.30-1.50％、mn：0.80-1.00％、cr：1.30-1.50％、ni：0.05-0.10％、mo：0.05-0.10％，al：0.04-0.08％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。本发明材料为铁基合金，掺杂c、si、mn、cr、ni、mo、al、p、s等元素，多元改性金属加入后能增强材料的强度和韧性，以达到硬质合金的效果，减少生产成本。
所述的淬火处理为在850-950℃，保温1-2h后油冷。
所述的回火处理为在150-250℃保温4-5h后室温冷却。
金属合金热处理后能提高强度、硬度，淬火能使合金相中奥氏体向马氏体或转化，合金强度、硬度增加，配合淬火处理，回复合金材料韧性，增强材料抗疲劳能力。淬火后油冷是由于冷却速度过快，内应力较大，会使合金表面出现变形或裂痕，油冷改变了接触介质，从而减缓冷却速度。
所述的镀锌液中加所占重量百分数0.5-2％的纳米金刚石粉末。锌镀层本身具有良好的耐蚀、耐水能力，再加入纳米金刚石粉末增加镀层的硬度和切削能力，还能提高镀层的表面光滑度，从而改善地钻的耐磨性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明熔模铸造中省去蜡模制作，改用铝合金制模，完成制壳后又可以与金属模分离，金属模还能重复利用，提高生产效率。
2、本发明所制壳为超薄模壳，由一层表面涂层和一层加固层组成，相比需要5-10层高耐火涂层组成的模壳大大节省了材料，降低生产成本，其中表面涂层加入硅丙树脂能大幅度提高材料的表面光洁度，从而提高铸造产品的耐磨性。
3、在超薄模壳外部填充铁丸，施加磁场后能形成稳定磁场，浇注时在磁场作用力下，成型的地钻金属结构紧密，没有缩孔、疏松现象，大幅度提高材料的硬度、韧性、耐磨性。且外部所放的铁丸也能加快浇注后成型冷却速度。
4、本发明材料为铁基合金，掺杂c、si、mn、cr、ni、mo、al、p、s等元素，相比wc为主的硬质合金，所需熔融温度更低，降低生产操作难度和成本。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1实施例1-5树脂涂层和加固层材料组份及其重量份
实施例1
将地桩打孔用地钻的材料在1300℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；所述的地桩打孔用地钻的材料组成元素及其重量百分数为：c：0.2％、si：1.30％、mn：0.80％、cr：1.30％、ni：0.05％、mo：0.05％，al：0.04％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。
按表1实施例1中将树脂涂层和加固层组份分别加入高速搅拌机中在3000r/min转速下混合搅拌20min获得树脂涂层浸涂液和加固层浸涂液，备用；
先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在200℃，保温15min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内800℃温度下焙烧30min后得到超薄壳。所述砂子为市购规格为40*80目的石英砂，经50目和100目筛选后备用。
将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；对毛坯件先进行淬火在850-950℃，保温1-2h后油冷；接着回火处理在150-250℃保温4-5h后室温冷却；
将毛坯件浸入热锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。所述的镀锌液中加入所占重量百分数0.5％的纳米金刚石粉末。
实施例2
将地桩打孔用地钻的材料在1340℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；所述的地桩打孔用地钻的材料组成元素及其重量百分数为：c：0.22％、si：1.35％、mn：0.82％、cr：1.35％、ni：0.06％、mo：0.06％，al：0.05％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。
按表1将树脂涂层和加固层组份分别加入高速搅拌机中在3000r/min转速下混合搅拌20min获得树脂涂层浸涂液和加固层浸涂液，备用；
先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在210℃，保温16min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内850℃温度下焙烧40min后得到超薄壳。所述砂子为市购规格为40*80目的石英砂，经50目和100目筛选后备用。
将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；
对毛坯件先进行淬火在870℃，保温1.5h后油冷；接着回火处理在170℃保温4.5h后室温冷却；
将毛坯件浸入热锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。所述的镀锌液中加入所占重量百分数0.8％的纳米金刚石粉末。
实施例3
将地桩打孔用地钻的材料在1350℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；所述的地桩打孔用地钻的材料组成元素及其重量百分数为：c：0.25％、si：1.40％、mn：0.85％、cr：1.40％、ni：0.07％、mo：0.07％，al：0.06％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。
按表1将树脂涂层和加固层组份分别加入高速搅拌机中在3000r/min转速下混合搅拌20min获得树脂涂层浸涂液和加固层浸涂液，备用；
先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在220℃，保温17min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内900℃温度下焙烧45min后得到超薄壳。所述砂子为市购规格为40*80目的石英砂，经50目和100目筛选后备用。
将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；
对毛坯件先进行淬火在900℃，保温1.5h后油冷；接着回火处理在200℃保温4.5h后室温冷却；
将毛坯件浸入热锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。所述的镀锌液中加入所占重量百分数1.2％的纳米金刚石粉末。
实施例4
将地桩打孔用地钻的材料在1380℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；所述的地桩打孔用地钻的材料组成元素及其重量百分数为：c：0.27％、si：1.45％、mn：0.88％、cr：1.45％、ni：0.08％、mo：0.08％，al：0.07％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。
按表1将树脂涂层和加固层组份分别加入高速搅拌机中在3000r/min转速下混合搅拌20min获得树脂涂层浸涂液和加固层浸涂液，备用；
先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在240℃，保温19min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内950℃温度下焙烧50min后得到超薄壳。所述砂子为市购规格为40*80目的石英砂，经50目和100目筛选后备用。
将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；
对毛坯件先进行淬火在920℃，保温1.8h后油冷；接着回火处理在220℃保温4.8h后室温冷却；
将毛坯件浸入热锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。所述的镀锌液中加入所占重量百分数1.5％的纳米金刚石粉末。
实施例5
将地桩打孔用地钻的材料在1400℃温度下搅拌混熔，获得金属熔融混料；所述的地桩打孔用地钻的材料组成元素及其重量百分数为：c：0.3％、si：1.50％、mn：1％、cr：1.50％、ni：0.1％、mo：0.1％，al：0.08％、p≤0.040％、s≤0.040％，其余为铁。
按表1将树脂涂层和加固层组份分别加入高速搅拌机中在3000r/min转速下混合搅拌20min获得树脂涂层浸涂液和加固层浸涂液，备用；
先用铝合金制作出一组可拆分螺旋结构金属模，在内部喷射一层薄蜡，然后浸涂一层树脂涂层，撒上砂子后放入烘箱加热，在250℃，保温20min，接着再浸涂一层加固层，干燥后将壳从金属模上起出，最后将壳置于焙烧炉内1000℃温度下焙烧60min后得到超薄壳。所述砂子为市购规格为40*80目的石英砂，经50目和100目筛选后备用。
将超薄壳放入铁箱容器内，填充铁丸和石英砂固定，并在周围施加磁场；
将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中，冷却后获得地钻毛坯件；
对毛坯件先进行淬火在950℃，保温2h后油冷；接着回火处理在250℃保温5h后室温冷却；
将毛坯件浸入热锌液中镀锌，获得地桩打孔用地钻。所述的镀锌液中加入所占重量百分数2％的纳米金刚石粉末。
对比例1
与实施例1区别在于，采用一般水玻璃熔模法制壳。
对比例2
与实施例1区别在于，将金属熔融混料趁热浇注到超薄壳中时不在周围施加磁场。
对比例3
与实施例1区别在于，不在热锌液中加入纳米金刚石粉末。
对比例4
采用硬质合金wc为主要地钻材料，一般水玻璃熔模法铸造成型、热处理、热镀锌后获得地桩打孔用地钻。
将实施例1-5及对比例1-4中获得的地桩打孔用地钻进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2实施例1-5及对比例1-4地桩打孔用地钻性能测试数据
从表1可知，本发明地桩打孔用地钻水玻璃熔模铸造中，采用制作超薄壳、磁场下浇注成型，有效提高了地钻硬度、耐磨性、韧性。相比现有技术，本发明制备工艺进一步控制了材料成本，铝合金模可重复利用，提高了生产效率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。