在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，該方法包括如下步驟：A、制備有碳化鎢均勻分布的預(yù)制樹脂模具；B、制備在特定區(qū)域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模；C、砂箱的制備：將消失模放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性；D、模具澆注成型：將熔化的金屬液澆入消失模模具腔中，在熔融金屬取代模具樹脂并捕獲碳化鎢顆粒時(shí)，碳化鎢顆粒被完全取代而不會(huì)改變其原來在樹脂模具當(dāng)中的位置，制得特定區(qū)域性能增強(qiáng)的合金鑄件。本發(fā)明要對消失模鑄造工藝進(jìn)行一定的改進(jìn)，將碳化鎢顆粒分散在模具特定部位，尤其是保證碳化鎢顆粒均勻分散在上述特定部位，從而在低成本條件下制備具有優(yōu)良性能的合金鑄件。
【專利說明】在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及消失模鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高韌性的耐磨材料被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、建材等諸多行業(yè)，在實(shí)際應(yīng)用中，工件需要承受復(fù)雜的磨損工況，磨損面既要承受磨損還要承受沖擊載荷的作用，這就客觀需要耐磨件既要有足夠的抗切削磨損性能，還要整個(gè)工件有足夠好的韌性，而隨著工況的不同，對于耐磨材料材質(zhì)分布也有不同的要求，所以需要尋找一種適用性較強(qiáng)的技術(shù)解決這一問題。目前，耐磨材料的生產(chǎn)大致有以下幾種方法。
[0003]一是尋找特種合金，在鑄件成型之前，調(diào)配好合金元素的比例，經(jīng)過澆注熱處理得到有優(yōu)良耐磨性能的合金鑄件，他們的特點(diǎn)是工件強(qiáng)度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，適用于一般的工況。
[0004]二是采用堆焊的技術(shù)，將硬質(zhì)合金的焊條用堆焊的方法附著在設(shè)備的表層，形成一定厚度的耐磨層，但是這種方法耗費(fèi)較大工時(shí)，只針對某些大型裝備適用
[0005]三是采用鑄滲法，在消失模制成后，將需要植入的超硬材料粉末和一定比例的粘結(jié)劑均勻混合，然后粘附在制成的消失模表面，在澆注過程中超硬材料的粉末在鑄件表層形成一定厚度的復(fù)合層，這種鑄件的復(fù)合層厚度一般不大。
[0006]碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物。為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導(dǎo)體。純的碳化鎢易碎，若摻入少量鈦、鈷等金屬，就能減少脆性。碳化鎢的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠應(yīng)用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)材料。本發(fā)明的技術(shù)思路是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足對消失模技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，在消失模形成的同時(shí)就把碳化鎢粉末植入到消失模之中，然后根據(jù)具體需要改變碳化鎢的位置，這種方法簡單靈活，適用性強(qiáng)。
[0007]綜上所述，在礦物粉碎以及其他需要抗沖擊、耐磨條件的生產(chǎn)設(shè)備中，耐磨鑄件的耐磨性、強(qiáng)度、壽命一直是核心的考量要素。普通的合金鑄件的強(qiáng)度難于滿足日益增長的工業(yè)生產(chǎn)對其高抗沖擊、高耐磨等性能的需求。碳化鎢等添加材料能夠大幅提高合金鑄件的性能，但是其價(jià)格相當(dāng)昂貴。另一方面，一般情況下合金鑄件不會(huì)在所有的位置都需要提供抗沖擊性/耐磨性能，大部分的應(yīng)用中只有鑄件的一部分長期暴露的沖擊和磨損的工作條件下，這樣，開發(fā)一種成熟的、實(shí)用的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法就顯得尤為必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，對消失模鑄造工藝進(jìn)行一定的改進(jìn)，將碳化鎢顆粒分散在模具特定部位，尤其是保證碳化鎢顆粒均勻分散在上述特定部位，從而在低成本條件下制備具有優(yōu)良性能的合金鑄件。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0010]在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，該方法包括如下步驟:
[0011]A、有碳化鎢均勻分布的預(yù)制樹脂模具的制備:樹脂顆粒和碳化鎢顆?；旌暇鶆蚣尤氲戒撃Ｐ颓恢?，鋼模模具在振動(dòng)篩上隨機(jī)高速震動(dòng)以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機(jī)的充滿整個(gè)模腔，緊接著通入蒸汽發(fā)泡，成型后碳化鎢顆粒均勻分散在預(yù)制樹脂模具當(dāng)中；此步驟中控制碳化鶴顆粒的直徑在l_8mm之間；
[0012]B、在特定區(qū)域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的制備:將步驟A制備的特定形狀的預(yù)制磨具結(jié)合或植入到整體消失模的特定區(qū)域，所述特定區(qū)域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區(qū)塊、模具的內(nèi)部和其他需要特殊強(qiáng)化的區(qū)域；正確的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透氣性的特點(diǎn)并優(yōu)良吸收樹脂液體或氣體，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、砂箱的制備:為步驟B制備好的消失模設(shè)置澆口，并根據(jù)需要設(shè)置閘閥、冒口，然后放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動(dòng)使型砂緊實(shí)的鋪在消失模模型的表面上；震動(dòng)后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺；然后將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，并接至少一支軟管在澆鑄鋼水時(shí)抽真空，以便于將氣化的消失模氣體移除到砂箱外；
[0014]D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項(xiàng)工藝參數(shù)后，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C制備的消失模模具腔中；此步驟中注意核實(shí)步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在l-8mm之間，粒徑太大會(huì)喪失抗沖擊性，粒徑小會(huì)產(chǎn)生碳化鎢的集聚和失位并喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂并捕獲碳化鎢顆粒時(shí)，碳化鎢顆粒被完全取代而不會(huì)改變其原來在樹脂模具當(dāng)中的位置，制得特定區(qū)域性能增強(qiáng)的合金鑄件。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟A中，控制碳化鎢顆粒的直徑在3_6mm之間并與樹脂顆粒充分發(fā)泡，以達(dá)到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時(shí)使得熔化金屬取代樹脂消失模時(shí)碳化鶴能夠不失位。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟A中，所述樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關(guān)聯(lián)于鑄件的用途，控制碳化鎢顆粒的體積占鋼模容積的5% -50% ;所述樹脂顆粒為聚苯乙烯樹脂顆粒。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B中，所述耐火涂料采用氧化鋁-二氧化硅-水基漿狀涂料，按重量比計(jì)控制此耐火涂料的固體組分占到48-52%。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟B中，耐火涂料涂覆完畢后在干燥爐中50-60度的條件下干燥10-14個(gè)小時(shí)至完全干透。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟C中，采用AFS型砂，控制其平均粒度為34-38 目或 90-100 目，滲透率為 450-525 μ m2 或 63-67 μ m2。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟D中，澆注過程中的真空度控制:對于不銹鋼鑄件真空度控制在在20-29英尺汞柱，對于其他合金如錳鋼，真空度控制在小于10英尺汞柱。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟D中，澆注過程中的溫度控制:不銹鋼的澆注溫度是1350-1450度，其他合金如錳鋼的澆注溫度是1450度以上。
[0022]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明綜合考慮了碳化鎢的成本和鑄件的強(qiáng)度需求總體現(xiàn)在特定位置這一特點(diǎn)，在節(jié)約成本的前提下得到了具有優(yōu)良耐磨性能的合金鑄件。在生產(chǎn)試驗(yàn)中，對于一些鑄件的特殊位置，可以將碳化鎢顆粒的含量提高到50 %以上，具有明顯的技術(shù)優(yōu)越性。
[0023]本發(fā)明的核心創(chuàng)新點(diǎn)在于開發(fā)了一套完整和成熟的工藝路線，不僅使得碳化鎢材料集中在鑄件任意特定區(qū)域，尤其是確保碳化鎢顆粒充分均勻的分散在上述特定區(qū)域。 申請人:研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，碳化鎢的粒度大小必須滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)。碳化鎢已探明在許多應(yīng)用中具有耐磨損等性能，但由于價(jià)格高昂而限制了其的應(yīng)用；如果碳化鎢顆粒的直徑超過8mm就會(huì)發(fā)生脆裂從基座中掉落出來，反之如果其粒徑太小如低于Imm時(shí)就容易發(fā)生沉淀集聚現(xiàn)象，在提高熔融鑄件性能的問題上降效或失效。本發(fā)明的工藝步驟中首先制備碳化鎢均勻分布的預(yù)制樹脂模具，將碳化鎢顆粒與樹脂顆粒充分均勻混合并蒸汽發(fā)泡。經(jīng)過上述綜合處理后，在熔融金屬取代樹脂消失模的時(shí)候，試驗(yàn)已經(jīng)證明碳化鎢顆粒被完全取代而不會(huì)改變其原來在樹脂模具當(dāng)中的位置，最終使得碳化鎢材料集中在鑄件任意特定區(qū)域，且碳化鎢顆粒在上述特定區(qū)域是充分均勻分散的。
[0024]本發(fā)明適合多種形式的碳化鎢顆粒，例如單碳化鎢，其屬于完全增碳化合物，具有單相顯微組織，加工過程中不熔化，基體金屬不易脆裂；也適用于融合碳化鎢，尤其是在鑄件需要抗沖擊時(shí)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是在模具特定區(qū)域植入碳化鎢后的示意圖，圖中，黑色部分代表含有碳化鎢顆粒的部分。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項(xiàng)設(shè)備均為常規(guī)市售產(chǎn)品，均能夠通過市場購買直接獲得。
[0027]實(shí)施例1
[0028]在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，包括如下步驟:
[0029]A、有碳化鎢均勻分布的預(yù)制樹脂模具的制備:聚苯乙烯樹脂顆粒和碳化鎢顆?；旌暇鶆蚣尤氲戒撃Ｐ颓恢?，鋼模模具在振動(dòng)篩上隨機(jī)高速震動(dòng)以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機(jī)的充滿整個(gè)模腔，控制碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間并與樹脂顆粒充分發(fā)泡，以達(dá)到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時(shí)使得熔化金屬取代樹脂消失模時(shí)碳化鎢能夠不失位，保障碳化鎢顆粒均勻的分散在模具的特定區(qū)域；對于碳化鎢顆粒的大小，通常在鑄件不承受較大沖擊力的條件下，碳化鎢的直徑可以適當(dāng)增大(極端情況下可以增大到12_)，否則應(yīng)當(dāng)減小其粒徑；另外，此步驟中，樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關(guān)聯(lián)于鑄件的用途，鑄件的耐磨性要求越高，則需要越大量的碳化鎢成分，通?？刂铺蓟u顆粒的體積占鋼模容積的10% -40% ；
[0030]B、在特定區(qū)域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的制備:將步驟A制備的特定形狀的預(yù)制磨具結(jié)合或植入到整體消失模的特定區(qū)域，所述特定區(qū)域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區(qū)塊、模具的內(nèi)部和其他需要特殊強(qiáng)化的區(qū)域；正確的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透氣性的特點(diǎn)并優(yōu)良吸收樹脂液體或氣體，可以采用氧化鋁-二氧化硅-水基漿狀涂料，按重量比計(jì)控制此耐火涂料的固體組分占到50 %，涂料涂完之后在干燥爐中55度的條件下干燥12小時(shí)至完全干透，干燥完的涂料厚度控制在 0.2mm ；
[0031]C、砂箱的制備:為步驟B制備好的消失模設(shè)置澆口，并根據(jù)需要設(shè)置閘閥、冒口，然后放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動(dòng)使型砂緊實(shí)的鋪在消失模模型的表面上；震動(dòng)后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺，實(shí)際生產(chǎn)中，可以采用AFS型砂，控制其平均粒度為36目、滲透率為500 μ m2 (或95目、65 μ m2)；然后將一層5mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，并接至少一支軟管在澆鑄鋼水時(shí)抽真空，以便于將氣化的消失模氣體移除到砂箱外；
[0032]D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項(xiàng)工藝參數(shù)后，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C制備的消失模模具腔中；澆注過程中的真空度控制:對于不銹鋼鑄件真空度控制在25英尺汞柱，對于其他合金如錳鋼，真空度控制在小于10英尺汞柱；溫度控制:不銹鋼的澆注溫度是1400度，其他合金如錳鋼的澆注溫度是1450度以上；此步驟中注意核實(shí)步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間，粒徑太大會(huì)喪失抗沖擊性，粒徑小會(huì)產(chǎn)生碳化鎢的集聚和失位并喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂并捕獲碳化鎢顆粒時(shí)，碳化鎢顆粒被完全取代而不會(huì)改變其原來在樹脂模具當(dāng)中的位置，制得特定區(qū)域性能增強(qiáng)的合金鑄件。
[0033]實(shí)施例2
[0034]本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于步驟A和B制備消失模的方法，可以將碳化鎢顆粒粘在膠帶上，然后將原來的模型切掉部分后，將粘有碳化鎢顆粒的膠帶到模型上；另外針對僅需表處理的情況，也可以將碳化鎢顆粒加熱到175度左右，然后將之放置在鋼制的平臺(tái)上，將制成的消失模的某一邊壓到這些顆粒上，通過粉末的熱效應(yīng)使之將一部分樹脂熔化并輕微的融入到整體模型當(dāng)中。
[0035]上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一限制條件。
【權(quán)利要求】
1.在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: A、有碳化鎢均勻分布的預(yù)制樹脂模具的制備:樹脂顆粒和碳化鎢顆粒混合均勻加入到鋼模型腔中，鋼模模具在振動(dòng)篩上隨機(jī)高速震動(dòng)以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機(jī)的充滿整個(gè)模腔，緊接著通入蒸汽發(fā)泡，成型后碳化鎢顆粒均勻分散在預(yù)制樹脂模具當(dāng)中；此步驟中控制碳化鎢顆粒的直徑在1-Smm之間； B、在特定區(qū)域含有均勻分布的碳化鎢的整體消失模的制備:將步驟A制備的特定形狀的預(yù)制磨具結(jié)合或植入到整體消失模的特定區(qū)域，所述特定區(qū)域包括任意厚度的全表面、任意形狀的離散表面區(qū)塊、模具的內(nèi)部和其他需要特殊強(qiáng)化的區(qū)域；正確的植入后，消失模蘸取耐火涂料，所述耐火涂料具有低透氣性的特點(diǎn)并優(yōu)良吸收樹脂液體或氣體，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、砂箱的制備:為步驟B制備好的消失模設(shè)置澆口，并根據(jù)需要設(shè)置閘閥、冒口，然后放置到鋼箱中，小心的將型砂加入到鋼箱中圍繞在消失模周圍，隨即通過震動(dòng)使型砂緊實(shí)的鋪在消失模模型的表面上；震動(dòng)后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺；然后將一層4-6mm厚的乙烯-乙烯醋酸酯共聚物薄膜覆蓋在砂箱的上表面以保障砂箱的密閉性，并接至少一支軟管在澆鑄鋼水時(shí)抽真空，以便于將氣化的消失模氣體移除到砂箱外； D、模具澆注成型:精確控制步驟A-C的各項(xiàng)工藝參數(shù)后，即可直接將熔化的金屬液澆入步驟C制備的消失模模具腔中；此步驟中注意核實(shí)步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在1-Smm之間，粒徑太大會(huì)喪失抗沖擊性，粒徑小會(huì)產(chǎn)生碳化鎢的集聚和失位并喪失耐磨性；這樣在熔融金屬取代模具樹脂并捕獲碳化鎢顆粒時(shí)，碳化鎢顆粒被完全取代而不會(huì)改變其原來在樹脂模具當(dāng)中的位置，制得特定區(qū)域性能增強(qiáng)的合金鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟A中，控制碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間并與樹脂顆粒充分發(fā)泡，以達(dá)到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時(shí)使得熔化金屬取代樹脂消失模時(shí)碳化鎢能夠不失位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟A中，所述樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關(guān)聯(lián)于鑄件的用途，控制碳化鎢顆粒的體積占鋼模容積的5% -50% ;所述樹脂顆粒為聚苯乙烯樹脂顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟B中，所述耐火涂料采用氧化鋁-二氧化硅-水基漿狀涂料，按重量比計(jì)控制此耐火涂料的固體組分占到48-52%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟B中，耐火涂料涂覆完畢后在干燥爐中50-60度的條件下干燥10-14個(gè)小時(shí)至完全干透。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟C中，采用AFS型砂，控制其平均粒度為34-38目或90-100目，滲透率為450-525 μ m2或63-67 μ m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟D中，澆注過程中的真空度控制:對于不銹鋼鑄件真空度控制在在20-29英尺汞柱，對于其他合金如錳鋼，真空度控制在小于10英尺汞柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在模具特定區(qū)域植入碳化鎢的方法，其特征在于:步驟D中，澆注過程中的溫度控制:不銹鋼的澆注溫度是1350-1450度，其他合金如錳鋼的澆注溫度 是1450度以上。
【文檔編號】B22D19/02GK104384450SQ201410725807
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】馬丁·威廉·貝茨, 劉巖, 王總超 申請人:馬丁·威廉·貝茨