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，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，制得特定區(qū)域性能增強的合金鑄件。本發(fā)明要對消失模鑄造工藝進行一定的改進，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

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及消失模鑄造【技術領域】，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】
[0002]高韌性的耐磨材料被廣泛應用于冶金、礦山、建材等諸多行業(yè)，在實際應用中，工件需要承受復雜的磨損工況，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，對于耐磨材料材質分布也有不同的要求，所以需要尋找一種適用性較強的技術解決這一問題。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，他們的特點是工件強度高，內(nèi)部結構均勻，適用于一般的工況。
[0004]二是采用堆焊的技術，將硬質合金的焊條用堆焊的方法附著在設備的表層，形成一定厚度的耐磨層，但是這種方法耗費較大工時，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合層，這種鑄件的復合層厚度一般不大。
[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。碳化鎢的化學性質穩(wěn)定，能夠應用于硬質合金生產(chǎn)材料。本發(fā)明的技術思路是針對現(xiàn)有技術的不足對消失模技術進行改進，在消失模形成的同時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。
[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)設備中，耐磨鑄件的耐磨性、強度、壽命一直是核心的考量要素。普通的合金鑄件的強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，但是其價格相當昂貴。另一方面，一般情況下合金鑄件不會在所有的位置都需要提供抗沖擊性/耐磨性能，大部分的應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行一定的改進，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]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下。
[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，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，緊接著通入蒸汽發(fā)泡，成型后碳化鎢顆粒均勻分散在預制樹脂模具當中；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制磨具結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制備好的消失模設置澆口，并根據(jù)需要設置閘閥、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，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動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；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在l-8mm之間，粒徑太大會喪失抗沖擊性，粒徑小會產(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，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，制得特定區(qū)域性能增強的合金鑄件。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，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，以達到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鶴能夠不失位。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，步驟A中，所述樹脂顆粒和碳化鎢顆粒的比例關聯(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個小時至完全干透。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，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度需求總體現(xiàn)在特定位置這一特點，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，具有明顯的技術優(yōu)越性。
[0023]本發(fā)明的核心創(chuàng)新點在于開發(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)在實際生產(chǎn)作業(yè)中，碳化鎢的粒度大小必須滿足特定的標準。碳化鎢已探明在許多應用中具有耐磨損等性能，但由于價格高昂而限制了其的應用；如果碳化鎢顆粒的直徑超過8mm就會發(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候，試驗已經(jīng)證明碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，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。

【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。

【具體實施方式】
[0026]以下實施例詳細說明了本發(fā)明。本發(fā)明所使用的各種原料及各項設備均為常規(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?，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，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，以達到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鎢能夠不失位，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增大(極端情況下可以增大到12_)，否則應當減小其粒徑；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，通常控制碳化鎢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制磨具結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制備好的消失模設置澆口，并根據(jù)需要設置閘閥、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，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動后型砂的密度控制在不低于99磅每立方尺，實際生產(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；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在3-6mm之間，粒徑太大會喪失抗沖擊性，粒徑小會產(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，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，制得特定區(qū)域性能增強的合金鑄件。
[0033]實施例2
[0034]本實施例與實施例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，通過粉末的熱效應使之將一部分樹脂熔化并輕微的融入到整體模型當中。
[0035]上述描述僅作為本發(fā)明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。
【權利要求】
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?，鋼模模具在振動篩上隨機高速震動以使樹脂顆粒和碳化鎢粉末均勻隨機的充滿整個模腔，緊接著通入蒸汽發(fā)泡，成型后碳化鎢顆粒均勻分散在預制樹脂模具當中；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制磨具結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制備好的消失模設置澆口，并根據(jù)需要設置閘閥、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，隨即通過震動使型砂緊實的鋪在消失模模型的表面上；震動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；此步驟中注意核實步驟A中碳化鎢顆粒的直徑在1-Smm之間，粒徑太大會喪失抗沖擊性，粒徑小會產(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，碳化鎢顆粒被完全取代而不會改變其原來在樹脂模具當中的位置，制得特定區(qū)域性能增強的合金鑄件。
2.根據(jù)權利要求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，以達到最優(yōu)的抗沖擊性兼耐磨性效果，同時使得熔化金屬取代樹脂消失模時碳化鎢能夠不失位。
3.根據(jù)權利要求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，按重量比計控制此耐火涂料的固體組分占到48-52%。
5.根據(jù)權利要求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個小時至完全干透。
6.根據(jù)權利要求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