一种高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺

摘要

本发明公开了一种高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺，其包括金属型的设计与加工、金属型覆砂、金属型的预热、熔炼浇铸、冷却及后处理等步骤，本发明有效地将浇注系统和冒口补缩系统统一起来，合二为一，有效地提高了冒口的补缩能力；本发明利用金属型的快速冷却能力，浇入的钢水快速凝固，高锰钢衬板晶粒细化，内部缩松、缩孔缺陷减少，表面光洁度及尺寸精度大幅提高，有效地提高了产品质量，降低了生产成本，提高了衬板的使用寿命；本发明覆砂工艺有效地解决了金属型浇注所带来的模具寿命短，衬板外观铸造缺陷和生产过程中所发生的一切问题。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种金属型覆砂铸造领域，特别涉及一种矿山选矿普遍使用的高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺。

背景技术

    目前，国内外涉及到矿山选矿、破碎机锤头或板锤普遍采用高锰钢材质，由于该材质具有非常高的韧性和加工硬化能力，受到广泛应用，大多数工件其厚度比较大，一般在60-150mm，在我国大多采用水玻璃砂、粘土砂工艺生产，也有部分企业采用消失模工艺生产，但都不能解决厚大件的内部缩松、缩孔缺陷，更不能解决高锰钢本质粗晶粒钢的晶粒粗大的问题，本发明基于这个出发点，开发了高锰钢金属型覆砂工艺，有效地解决了传统工艺所解决不了的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺，采用新工艺解决现有技术生产的高锰钢衬板内部缩松、缩孔，晶粒粗大，致密度不高的难题。     为达到上述目的，本发明的技术方案为：

    一种高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺，包括以下步骤：

    （1）金属型的设计与加工

    根据铸件形状设计内外金属型形状，采用灰铸铁或球墨铸铁造型，通过机加工方法成型，金属型壁厚控制在15-20mm；整个模具由水玻璃砂型的上箱和金属型的下箱组成；上箱设有浇冒口，水玻璃砂型上设有通气孔，通气孔间距为50-100mm，有通向型腔，也有不通向型腔的；下箱设有冒口区，冒口区内设有冒口座，冒口座四周为水玻璃砂型，冒口座与冒口对应，且冒口座通过冒口颈与衬板型腔相连通；金属型下端设有衬板型腔相连通的射砂口，直径Φ为10-15mm，并向衬板型腔方向倾斜1-3°；金属型四周分布有数个与衬板型腔连通的排气孔，排气孔内安装有排气塞；

    （2）金属型覆砂 

以压缩空气为动力通过射砂机将覆砂射入衬板型腔内表面设有5-15mm的覆砂层，射砂压力控制在0.4-0.6MPa，所述的覆砂为树脂砂，采用无氮低排气自硬呋喃树脂，其树脂砂的配比为：黄砂95-100%、自硬呋喃树脂0.5-2.5%，磺酸固化剂0.005-0.02%；

    （3）金属型的预热

金属型的预热在移动式的烘烤炉上进行，烘烤15-20min，冬季适当延长烘烤时间，温度控制在180-250℃；

    （4）熔炼浇铸

制备高锰钢衬板的钢的组份设计如下：C 1.10-1.45%、Si 0.50-1.20%、Mn 12.0-16.0%、Cr 1.50-2.50%、Mo 0.80-1.20%、B 0.40-0.60%、Y 0.02-0.04%、Sc 0.03-0.05%、P≤0.04%、S≤0.03%，余量为Fe；

将废钢、生铁、回炉料放入熔炼炉中熔化，熔炼温度为1480-1520℃，然后加入硅铁、锰铁、硼铁和铬铁调整成分至上述范围，经铝脱氧后即可出钢水，在浇包内预先加入钢水重量1.2-1.5%的稀土硅铁合金，用冲入法对钢水进行微合金化和变质处理，调整浇注温度至1460-1480℃，并通过浇冒口浇注到步骤（3）预热的金属型中；

    （5）冷却及后处理

浇注后风冷至300 ℃以下开模落砂出型，经清砂、打磨处理后即得锰钢衬板铸件。

    所述的水玻璃砂的配比为：黄砂55-65%、莫来砂10-15%、水玻璃5-6%、α淀粉1-2%、黄壤土3-5%、钠基膨润土4-6%、改性树木灰烬0.5-1%、水3-4%。

    所述的改性树木灰烬由以下方法制得：取一定量的树木灰烬加入高速混合机内，加入相当于树木灰烬重量2-3%的聚异丁烯、2-3%的木质素磺酸钠、3-5%的纳米硅灰石、0.4-0.6%的双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，在80-90℃水浴中以2000-3000rpm高速搅拌20-30min，烘干，粉碎研磨成超细粉末即可。

所述的自硬呋喃树脂和磺酸固化剂的牌号分别为XY90-0、XY-GS03，均由苏州兴业材料科技股份有限公司生产。

    本发明的有益效果为：

（1）本发明有效地将浇注系统和冒口补缩系统统一起来，合二为一，有效地提高了冒口的补缩能力；

（2）本发明利用金属型的快速冷却能力，浇入的钢水快速凝固，高锰钢衬板晶粒细化，内部缩松、缩孔缺陷减少，表面光洁度及尺寸精度大幅提高，有效地提高了产品质量，降低了生产成本，提高了衬板的使用寿命；

（3）本发明覆砂工艺有效地解决了金属型浇注所带来的模具寿命短，衬板外观铸造缺陷和生产过程中所发生的一切问题；

（4）本发明便于批量生产，组织机械化作业。

附图说明

图1为本发明衬板铸造模具的结构示意图，其中（1）型腔，（2）冒口，（3）水玻璃砂，（4）普通砂箱，（5）排气塞，（6）金属型模具，（7）覆砂层，（8）射砂口，（9）冒口颈，（10）冒口座，(11)排气孔。

具体实施方式

    一种高锰钢衬板的金属型覆砂铸造工艺，包括以下步骤：

    （1）金属型的设计与加工

    根据铸件形状设计内外金属型形状，采用灰铸铁或球墨铸铁造型，通过机加工方法成型，金属型壁厚控制在15mm；整个模具由水玻璃砂型的上箱和金属型的下箱组成；上箱设有浇冒口，水玻璃砂型上设有通气孔，通气孔间距为80mm，有通向型腔，也有不通向型腔的；下箱设有冒口区，冒口区内设有冒口座，冒口座四周为水玻璃砂型，冒口座与冒口对应，且冒口座通过冒口颈与衬板型腔相连通；金属型下端设有衬板型腔相连通的射砂口，直径Φ为12mm，并向衬板型腔方向倾斜2°；金属型四周分布有数个与衬板型腔连通的排气孔，排气孔内安装有排气塞；

    （2）金属型覆砂 

以压缩空气为动力通过射砂机将覆砂射入衬板型腔内表面设有10mm的覆砂层，射砂压力控制在0.5MPa，所述的覆砂为树脂砂，采用无氮低排气自硬呋喃树脂，其树脂砂的配比为：黄砂98%、自硬呋喃树脂1.985%，磺酸固化剂0.015%；

    （3）金属型的预热

金属型的预热在移动式的烘烤炉上进行，烘烤15min，冬季适当延长烘烤时间，温度控制在220℃；

    （4）熔炼浇铸

制备高锰钢衬板的钢的组份设计如下：C 1.30%、Si 0.85%、Mn 14.5%、Cr 1.86%、Mo 0.98%、B 0.54%、Y 0.031%、Sc 0.042%、P≤0.04%、S≤0.03%，余量为Fe；

将废钢、生铁、回炉料放入熔炼炉中熔化，熔炼温度为1520℃，然后加入硅铁、锰铁、硼铁和铬铁调整成分至上述范围，经铝脱氧后即可出钢水，在浇包内预先加入钢水重量1.5%的稀土硅铁合金，用冲入法对钢水进行微合金化和变质处理，调整浇注温度至1480℃，并通过浇冒口浇注到步骤（3）预热的金属型中；

    （5）冷却及后处理

浇注后风冷至300 ℃以下开模落砂出型，经清砂、打磨处理后即得锰钢衬板铸件。

    所述的水玻璃砂的配比为：黄砂63%、莫来砂15%、水玻璃6%、α淀粉1.5%、黄壤土5%、钠基膨润土5%、改性树木灰烬0.5%、水4%。

    所述的改性树木灰烬由以下方法制得：取一定量的树木灰烬加入高速混合机内，加入相当于树木灰烬重量2%的聚异丁烯、3%的木质素磺酸钠、4%的纳米硅灰石、0.5%的双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，在90℃水浴中以3000rpm高速搅拌20min，烘干，粉碎研磨成超细粉末即可。

所述的自硬呋喃树脂和磺酸固化剂的牌号分别为XY90-0、XY-GS03，均由苏州兴业材料科技股份有限公司生产。

经检测，本实施例生产出来的高锰钢衬板的力学性能为：硬度125.7 HRC，冲击韧性93.5J/cm²。