一种消失模铸渗工艺

摘要

本发明属于铸渗工艺技术领域，主要涉及的是一种消失模铸渗工艺。其特征在于：在消失模的模具上预留铸渗剂涂敷位置，将铸渗剂涂覆在泡沫模型上；涂刷上专用的耐火涂料后进烘炉烘干，采用普通消失模铸造工艺铸渗，其浇注温度在公知浇注温度的基础上提高30℃～80℃；真空度提高0.002～0.006MPa。本发明既实现了铸渗过程，可获得具有耐磨、耐蚀等优良性能的表面复合层，又可发挥消失模在铸造过程中不需起模、操作方便灵活的特点，所得的铸件的表面复合层光洁平整，无气孔夹杂等缺陷，从而保证了表面复合层优良性能的发挥，具有广泛的应用前景。

说明书

所属技术领域

本发明属于铸渗工艺技术领域，主要涉及的是一种消失模铸渗工艺。

背景技术

铸渗技术是化学热处理、涂层等表面强化技术与铸造工艺相结合形成的一种表面强化技术，它是将铸渗剂预先涂敷在造好的砂型内表面，利用浇注时金属液的高温使铸渗剂部分熔化，在铸件表面形成一层具有特殊组织和性能的复合层，从而使铸件表面具有耐磨、耐热、耐蚀等优点。与其它表面强化技术(化学热处理、激光堆焊、等离子喷涂等)相比，它具有不需要专用设备、复合层厚、工艺简单、成本低廉、节约能源等特点。

金属液在浇注入铸型后，依靠毛细管作用直接向铸渗剂块体中渗透，用液态金属的高温使粉体材料熔化或半熔化，通过渗剂材料的化学反应，以及渗剂与液态金属间的相互作用，形成合金化液固两相层，最后凝固形成具有特殊性能的铸渗层。由于其形成过程有诸多物理化学反应参与，形成机理十分复杂，工艺过程的控制比较困难，因而在其应用过程中还有许多技术问题仍未解决，其中最突出的问题是：铸渗层表面易出现气孔、夹渣等诸多缺陷；表面质量不稳定且不易稳定的获得高质量的铸渗表面。这是由于铸渗剂中含有溶剂、粘结剂等物质，在高温铁液的作用下易产生气体，若排气不畅，极易在渗层表面产生气孔缺陷，同时这些物质还会形成熔渣聚积在表面形成渣孔。近年来虽经技术人员的努力攻关，但在采用普通砂型铸造的条件下，仍未能完全地解决这些问题。

消失模铸造(又称实型铸造)是近年来迅速发展的一项铸造新工艺，该工艺是首先制造出与铸件尺寸形状相似的泡沫模型，然后将泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成所需的铸件。将消失模工艺用于铸渗技术到目前为止尚未见成熟应用的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种消失模铸渗工艺。使铸渗层表面气孔减少，铸渗层表面质量提高。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：在消失模的模具上预留铸渗剂涂敷位置，将铸渗剂涂覆在泡沫模型上，再涂刷上耐火涂料后进烘炉烘干，采用普通消失模铸造工艺实现铸渗过程，其浇注温度在公知浇注温度的基础上提高30℃～80℃；真空度提高0.002～0.006MPa。

本发明制备耐磨表面渗层常用的铸渗剂配方为(wt％)：碳化钨粉10～30  铬铁粉30～60  粘结剂4.0～8.0  助渗剂1.0～5.0  铁粉余量

本发明所述的消失模铸渗工艺是在砂型铸渗技术和消失模铸造技术的基础上形成的一种新的铸渗技术。其充分利用了消失模铸造技术负压浇注的特点，使铸渗过程中产生的气体更易于排除，从而提高铸渗层表面质量。其具有以下特点：

(1)在消失模的模具设计上预留铸渗剂涂敷位置。将铸渗剂涂覆在泡沫模型上，而不是砂型内，使铸渗剂的涂敷更加便利。

(2)对泡沫模样表面耐火涂料的涂覆工艺进行了重新设计，使有铸渗剂处的表面耐火涂料层厚度达到设计要求。结合负压浇注，使浇注过程中泡沫模型气化后铸渗剂能够附着在铸型表面，铸件形成过程中更好的排除气体，使铸件表面更易获得无气孔的表面复合层。

消失模铸造涂料的作用在于：一是在常温下提高模样的刚度，防止模样在搬运、造型时损坏；二是高温金属液充型时，在金属液和型砂之间建立屏障，防止铸件粘砂，同时，又使泡沫模样的裂解产物(气态和液态)和液态EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)及时排除。为了兼顾强度、铸件表面光洁度和排气性能，通常表面耐火涂料的厚度为0.8～1.5mm。采用消失模铸渗工艺时，铸渗剂部位的发气量更大，为了提高排气性能，获得完好的铸渗表面，涂敷铸渗剂部位的表面耐火涂料的厚度可减薄0.4～0.8mm，使其为0.4～0.7mm。

(3)与普通消失模铸造相比，适当提高浇注温度和真空泵的真空度。一方面保证铸渗过程所需要的热容量，另一方面提高铸渗过程中渗层内外的压力梯度，增加铸渗层的厚度，同时保证铸件表面所要求的光洁度。

铸件的浇注温度是根据合金成分和铸件尺寸决定的。在合金成分一定的条件下，铸件尺寸大可以适当降低浇注温度，这样一方面可以节约能源，另一方面可以减少铸件的体收缩量。铸件尺寸小就要适当提高浇注温度，避免浇不足、冷隔等铸造缺陷。在铸渗过程中铸渗剂需要利用金属液体的温度部分熔化或溶解，形成所需的铸渗层，因此特别是对于小铸件来说，必须适当提高浇注温度，以保证铸渗过程所需要的热容量，否则可能铸渗过程还没有完成，金属液已经凝固了，无法获得完整的铸渗表面。通常铸铁件的浇注温度为1350℃～1450℃，铸钢件的浇注温度为1500℃～1600℃，采用铸渗工艺时，在此基础上温度提高30℃～80℃，以满足铸渗过程所需的热量。

真空负压浇注是消失模铸造的一大特点，真空负压一方面有助于铸型的振动紧实，另一方面保证浇注过程中铸型不塌陷，泡沫模型气化产生的气体能够顺利排除。真空负压浇注时的真空度既要保证上述要求，同时也不能过大，以避免金属液渗入砂型中造成铸件表面光洁度降低。消失模铸造过程中浇注时真空系统真空泵的真空度通常控制在0.045～0.055MPa，消失模铸渗过程中，为了提高铸渗过程中渗层内外的压力梯度，增加铸渗层的厚度，真空度应提高0.002～0.006MPa。

本发明既实现了铸渗过程，可获得具有耐磨、耐蚀等优良性能的表面复合层，又可发挥消失模在铸造过程中不需起模、操作方便灵活的特点，所得的铸件的表面复合层光洁平整，无气孔夹杂等缺陷，从而保证了表面复合层优良性能的发挥，具有广泛的应用前景。

采用本发明生产出的WC-高碳铬铁表面复合材料局部强化的车钩钩腔配件，其表面复合层表面光洁平整，基体金属与表面复合层为冶金结合，复合层具有很高的特殊性能，同时又保持了原有基体材料良好的强度和韧性，使工件的使用寿命大大提高。特别适用于要求心部具有高的强度和韧性，表面要求具有高的耐磨或耐热、耐蚀的工件。经解剖分析后发现基体与复合材料界面结合良好，还有一个明显的过渡层，过渡层的存在使车钩钩腔配件的强度从表面到心部成梯度分布，满足外硬内韧的使用要求。经铁路系统实际装车使用后表明，使用寿命比目前广泛使用的13号车钩钩腔配件提高1～2倍。

具体实施方式

结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例的具体的工艺如下：先制出消失模泡沫模型并在消失模的模具上预留铸渗剂涂敷位置，将铸渗剂涂覆在泡沫模型的预留部位上，再涂刷上专用的消失模耐火涂料后进烘炉烘干，耐火涂料为常用的水基涂料(市场有售)，涂刷厚度为0.4mm。然后将涂好耐火涂料的模型组装成模型束，安放浇冒口，放入砂箱中，用干砂填埋，在三维振动台上振动，使砂型紧实。将紧实好的内置泡沫模型的砂箱放在浇注工位，表面复盖塑料膜，开启真空泵，使真空度在通常0.045～0.055MPa的基础上提高0.002MPa。将熔化好的金属液浇入铸型，其浇注温度在通常铸铁件的浇注温度1350℃～1450℃，铸钢件的浇注温度1500℃～1600℃的基础上提高30℃；使泡沫模型气化，液体金属占据模型位置，与铸渗剂接触，实现铸渗过程。浇注完成后适当降低真空度，铸件凝固后关闭真空泵。待铸件完全冷却后，将铸件取出，清理。

本实施例铸渗剂可采用下述配方的铸渗剂(wt％)：碳化钨粉10，铬铁粉60，粘结剂4.0，助渗剂1.0，余量铁粉。

实施例2

本实施例的具体的工艺如下：先制出消失模泡沫模型并在消失模的模具上预留铸渗剂涂敷位置，将铸渗剂涂覆在泡沫模型的预留部位上，再涂刷上专用的消失模耐火涂料后进烘炉烘干，耐火涂料为常用的水基涂料(市场有售)，涂刷厚度为0.6mm。然后将涂好涂料的模型组装成模型束，安放浇冒口，放入砂箱中，用干砂填埋，在三维振动台上振动，使砂型紧实。将紧实好的内置泡沫模型的砂箱放在浇注工位，表面复盖塑料膜，开启真空泵，使真空度在通常0.045～0.055MPa的基础上提高0.004MPa。将熔化好的金属液浇入铸型，其浇注温度在通常铸铁件的浇注温度1350℃～1450℃，铸钢件的浇注温度1500℃～1600℃的基础上提高50℃；使泡沫模型气化，液体金属占据模型位置，与铸渗剂接触，实现铸渗过程。浇注完成后适当降低真空度，铸件凝固后关闭真空泵。待铸件完全冷却后，将铸件取出，清理。

本实施例铸渗剂可采用下述配方的铸渗剂(wt％)：碳化钨粉20，铬铁粉45，粘结剂6.0，助渗剂3.0，余量铁粉。

实施例3

本实施例的具体的工艺如下：先制出消失模泡沫模型并在消失模的模具上预留铸渗剂涂敷位置，将铸渗剂涂覆在泡沫模型的预留部位上，再涂刷上专用的消失模耐火涂料后进烘炉烘干，耐火涂料为常用的水基涂料(市场有售)，涂刷厚度为0.7mm。然后将涂好涂料的模型组装成模型束，安放浇冒口，放入砂箱中，用干砂填埋，在三维振动台上振动，使砂型紧实。将紧实好的内置泡沫模型的砂箱放在浇注工位，表面复盖塑料膜，开启真空泵，使真空度达到0.058MPa。将熔化好的金属液浇入铸型，其浇注温度在通常铸铁件的浇注温度1350℃～1450℃，铸钢件的浇注温度1500℃～1600℃的基础上提高80℃；使泡沫模型气化，液体金属占据模型位置，与铸渗剂接触，实现铸渗过程。浇注完成后适当降低真空度，铸件凝固后关闭真空泵。待铸件完全冷却后，将铸件取出，清理。

本实施例铸渗剂可采用下述配方的铸渗剂(wt％)：碳化钨粉30，铬铁粉80，粘结剂8.0，助渗剂5.0，余量铁粉。