[发明专利]锰钢铸件用三元复合材料

说明书

本发明-锰钢铸件用三元复合材料，主要是针对锰钢铸件生产中常见的重要缺陷之一-粘砂问题提出的一项发明。

锰钢铸件粘砂，特别是化学粘砂是一种复杂的物理化学现象，在铸造条件下，往往是两种或两种以上机制共同作用的结果，使铸件表面质量降低，增加清理工时，恶化劳动环境。各国对铸件粘砂问题虽有几十年研究，但到目前为止还没有理想的解决方法。为克服粘砂缺陷，国外用于铸造高锰钢的原砂主要有橄榄石砂、铬铁矿砂;国内常用的原辅材料有：石英砂、石灰石砂、橄榄石砂、镁砂涂料、铝钒土涂料等，这些造型材料不理想的原因是：

橄榄石砂中的Fe₂SiO₄以及铬铁矿中的FeCr₂O₄均可与MnO发生一定程度的反应，生成Mn₂SiO₄和MnCr₂O₄，造成铸件表面粗糙，尽管如此，在目前没有更好的替代材料的情况下，橄榄石砂和铬铁矿砂仍是国外铸造行业首选的锰钢铸件用造型材料，这两种材料资源较丰富的国家和地区是：斯堪的那维亚半岛、日本有丰富的橄榄石砂资源;南非、苏联的铬铁矿砂储量很大。但我国橄榄石砂、铬铁矿砂的资源有限，价格较高，并不常用。我国大量使用的是：石英砂、石灰石砂、镁砂涂料、铝钒土涂料等，但这些材料都不同程度地存在问题：石英砂属酸性材料与MnO强烈反应引起严重粘砂，做锰钢铸件的型砂不理想;铝钒土为中性物质，防粘效果也不明显;镁砂、石灰石砂属强碱性原砂，不与MnO反应，但镁砂属高温无固相烧结材料，因此高温强度低，涂料需加入较多的高温粘结剂，否则会造成涂层冲蚀，防粘砂效果不尽理想，小件粗糙（Ra25-50左右），大件亦有粘砂现象;石灰石砂由于发气量大，易使铸件产生气孔，缩沉，麻坑等缺陷，还可能出现CO中毒问题。目前有少数厂家亦使用橄榄石砂，效果好，铸件表面可达Ra50左右，无粘砂，但清砂困难，且资源有限，价格较高，难以推广利用。到目前为止，我国还没有适合于锰钢铸件的较为理想的造型材料。锰钢铸件广泛应用于矿山、建材、水泥、军事、工程机械及农机等需要耐磨零件的机械产品中，我国年需求量大于50多万吨。到目前为止，我国还没有适合于锰钢铸件的较为理想的造型材料。

本发明的目的在于结合我国国情，研究开发一种资源广、成本低，高温性质稳定的特种造型材料，减少粘砂，提高锰钢铸件的外观质量，同时本发明也可用作耐火材料。

本发明的内容：三元复合材料主要是由钛渣（冶金废渣）40-70%、镁铬废砖砂30-50%和镁砂5-15%组成，经过合理的粒度级配复合而成。

三元复合造型材料配制：

三元复合砂的配制：

将钛渣、镁铬废砖、镁砂分别破碎筛分至50/100目，100/200目和70/140目，按比例混合配制成三元复合砂，这种砂可用各种铸造用粘结剂粘结，按常规造型，制芯方法即可用于铸造生产。

三元复合涂料的配制：

将钛渣、镁铬废砖、镁砂分别破碎筛分至0.053mm、0.040mm和0.040mm以下，按比例混合，将这种复合粉料作为骨料，按下列配方（重量%）即可制得锰钢铸件用涂料：

复合粉料（骨料）  60-70%;

甲阶酚醛树脂  1-3%;

PVB  0-0.5%;

锂膨润土  1-3%;

酒精  余量

不论是三元复合砂还是三元复合涂料的骨料统称为三元复合材料。

三元复合造型材料的化学成分（重量%）如下：

AI₂O₃30-50

MgO  20-30

Cr₂O₃5-10

TiO₂5-10

CaO  5-10

SiO₂等其它杂质

三元复合材料在受到铸件散发的热量加热之后，其矿物组成发生了显著变化。在三元复合砂中生成30-40%的尖晶石（MgAI_1.5Cr_0.5O₄），在三元复合涂料中三种原材料经分解、化合和固溶作用已基本完全转变为尖晶石为主相的材料。其矿物组成如下（体积%）：

尖晶石  80-90

钙钛矿  5-10

方镁石  0-5

硅酸盐杂质  3-5