專利名稱：基于消失模鑄造與振動(dòng)澆注的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚨闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐磨復(fù)合管件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚒?br> 背景技術(shù)：
近年來，隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，高壓混凝土輸送泵車不斷更新?lián)Q代，其臂架泵送混凝土的高度和距離也在不斷增加，對(duì)其臂架輸送管道，尤其是承受沖擊以及耐磨的彎管部分的性能及使用壽命提出了更高的要求。由于高速傳送的物料在通過臂架輸送彎管時(shí)產(chǎn)生很大的離心力，加劇了高速物料對(duì)輸送彎管外側(cè)的沖擊磨損及腐蝕,從而使其成為輸送管道中最為薄弱的一環(huán)?，F(xiàn)有單一材質(zhì)很難實(shí)現(xiàn)耐磨性與韌性的完美結(jié)合，無法有效的提高臂架輸送彎管的使用壽命。因此，目前廣泛采用兼具耐磨性與韌性的雙金屬?gòu)?fù)合彎管，以有效提高臂架輸送彎管的使用壽命，減少其更換頻率，降低使用成本。目前，雙金屬?gòu)澒苤圃旃に囍饕须x心鑄造工藝、裝鑲鑄石管道工藝、塑性成型工藝以及陶瓷復(fù)合鋼管工藝等幾種。由于工藝本身的局限性，離心鑄造工藝只能生產(chǎn)復(fù)合直管而不能生產(chǎn)彎管，且其不能消除內(nèi)外材質(zhì)因冷卻收縮不一致而產(chǎn)生的細(xì)小縫隙。裝鑲鑄石管道工藝所生產(chǎn)的鑄石彎管采用鑄石作為內(nèi)襯材料，復(fù)合彎管耐磨耐蝕性能良好，但由于鑄石屬脆性材料，其抗拉及抗沖擊性能較差，一般用于低應(yīng)力沖擊條件下使用，且鑄石復(fù)合彎管尺寸較大，限制了其在高壓混凝土泵車上的應(yīng)用。塑性成型工藝一般采用內(nèi)縮或外脹的方式使內(nèi)外兩層形成緊密配合狀態(tài)，即機(jī)械結(jié)合，但無法形成有效的冶金結(jié)合；陶瓷復(fù)合鋼管工藝復(fù)雜，且多為直管，其彎管一般由多節(jié)直管相互焊接而成，其節(jié)狀形態(tài)阻礙了流體在其中的流動(dòng)，管內(nèi)存在的多個(gè)焊接接縫也極易發(fā)生磨損磨穿現(xiàn)象，限制了其使用壽命。中國(guó)專利文獻(xiàn)95106239. 5中公開了一種利用消失模真空吸鑄工藝進(jìn)行雙金屬?gòu)澒艿闹苽?，該工藝?yán)门菽瓋?nèi)襯與外層鋼管進(jìn)行組合形成模樣，隨后在真空作用下進(jìn)行澆注。此工藝一方面由于其冷卻速度較慢，容易造成耐磨體晶粒粗大、組織不致密等問題，另一方面，其雙金屬界面也會(huì)因內(nèi)襯體冷卻收縮而產(chǎn)生細(xì)小縫隙，不利于雙金屬?gòu)?fù)合彎管韌性的提高，尤其是雙金屬?gòu)澒芡鈧?cè)存在縫隙，不能使雙金屬形成機(jī)械冶金結(jié)合，嚴(yán)重降低了雙金屬?gòu)?fù)合彎管的韌性，同時(shí)使用過程中很容易由于彎管更換不及時(shí)發(fā)生雙金屬?gòu)澒軆?nèi)襯體與外層鋼管的分離脫落現(xiàn)象，從而輸送管道整體阻塞，造成工程事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種既能夠消除雙金屬?gòu)澒芡鈧?cè)結(jié)合界面縫隙，實(shí)現(xiàn)雙金屬緊密冶金結(jié)合，提高雙金屬?gòu)?fù)合彎管外側(cè)的韌性，又能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)化耐磨體晶粒，使其組織更為致密耐磨的基于消失模鑄造的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?。?shí)現(xiàn)本發(fā)明目的基于消失模鑄造與振動(dòng)澆注的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚕▽㈦p金屬?gòu)澒軆?nèi)襯的泡沫模樣與外側(cè)外壁鉆有通孔的外層鋼管進(jìn)行組裝，并用泡沫體封堵所述通孔，形成組合模樣；將所述組合模樣粘接消失模發(fā)泡成型的澆注系統(tǒng)及出氣孔，形成整體模樣，并置于砂箱中填砂造型；燒空整體模樣內(nèi)的泡沫模樣并利用高溫火焰對(duì)鋼管預(yù)熱，再將所述砂箱置于振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)上進(jìn)行無真空振動(dòng)澆注，保溫一定時(shí)間后開箱清理鑄件，即完成雙金屬?gòu)澒艿闹谱?。具體可以為如下步驟(I)采用消失模發(fā)泡成型技術(shù)制作彎管內(nèi)襯泡沫模樣，并將其放置于50 55°C的烘房中進(jìn)行充分干燥；(2)將外層鋼管進(jìn)行充分固定，利用沖擊鉆在鋼管外側(cè)管壁上鉆通孔，孔的分布成對(duì)稱排列，孔的尺寸及數(shù)量根據(jù)復(fù)合彎 管尺寸大小而定；(3)利用發(fā)泡成型技術(shù)或手工切割技術(shù)制作用來封堵步驟(2)中通孔的小型泡沫體，其形狀不限，其尺寸比步驟⑵中所鉆孔的尺寸大15 30mm，高度為10 30mm ；(4)將步驟(I)中的已經(jīng)烘干的彎管內(nèi)襯泡沫模樣與步驟⑵中外側(cè)打好孔的鋼管進(jìn)行組裝，并用熱熔膠或冷膠對(duì)兩端縫隙進(jìn)行封堵；(5)用步驟(3)中的小型泡沫體封堵住鋼管外側(cè)管壁上的通孔，并用熱熔膠或冷膠對(duì)其接觸邊緣進(jìn)行封堵，形成組合模樣；(6)將步驟(5)中封堵好孔洞的組合模樣粘接消失模發(fā)泡成型的澆注系統(tǒng)及出氣孔，形成整體模樣；(7)將步驟￠)中粘接好澆注系統(tǒng)及出氣孔的整體模樣浸涂高強(qiáng)度耐火涂料，并將其置于烘房中進(jìn)行充分干燥；(8)重復(fù)步驟(7) 2 3次，直至涂層厚度達(dá)I 2mm左右；(9)將烘干涂料后的整體模樣置于砂箱中填砂造型，并置于振動(dòng)臺(tái)上振實(shí)砂型，所用消失模干砂目數(shù)為30 50目；(10)將步驟(9)中造好型的砂箱置于振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)上，并用以乙炔和氧氣為燃料的高溫火焰槍燒空組合體內(nèi)部泡沫模樣，先將出氣孔燒大約lmin，隨即從鑄型澆冒口出開始燒泡沫約6 7min，使鋼管外側(cè)內(nèi)壁處充分預(yù)熱，隨即停止加熱。(11)加熱停止后立即進(jìn)行無真空振動(dòng)澆注，所述振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)振動(dòng)頻率為10 150Hz、振幅為O. 2 1. 8mm，振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為650 2500rpm，具體參見圖1 ;(12)保溫一定時(shí)間后，開箱并清理鑄件，完成雙金屬?gòu)澒艿闹谱?。本發(fā)明的方法具有復(fù)合彎管外側(cè)雙金屬界面結(jié)合度高、耐磨體組織致密耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，有效消除了彎管外側(cè)雙金屬?gòu)?fù)合界面因材質(zhì)溫度及熱膨脹系數(shù)差異所造成的收縮縫隙，通過雙金屬界面機(jī)械咬合的方式實(shí)現(xiàn)了內(nèi)層耐磨體的由內(nèi)側(cè)向外側(cè)的定向收縮；消失模先燒后澆技術(shù)的運(yùn)用有效減少了高溫金屬液氣化泡沫的熱量損失及其充型阻力，同時(shí)減少了傳統(tǒng)消失模技術(shù)中存在的增碳、皺皮等缺陷。本發(fā)明的方法采用無真空消失模澆注工藝，減少了澆注冷卻階段內(nèi)襯體的熱量損失，從而更加有利于內(nèi)襯體與外層鋼管的冶金結(jié)合。本發(fā)明的方法中消失模振動(dòng)澆注技術(shù)的應(yīng)用使雙金屬?gòu)?fù)合內(nèi)襯的微觀晶粒組織更加細(xì)小致密，顯著減少了傳統(tǒng)消失模鑄造中的組織粗大及氣孔、夾渣等鑄造缺陷。本發(fā)明工藝生產(chǎn)的雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)襯體組織更加致密耐磨，復(fù)合彎管外側(cè)機(jī)械及冶金結(jié)合程度高，有效提高了雙金屬?gòu)澒芡鈧?cè)的韌性及耐磨性能，提高了使用壽命，不僅有效降低了雙金屬?gòu)?fù)合彎管的生產(chǎn)成本，而且顯著減少了雙金屬?gòu)?fù)合彎管頻繁更換給廠家?guī)淼慕?jīng)濟(jì)損失。


圖1為本發(fā)明的具體實(shí)例示意圖；圖2為本發(fā)明所鑄偏心雙金屬?gòu)?fù)合彎管橫截面示意圖。圖中，1-彎管內(nèi)襯泡沫模樣，2-外層鋼管，3-通孔，4-小型泡沫體，5-澆注系統(tǒng)，6-出氣孔，7-砂箱，8-干砂，9-振動(dòng)電機(jī)臺(tái)面，I O-振動(dòng)電機(jī)，11 -內(nèi)層耐磨材質(zhì)，12-復(fù)合彎管外側(cè)耐磨體厚度，13-偏心距，14-復(fù)合彎管內(nèi)側(cè)耐磨體收縮縫隙。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。以下實(shí)施例僅是解釋性的，并不構(gòu)成是對(duì)本發(fā)明的限定，凡是在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所作的修改或變形，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明工藝適用于鑄造各種偏心、不偏心的管徑及壁厚不同的雙金屬?gòu)?fù)合彎管。本實(shí)施例的雙金屬?gòu)?fù)合彎管外層材質(zhì)可選用ZG20、16Mn無縫鋼管或其他焊接性及韌性良好的低碳鋼或低合金鋼，內(nèi)層耐磨材質(zhì)優(yōu)選可選用高鉻鑄鐵。本實(shí)施例的基于消失模鑄造與振動(dòng)澆注的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚕渚唧w工藝操作步驟見如下(I)采用消失模發(fā)泡成型技術(shù)制作彎管內(nèi)襯泡沫模樣1，并可將其放置于50 55°C的烘房中進(jìn)行充分干燥。(2)將外層鋼管2進(jìn)行充分固定，利用沖擊鉆在鋼管外側(cè)管壁上鉆通孔3，通孔3一般優(yōu)選為多個(gè)，通孔成對(duì)稱排列分布，孔的尺寸及數(shù)量根據(jù)復(fù)合彎管尺寸大小而定。外層鋼管2為彎管，通孔3鉆在彎管外側(cè)的外壁上，這樣澆鑄后兩種金屬即可咬合在一起，實(shí)現(xiàn)雙金屬?gòu)?fù)合彎管外側(cè)的機(jī)械及冶金結(jié)合。通過彎管外側(cè)形成雙金屬機(jī)械咬合，可以抑制內(nèi)層管壁材料(例如高鉻鑄鐵)厚壁處向彎管中心的自由收縮，從而使內(nèi)襯耐磨體在冷卻凝固過程中實(shí)現(xiàn)由薄壁處向厚壁處的定向收縮，使雙金屬?gòu)澒芎癖谔幮纬衫喂痰臋C(jī)械冶金結(jié)合，有效地消除了彎管外側(cè)在冷卻收縮過程中由于材質(zhì)不同及溫度差異而導(dǎo)致的收縮縫隙，充分保證了復(fù)合彎管外側(cè)的機(jī)械冶金結(jié)合，提聞了其朝性，有效提聞了其使用壽命。此外，通過機(jī)械結(jié)合可有效防止雙金屬?gòu)?fù)合彎管在使用過程中的內(nèi)襯脫落現(xiàn)象，具有優(yōu)良的安全性能；(3)利用發(fā)泡成型技術(shù)或手工切割技術(shù)制作用來封堵通孔3的小型泡沫體4，其形狀不限，優(yōu)選其尺寸比所鉆通孔的尺寸大15 30mm，高度為10 30mm。澆鑄前，這些泡沫體會(huì)被燒得，這樣可是澆鑄金屬進(jìn)入外層鋼管2的通孔中，從而機(jī)械和冶金咬合。(4)將已經(jīng)烘干的彎管內(nèi)襯泡沫模樣I與步驟(2)中外側(cè)外壁打好通孔的鋼管2進(jìn)行組裝，并用熱熔膠或冷膠對(duì)兩端縫隙進(jìn)行封堵，防止涂料在浸涂過程中由縫隙處進(jìn)入結(jié)合界面，阻礙其冶金結(jié)合的形成；(5)用小型泡沫體封4依次堵住鋼管外側(cè)管壁上的通孔3，并用熱熔膠或冷膠對(duì)其接觸邊緣進(jìn)行封堵，防止涂料在浸涂過程中由接觸邊緣縫隙進(jìn)入結(jié)合面阻礙冶金結(jié)合，接觸邊緣封堵完成后形成最終組合模樣；(6)將步驟(5)中封堵好孔洞的組合模樣粘接消失模發(fā)泡成型的澆注系統(tǒng)5及出氣孔6，形成整體模樣。澆鑄系統(tǒng)5和出氣孔6的泡沫模樣會(huì)在澆鑄前被燒掉，以分別用于澆鑄內(nèi)層金屬液體和澆鑄過程中的氣體排放。(7)將步驟(6)中粘接好澆注系統(tǒng)5及出氣孔6的整體模樣浸涂高強(qiáng)度耐火涂料，并將其置于烘房中進(jìn)行充分干燥。(8)重復(fù)步驟(7)，例如2 3次，直至涂層厚度達(dá)I 2mm左右。(9)將烘干涂料后的整體模樣置于砂箱中填砂造型，并置于振動(dòng)臺(tái)上振實(shí)砂型，所用消失模干砂目數(shù)可優(yōu)選為30 50目。(10)將步驟(9)中造好型的砂箱置于振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)上，并用以乙炔和氧氣為燃料的高溫火焰槍燒空組合體內(nèi)部泡沫模樣，先將出氣孔燒大約lmin，隨即從鑄型澆冒口出開始燒泡沫約6 7min，使鋼管外側(cè)內(nèi)壁處充分預(yù)熱，隨即停止加熱。先用高溫火焰將鑄型內(nèi)泡沫模樣燒空并對(duì)外層鋼管內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)熱，這樣既減少了高溫金屬液的充型阻力及其因氣化泡沫模樣而造成的熱量損失，而且通過高溫火焰將泡沫模樣燒空，有效的減少了傳統(tǒng)消失模鑄造中的鑄件表面增碳、皺皮等碳缺陷。此外，利用高溫火焰對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行充分預(yù)熱，為雙金屬?gòu)?fù)合彎管厚壁復(fù)合處提供了充足的熱量，不僅有效保證了彎管厚壁雙金屬界面處的結(jié)合強(qiáng)度，而且同時(shí)減少了厚壁鋼管與內(nèi)層高溫金屬液的溫差，有利于雙金屬?gòu)澒芎癖谔帉?shí)現(xiàn)內(nèi)外不同材質(zhì)的共同收縮，有效的減小了雙金屬?gòu)澒芎癖谧杂墒湛s受阻而帶來的應(yīng)力集中，從而使雙金屬?gòu)?fù)合彎管具有更好的承受沖擊能力。(11)加熱停止后立即進(jìn)行無真空振動(dòng)澆注，本實(shí)施例中所選的振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)可優(yōu)選設(shè)置其振動(dòng)頻率為10 150Hz、振幅為O. 2 1. 8mm，振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為650 2500rpm，具體參見圖1。振動(dòng)澆注技術(shù)抑制了冷卻凝固階段晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化了晶粒組織，同時(shí)也使氣體、夾渣等更容易上浮，減少耐磨體中的鑄造缺陷，使內(nèi)襯耐磨體具有優(yōu)良的耐磨性能。(12)保溫一定時(shí)間后，開箱并清理鑄件，即可完成雙金屬?gòu)澒艿闹苽洹?br> 權(quán)利要求
1.一種雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，包? 將雙金屬?gòu)澒軆?nèi)襯的泡沫模樣(I)與外側(cè)外壁鉆有通孔(3)的外層鋼管(2)進(jìn)行組裝，并用泡沫體(4)封堵所述通孔(3)，形成組合模樣； 將所述組合模樣粘接消失模發(fā)泡成型的澆注系統(tǒng)(5)及出氣孔(6)，形成整體模樣，并置于砂箱中填砂造型； 燒空整體模樣內(nèi)的泡沫模樣并利用高溫火焰對(duì)鋼管預(yù)熱，再將所述砂箱置于振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)上進(jìn)行無真空振動(dòng)澆注，保溫一定時(shí)間后開箱清理鑄件，即完成雙金屬?gòu)澒艿闹谱鳌?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，所述外層鋼?2)上的通孔(3)為多個(gè)，均勻分布在該外層鋼管(2)上外側(cè)的管壁上，以用于澆注后兩層金屬的咬口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚕涮卣髟谟?，采用高溫火焰加熱外層鋼?2)，以將所述整體模樣內(nèi)的泡沫模樣燒空。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，燒空時(shí)，先將出氣孔(6)燒空，再?gòu)臐沧⑾到y(tǒng)(5)處開始燒泡沫，使外層鋼管(2)外側(cè)內(nèi)壁處充分預(yù)熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚕涮卣髟谟?，在?duì)整體模樣填砂造型前，需先在其外表面噴涂高強(qiáng)度耐火涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，所述泡沫模?I)和外層鋼管(2)進(jìn)行組裝后可用熱熔膠或冷膠對(duì)兩端縫隙進(jìn)行封堵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，所述泡沫體(4)封堵所述通孔(3)后，可用熱熔膠或冷膠對(duì)其接觸邊緣進(jìn)行封堵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，澆注震?shí)臺(tái)可優(yōu)選設(shè)置振動(dòng)頻率為10 150Hz、振幅為O. 2 1. 8mm的澆注震實(shí)臺(tái)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的雙金屬?gòu)澒苤圃旃に?，其特征在于，所述外層鋼?2)外層材質(zhì)可選用ZG20或16Mn的無縫鋼管，或其他低碳鋼或低合金鋼，內(nèi)層材料優(yōu)選_絡(luò)鑄鐵。
10.利用權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的工藝所制備的雙金屬?gòu)澒堋?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙金屬?gòu)澒苤圃旃に嚕▽㈦p金屬?gòu)澒軆?nèi)襯的泡沫模樣(1)與外側(cè)外壁鉆有通孔(3)的外層鋼管(2)進(jìn)行組裝，并用泡沫體(4)封堵通孔(3)，形成組合模樣；將組合模樣粘接消失模發(fā)泡成型的澆注系統(tǒng)(5)及出氣孔(6)，形成整體模樣，并置于砂箱中填砂造型；燒空整體模樣內(nèi)的泡沫模樣，再將砂箱置于振動(dòng)澆注震實(shí)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)澆注，保溫一定時(shí)間后開箱清理鑄件，即完成雙金屬?gòu)澒艿闹谱?。本發(fā)明的方法采用無真空振動(dòng)澆鑄，生產(chǎn)的雙金屬?gòu)?fù)合彎管內(nèi)襯體組織更加致密耐磨，復(fù)合彎管外側(cè)機(jī)械及冶金結(jié)合程度高，有效提高了雙金屬?gòu)澒芡鈧?cè)的韌性及耐磨性能，提高了使用壽命，不僅有效降低了雙金屬?gòu)?fù)合彎管的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22D27/08GK103008544SQ20121052361
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者葉升平, 郭亞軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)