鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝。
【背景技術】
[0002]鑄鐵因具有優良的減摩性能、導熱性能、阻尼性能和耐蝕性能等廣泛使用于工程機械、農業、汽車等領域，與鋼相比，澆注溫度低，鑄造工藝性能好，但鑄鐵的強度低，塑性低，沖擊韌性差，限制了鑄鐵的應用范圍，只能用于受力不大的結構零件；與鑄鐵相比，鋼的強度高，塑性好，具有很高的沖擊韌性，但鋼的導熱性能差，減摩性能遠低于鑄鐵。如果在制造過程中，把鋼和鑄鐵復合起來，形成復合材料，該材料既具有鋼的強度，又具有高導熱性、耐蝕性等鑄鐵的良好性能，具有良好的工業應用前景。
[0003]其次，在大型鑄鐵件制造過程中，由于冷卻緩慢，鑄件的組織粗大，性能會大幅降低。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是:為了克服現有技術的不足，提供一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，包括本體，所述本體內部設有與鑄鐵件匹配的型腔，所述型腔的底部通過澆注通道與外部連通，所述型腔內部設有網架，所述網架包括若干相互交叉連接的鋼柱。
[0006]作為優選，所述澆注通道的下端與型腔連通，所述澆注通道的上端與外部連通。
[0007]作為優選，所述網架的鋼柱分別為橫向和豎向交叉設置。
[0008]作為優選，所述網架的鋼柱為圓形線材，所述鋼柱為低碳鋼或高碳鋼。
[0009]一種采用上述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，包括以下步驟:
1)根據鑄鐵件的壁厚和澆注溫度，采用數值模擬計算方法，確定鋼柱的直徑和數量，其中鋼柱的總重量小于鑄件總重量的10%，并對鋼柱表面進行噴丸處理；
2)根據鑄件的形狀，將各鋼柱編制成與鑄件匹配的網架；
3)把制成的網架放入模具的型腔內，再由澆注通道向型腔內部澆注制造鑄鐵的金屬液體，直至金屬液體充滿型腔。
[0010]具體地，步驟I)中，所采用的鋼柱的含碳量為0.3%左右。
[0011]具體地，步驟3)中，金屬液體的含碳量為3%左右，含硅量為2%左右。
[0012]具體地，步驟3)中，金屬液體充滿型腔后與鋼柱表面熔合，形成厚度為0.1-0.5mm的復合界面，復合界面沿鋼柱內部方向的碳擴散層的距離為0.5-1.5mm。
[0013]本發明的有益效果是:該鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝將鑄鐵和鋼進行熔合，形成鋼與鑄鐵的復合材料，把鋼放在鑄件的中心部位，起到內冷鐵的作用，大幅改善鑄件中心的組織，提高了鑄件的力學性能，提升了冷卻效果。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0015]圖1是本發明的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具的結構示意圖；
圖中:1.本體，2.型腔，3.網架，4.澆注通道。
【具體實施方式】
[0016]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0017]如圖1所示，一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，包括本體1，所述本體I內部設有與鑄鐵件匹配的型腔2，所述型腔2的底部通過澆注通道4與外部連通，所述型腔2內部設有網架3，所述網架3包括若干相互交叉連接的鋼柱。
[0018]作為優選，所述澆注通道4的下端與型腔2連通，所述澆注通道4的上端與外部連通。
[0019]作為優選，所述網架3的鋼柱分別為橫向和豎向交叉設置；
事實上，網架3的各鋼柱只要交叉設置形成網格狀即可，對于形成的網孔沒有特殊的形狀要求，只要是孔洞即可。
[0020]作為優選，所述網架3的鋼柱為圓形線材，所述鋼柱為低碳鋼或高碳鋼。
[0021]一種采用上述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，包括以下步驟:
1)根據鑄鐵件的壁厚和澆注溫度，采用數值模擬計算方法，確定鋼柱的直徑和數量，其中鋼柱的總重量小于鑄件總重量的10%，并對鋼柱表面進行噴丸處理；
2)根據鑄件的形狀，將各鋼柱編制成與鑄件匹配的網架3；
3)把制成的網架3放入模具的型腔2內，再由澆注通道4向型腔2內部澆注制造鑄鐵的金屬液體，直至金屬液體充滿型腔2。
[0022]具體地，步驟I)中，所采用的鋼柱的含碳量為0.3%左右。
[0023]具體地，步驟3)中，金屬液體的含碳量為3%左右，含硅量為2%左右。
[0024]具體地，步驟3)中，金屬液體充滿型腔2后與鋼柱表面熔合，形成厚度為0.1-0.5mm的復合界面，復合界面沿鋼柱內部方向的碳擴散層的距離為0.5-1.5mm。
[0025]噴丸處理也稱噴丸強化，是減少零件疲勞，提高壽命的有效方法；噴丸主要是用來清除厚度不小于2_的或不要求保持準確尺寸及輪廓的中型、大型金屬制品以及鑄鍛件上的氧化皮、鐵銹、型砂及舊漆膜，這里應用噴丸處理主要是去除油污和鐵銹。
[0026]當金屬液體充滿鑄件形腔2時，網架3與金屬液體進行熱交換，位于鑄件中心的液體金屬的溫度由于低于鑄件其他部分的溫度而先凝固，使得鑄件內部的溫度從內部到外部逐漸升高，有利于鑄件的補縮，獲得致密鑄件；在鑄件沒凝固前，液體和網架3表面發生一定的冶金反應，使得網架3表面熔化，金屬液體凝固時，網架3和鑄件結合在一起，形成鑄鐵和鋼的復合材料。
[0027]金屬液體進入鑄件型腔2后，金屬液體由于被網架吸熱而快速降溫，同時網架吸收熱量升到高溫；由于鋼的熔點比鑄鐵高，大部分的鋼柱不熔化，而鋼柱的表面與高溫鑄鐵液發生冶金反應，因鑄鐵的碳濃度高于鋼，在高溫條件下，碳元素將沿著復合界面向鋼柱內部擴散，使得鋼柱表面的含碳量增加，熔點降低，從而使得鋼熔化成液體，與澆注的金屬液體溶為一體，在隨后的凝固過程中，形成鋼和鑄鐵復合材料的復合界面，將鋼材與澆注的鑄鐵液凝固結合在一起。
[0028]在鑄件厚度和澆注溫度確定的情況下，如果鋼柱的直徑小，則鋼柱會全部被熔化掉，無法形成復合材料；如果鋼柱的直徑大，會在鋼柱和鑄件之間直接產生不熔合的接觸界面，影響鑄件的性能，達不到復合材料的要求。
[0029]與現有技術相比，該鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝將鑄鐵和鋼進行熔合，形成鋼與鑄鐵的復合材料，把鋼放在鑄件的中心部位，起到內冷鐵的作用，大幅改善鑄件中心的組織，提高了鑄件的力學性能，提升了冷卻效果。
[0030]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，其特征在于，包括本體(I)，所述本體(I)內部設有與鑄鐵件匹配的型腔(2)，所述型腔(2)的底部通過澆注通道(4)與外部連通，所述型腔(2)內部設有網架(3)，所述網架(3)包括若干相互交叉連接的鋼柱。
2.如權利要求1所述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，其特征在于，所述澆注通道(4)的下端與型腔(2)連通，所述澆注通道(4)的上端與外部連通。
3.如權利要求1所述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，其特征在于，所述網架(3)的鋼柱分別為橫向和豎向交叉設置。
4.如權利要求1所述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，其特征在于，所述網架(3)的鋼柱為圓形線材，所述鋼柱為低碳鋼或高碳鋼。
5.一種采用權利要求1-4任一項所述的鑄鐵和鋼復合材料的加工模具的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: 根據鑄鐵件的壁厚和澆注溫度，采用數值模擬計算方法，確定鋼柱的直徑和數量，其中鋼柱的總重量小于鑄件總重量的10%，并對鋼柱表面進行噴丸處理； 根據鑄件的形狀，將各鋼柱編制成與鑄件匹配的網架(3); 把制成的網架(3)放入模具的型腔(2)內，再由澆注通道(4)向型腔(2)內部澆注制造鑄鐵的金屬液體，直至金屬液體充滿型腔(2)。
6.如權利要求5所述的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，其特征在于，步驟I)中，所采用的鋼柱的含碳量為0.3%左右。
7.如權利要求5所述的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，其特征在于，步驟3)中，金屬液體的含碳量為3%左右，含硅量為2%左右。
8.如權利要求5所述的鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，其特征在于，步驟3)中，金屬液體充滿型腔(2)后與鋼柱表面熔合，形成厚度為0.1-0.5mm的復合界面，復合界面沿鋼柱內部方向的碳擴散層的距離為0.5-1.5mm。
【專利摘要】本發明涉及一種鑄鐵和鋼復合材料的加工模具，包括本體，所述本體內部設有與鑄鐵件匹配的型腔，所述型腔的底部通過澆注通道與外部連通，所述型腔內部設有網架，所述網架包括若干相互交叉連接的鋼柱；一種鑄鐵和鋼復合材料的制造工藝，包括以下步驟：確定鋼柱的直徑和數量并對鋼柱進行噴丸處理、將鋼柱編制成網架、將網架放置于型腔內并且對型腔內澆注金屬液體。該鑄鐵和鋼復合材料的加工模具及其制造工藝將鑄鐵和鋼進行熔合，形成鋼與鑄鐵的復合材料，把鋼放在鑄件的中心部位，起到內冷鐵的作用，大幅改善鑄件中心的組織，提高了鑄件的力學性能，提升了冷卻效果。
【IPC分類】B22C9-02, B22D19-16
【公開號】CN104550714
【申請號】CN201510031995
【發明人】王洪金, 于赟, 李小平, 孫順平, 雷衛寧
【申請人】江蘇理工學院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月22日