一种用于大型铸钢件的保温补贴铸造工艺的制作方法

本发明涉及铸造工艺，具体涉及一种用于大型铸钢件的保温补贴铸造工艺。

背景技术：

1、在大型铸钢件的铸造生产中，冒口是保证铸件顺序凝固、防止缩孔缩松缺陷的重要措施。然而，当冒口与铸件热节部位距离较远或热节形状复杂时，仅依靠冒口自身的补缩能力往往难以建立有效的补缩通道。为此，传统工艺通常在冒口与铸件热节之间设置“补贴”，即人为加厚的金属连接部分，以引导热量传递、畅通补缩通道。

2、传统的金属补贴虽然能够起到补缩作用，但存在以下突出问题：

3、（1）材料浪费严重：金属补贴与铸件材质相同，消耗大量钢水，工艺出品率通常仅为50%-55%。

4、（2）后处理困难：铸件冷却后，需要对补贴进行火焰切割或机械打磨去除，工序耗时费力，且切割热影响区可能损伤铸件基体。

5、近年来，出现了采用发热保温材料的补贴技术，即在补贴中添加铝粉等发热剂，利用浇注后的氧化放热反应延长补缩时间。但现有发热补贴仍存在发热强度单一、剥离效果不稳定、结构强度不足等问题，难以满足大型铸钢件高质量、高效率的生产需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于大型铸钢件的保温补贴铸造工艺，以解决现有技术中补贴材料浪费大、后处理困难以及发热强度单一的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种用于大型铸钢件的保温补贴铸造工艺，包括以下步骤：

4、s1、制备复合保温补贴；所述复合保温补贴由内向外依次包括内层、中层和外层；所述内层的材质为弱发热陶瓷基复合材料；所述中层的材质为发热组合材料，所述发热组合材料中的发热剂含量沿厚度方向由内向外呈递增梯度分布；所述外层的材质为高强度保温复合材料；所述内层的表面涂覆有高温隔离涂层；

5、s2、将制备完成的复合保温补贴放置于铸型内冒口下方与铸件热节之间，使所述内层朝向铸件本体，外层朝向冒口；

6、s3、向铸型内浇注钢液，钢液进入冒口及铸件型腔；

7、s4、铸件冷却至室温后，将所述复合保温补贴与铸件本体进行分离。

8、优选的，步骤s1中，所述发热组合材料沿厚度方向由内向外依次包括发热材料一、发热材料二、发热材料三；

9、所述发热材料一包括以下重量百分比的原料：发热剂5-10%，余量为混合基料；

10、所述发热材料二包括以下重量百分比的原料：发热剂15-20%，余量为混合基料；

11、所述发热材料三包括以下重量百分比的原料：发热剂25-30%，余量为混合基料；

12、所述混合基料由质量比为(45-55)：(15-20)：(15-18)：(3-6)：(0.5-1.5)：(10-15)的铝矾土、造孔剂、高铝水泥、萤石粉、减水剂和水制成；

13、所述发热剂由铝粉和硅钙粉按质量比2-4:1混合而成；所述造孔剂为聚苯乙烯颗粒。

14、优选的，步骤s1中，所述中层的总厚度为15-30mm；所述发热材料一、发热材料二、发热材料三的厚度比为1：(1-1.5)：(1.5-2)。

15、优选的，步骤s1中，所述发热材料一中造孔剂的粒径为0.5-0.8mm；所述发热材料二中造孔剂的粒径为1.2-1.4mm；所述发热材料三中造孔剂的粒径为1.7-2mm。

16、优选的，步骤s1中，所述弱发热陶瓷基复合材料包括以下重量份的原料：铝矾土48-60份、氧化硅微粉25-35份、高铝水泥15-20份、减水剂0.5-1.5份、水10-18份；所述内层的厚度为5-10mm。

17、优选的，步骤s1中，所述高强度保温复合材料包括以下重量份的原料：空心漂珠45-60份、铝矾土15-25份、硅溶胶10-20份、多晶莫来石纤维10-15份、水10-15份；所述外层的厚度为15-25mm。

18、优选的，步骤s1中，制备复合保温补贴具体包括以下子步骤：

19、（1）按配比分别配制内层用混合原料、中层用混合原料和外层用混合原料，其中中层用混合原料按发热材料一、发热材料二、发热材料三分别配制；

20、（2）在模具内先铺筑外层原料，并在其中预埋耐热不锈钢丝网或陶瓷纤维网格布，振动压实；再依次铺筑发热材料三、发热材料二、发热材料一；最后铺筑内层原料；

21、（3）在65-80℃下保温干燥12-24h，使各层固化成型；然后将固化后的保温补贴中间体先升温至260-300℃，保温1h，再升温至480-520℃，保温1-2h，再冷却至室温；并在内层表面涂覆高温隔离涂料，在80-100℃下烘干后形成高温隔离涂层。

22、优选的，步骤s1中，所述高温隔离涂料由以下重量份的原料组成：氮化硼30-50份、氧化锆微粉40-60份、硅溶胶10-20份、水20-30份；所述高温隔离涂层的厚度为0.3-0.6mm。

23、优选的，步骤s4中，所述复合保温补贴与铸件本体之间通过高温隔离涂层及内层材料的微收缩共同作用实现自动剥离或轻敲脱落。

24、本发明的有益效果是：

25、1、本发明通过在中层设置发热剂含量呈“内低外高”的梯度分布（发热材料一：5%-10%，发热材料二：15%-20%，发热材料三：25%-30%），实现了差异化的发热行为：靠近铸件本体的内层侧（发热材料一）发热剂含量低，发热温和，配合内层的弱发热陶瓷基复合材料起到隔离和缓冲作用，避免高温钢液对铸件热节部位形成过度加热，有效防止了晶粒粗大和热裂倾向；靠近冒口的外层侧（发热材料三）发热剂含量高，在浇注后迅速发生剧烈氧化放热反应，主动补偿热量损失，延长补贴区域钢液的保持时间。

26、由此建立了铸件→热节→补贴→冒口依次升高的合理温度梯度，确保冒口颈畅通无阻，实现铸件顺序凝固，同时避免了热节部位的过热缺陷。

27、2、奔放内层为致密的弱发热陶瓷基复合材料，中层为含造孔剂的多孔发热材料，两者线收缩系数相差大。冷却过程中，两层之间产生显著的剪切应力，使界面处优先产生微裂纹；而在内层表面涂覆的氮化硼-氧化锆基高温隔离涂层，在高温下化学性质稳定，进一步降低铸件本体与补贴之间的粘连倾向。

28、通过上述结构共同作用，使铸件冷却至室温后，补贴与铸件本体自动剥离，或仅需轻敲即可整块脱落，无需火焰切割或机械打磨，大幅降低了后处理工时和成本，同时避免了切割热影响区对铸件基体的损伤。

29、3、本发明中复合保温补贴的中层沿厚度方向采用梯度粒度的聚苯乙烯颗粒作为造孔剂，其中靠近内层侧（发热材料一）粒径0.5-0.8mm，形成细孔结构；靠近外层侧（发热材料三）粒径1.7-2mm，形成粗孔结构。细孔侧氧气渗透速率低，发热反应温和；粗孔侧氧气渗透速率高，发热反应剧烈。上述设置使得发热强度与补缩需求相匹配。且中层中添加的萤石粉作为助熔剂，降低铝粉氧化反应的起燃温度，确保发热反应在钢液浇注后迅速、充分进行，避免因反应滞后而导致的补缩失效。另外，制备过程中进行预先焙烧，聚苯乙烯颗粒完全分解，形成连通孔隙结构，同时铝粉表面形成致密氧化膜，防止其在储存和造型过程中提前氧化失效。