铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺。
【背景技术】
[0002]铸铁因具有优良的减摩性能、导热性能、阻尼性能和耐蚀性能等广泛使用于工程机械、农业、汽车等领域，与钢相比，浇注温度低，铸造工艺性能好，但铸铁的强度低，塑性低，冲击韧性差，限制了铸铁的应用范围，只能用于受力不大的结构零件；与铸铁相比，钢的强度高，塑性好，具有很高的冲击韧性，但钢的导热性能差，减摩性能远低于铸铁。如果在制造过程中，把钢和铸铁复合起来，形成复合材料，该材料既具有钢的强度，又具有高导热性、耐蚀性等铸铁的良好性能，具有良好的工业应用前景。
[0003]其次，在大型铸铁件制造过程中，由于冷却缓慢，铸件的组织粗大，性能会大幅降低。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术的不足，提供一种铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种铸铁和钢复合材料的加工模具，包括本体，所述本体内部设有与铸铁件匹配的型腔，所述型腔的底部通过浇注通道与外部连通，所述型腔内部设有网架，所述网架包括若干相互交叉连接的钢柱。
[0006]作为优选，所述浇注通道的下端与型腔连通，所述浇注通道的上端与外部连通。
[0007]作为优选，所述网架的钢柱分别为横向和竖向交叉设置。
[0008]作为优选，所述网架的钢柱为圆形线材，所述钢柱为低碳钢或高碳钢。
[0009]一种采用上述的铸铁和钢复合材料的加工模具的铸铁和钢复合材料的制造工艺，包括以下步骤:
1)根据铸铁件的壁厚和浇注温度，采用数值模拟计算方法，确定钢柱的直径和数量，其中钢柱的总重量小于铸件总重量的10%，并对钢柱表面进行喷丸处理；
2)根据铸件的形状，将各钢柱编制成与铸件匹配的网架；
3)把制成的网架放入模具的型腔内，再由浇注通道向型腔内部浇注制造铸铁的金属液体，直至金属液体充满型腔。
[0010]具体地，步骤I)中，所采用的钢柱的含碳量为0.3%左右。
[0011]具体地，步骤3)中，金属液体的含碳量为3%左右，含硅量为2%左右。
[0012]具体地，步骤3)中，金属液体充满型腔后与钢柱表面熔合，形成厚度为0.1-0.5mm的复合界面，复合界面沿钢柱内部方向的碳扩散层的距离为0.5-1.5mm。
[0013]本发明的有益效果是:该铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺将铸铁和钢进行熔合，形成钢与铸铁的复合材料，把钢放在铸件的中心部位，起到内冷铁的作用，大幅改善铸件中心的组织，提高了铸件的力学性能，提升了冷却效果。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]图1是本发明的铸铁和钢复合材料的加工模具的结构示意图；
图中:1.本体，2.型腔，3.网架，4.浇注通道。
【具体实施方式】
[0016]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0017]如图1所示，一种铸铁和钢复合材料的加工模具，包括本体1，所述本体I内部设有与铸铁件匹配的型腔2，所述型腔2的底部通过浇注通道4与外部连通，所述型腔2内部设有网架3，所述网架3包括若干相互交叉连接的钢柱。
[0018]作为优选，所述浇注通道4的下端与型腔2连通，所述浇注通道4的上端与外部连通。
[0019]作为优选，所述网架3的钢柱分别为横向和竖向交叉设置；
事实上，网架3的各钢柱只要交叉设置形成网格状即可，对于形成的网孔没有特殊的形状要求，只要是孔洞即可。
[0020]作为优选，所述网架3的钢柱为圆形线材，所述钢柱为低碳钢或高碳钢。
[0021]一种采用上述的铸铁和钢复合材料的加工模具的铸铁和钢复合材料的制造工艺，包括以下步骤:
1)根据铸铁件的壁厚和浇注温度，采用数值模拟计算方法，确定钢柱的直径和数量，其中钢柱的总重量小于铸件总重量的10%，并对钢柱表面进行喷丸处理；
2)根据铸件的形状，将各钢柱编制成与铸件匹配的网架3；
3)把制成的网架3放入模具的型腔2内，再由浇注通道4向型腔2内部浇注制造铸铁的金属液体，直至金属液体充满型腔2。
[0022]具体地，步骤I)中，所采用的钢柱的含碳量为0.3%左右。
[0023]具体地，步骤3)中，金属液体的含碳量为3%左右，含硅量为2%左右。
[0024]具体地，步骤3)中，金属液体充满型腔2后与钢柱表面熔合，形成厚度为0.1-0.5mm的复合界面，复合界面沿钢柱内部方向的碳扩散层的距离为0.5-1.5mm。
[0025]喷丸处理也称喷丸强化，是减少零件疲劳，提高寿命的有效方法；喷丸主要是用来清除厚度不小于2_的或不要求保持准确尺寸及轮廓的中型、大型金属制品以及铸锻件上的氧化皮、铁锈、型砂及旧漆膜，这里应用喷丸处理主要是去除油污和铁锈。
[0026]当金属液体充满铸件形腔2时，网架3与金属液体进行热交换，位于铸件中心的液体金属的温度由于低于铸件其他部分的温度而先凝固，使得铸件内部的温度从内部到外部逐渐升高，有利于铸件的补缩，获得致密铸件；在铸件没凝固前，液体和网架3表面发生一定的冶金反应，使得网架3表面熔化，金属液体凝固时，网架3和铸件结合在一起，形成铸铁和钢的复合材料。
[0027]金属液体进入铸件型腔2后，金属液体由于被网架吸热而快速降温，同时网架吸收热量升到高温；由于钢的熔点比铸铁高，大部分的钢柱不熔化，而钢柱的表面与高温铸铁液发生冶金反应，因铸铁的碳浓度高于钢，在高温条件下，碳元素将沿着复合界面向钢柱内部扩散，使得钢柱表面的含碳量增加，熔点降低，从而使得钢熔化成液体，与浇注的金属液体溶为一体，在随后的凝固过程中，形成钢和铸铁复合材料的复合界面，将钢材与浇注的铸铁液凝固结合在一起。
[0028]在铸件厚度和浇注温度确定的情况下，如果钢柱的直径小，则钢柱会全部被熔化掉，无法形成复合材料；如果钢柱的直径大，会在钢柱和铸件之间直接产生不熔合的接触界面，影响铸件的性能，达不到复合材料的要求。
[0029]与现有技术相比，该铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺将铸铁和钢进行熔合，形成钢与铸铁的复合材料，把钢放在铸件的中心部位，起到内冷铁的作用，大幅改善铸件中心的组织，提高了铸件的力学性能，提升了冷却效果。
[0030]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1.一种铸铁和钢复合材料的加工模具，其特征在于，包括本体(I)，所述本体(I)内部设有与铸铁件匹配的型腔(2)，所述型腔(2)的底部通过浇注通道(4)与外部连通，所述型腔(2)内部设有网架(3)，所述网架(3)包括若干相互交叉连接的钢柱。
2.如权利要求1所述的铸铁和钢复合材料的加工模具，其特征在于，所述浇注通道(4)的下端与型腔(2)连通，所述浇注通道(4)的上端与外部连通。
3.如权利要求1所述的铸铁和钢复合材料的加工模具，其特征在于，所述网架(3)的钢柱分别为横向和竖向交叉设置。
4.如权利要求1所述的铸铁和钢复合材料的加工模具，其特征在于，所述网架(3)的钢柱为圆形线材，所述钢柱为低碳钢或高碳钢。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的铸铁和钢复合材料的加工模具的铸铁和钢复合材料的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤: 根据铸铁件的壁厚和浇注温度，采用数值模拟计算方法，确定钢柱的直径和数量，其中钢柱的总重量小于铸件总重量的10%，并对钢柱表面进行喷丸处理； 根据铸件的形状，将各钢柱编制成与铸件匹配的网架(3); 把制成的网架(3)放入模具的型腔(2)内，再由浇注通道(4)向型腔(2)内部浇注制造铸铁的金属液体，直至金属液体充满型腔(2)。
6.如权利要求5所述的铸铁和钢复合材料的制造工艺，其特征在于，步骤I)中，所采用的钢柱的含碳量为0.3%左右。
7.如权利要求5所述的铸铁和钢复合材料的制造工艺，其特征在于，步骤3)中，金属液体的含碳量为3%左右，含硅量为2%左右。
8.如权利要求5所述的铸铁和钢复合材料的制造工艺，其特征在于，步骤3)中，金属液体充满型腔(2)后与钢柱表面熔合，形成厚度为0.1-0.5mm的复合界面，复合界面沿钢柱内部方向的碳扩散层的距离为0.5-1.5mm。
【专利摘要】本发明涉及一种铸铁和钢复合材料的加工模具，包括本体，所述本体内部设有与铸铁件匹配的型腔，所述型腔的底部通过浇注通道与外部连通，所述型腔内部设有网架，所述网架包括若干相互交叉连接的钢柱；一种铸铁和钢复合材料的制造工艺，包括以下步骤：确定钢柱的直径和数量并对钢柱进行喷丸处理、将钢柱编制成网架、将网架放置于型腔内并且对型腔内浇注金属液体。该铸铁和钢复合材料的加工模具及其制造工艺将铸铁和钢进行熔合，形成钢与铸铁的复合材料，把钢放在铸件的中心部位，起到内冷铁的作用，大幅改善铸件中心的组织，提高了铸件的力学性能，提升了冷却效果。
【IPC分类】B22C9-02, B22D19-16
【公开号】CN104550714
【申请号】CN201510031995
【发明人】王洪金, 于赟, 李小平, 孙顺平, 雷卫宁
【申请人】江苏理工学院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日