[发明专利]一种立式离心铸造180°弯头的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料铸造领域，具体涉及一种高温受压件180°弯头及其立式离心铸造方法。

背景技术

180°弯头广泛应用于石化、冶金工业炉中，是传送高温气体、燃料气的重要部件，工作条件为高温受压状态，因此要求其具有良好的高温短时力学性能和高温持久力学性能。其材料一般选用高铬镍合金。

目前，180°弯头的制造普遍采用静态铸造工艺（如砂型铸造、精密铸造、熔模铸造等），也称重力铸造，即钢水在重力场的作用下经浇口、浇道到达型腔成型，铸件在冷却凝固过程中靠冒口中钢水的重力作用进行补缩。静态铸造的180°弯头可以满足在高温高压条件下的基本应用要求，但是铸件组织通常不规则且较不致密，易存在气孔、夹渣等结构缺陷，机械性能不够优越，使用寿命也不理想，产品报废率较高。

研究人员近来发现，离心铸造工艺相比于静态铸造工艺更有利于提升铸件性能。例如，中国专利申请201310152327.6公开了一种立式离心铸造过渡短节的方法，中国专利申请201310269895.4公开了一种Inconel600合金管的离心铸造工艺。指出，将传统的静态铸造工艺改为离心铸造，可以获得比重力场更高的离心力场，提高钢水充型力，增强铸件冷却时的补缩能力，能够有效提高产品浇铸质量，降低产品报废率，提高产品的常温和高温机械性能，延长使用寿命。

离心铸造工艺优势明显，有望在金属构件铸造领域得到进一步推广。然而，离心铸造工艺并非是一套格式化流程。同样是离心铸造，工艺条件和参数的选择对最终产品性能有着非常关键的影响。对工艺进行优化和改进以期获得尽可能提升的产品性能，将是现阶段金属构件离心铸造领域的一个热点和难点。

发明内容

本发明的目的首先在于提供一种立式离心铸造180°弯头的方法。在将立式离心铸造工艺引入180°弯头铸造的基础上，对工艺条件和参数进行了改进和优化，所得产品表现出了极其优异的高温短时力学性能和高温持久力学性能，显著优于静态铸造产品，并且超出了对离心铸造产品的一般性预期（即，相对于现有技术是预料不到的）。

本发明的具体方案如下：

一种立式离心铸造180°弯头的方法，包括以下步骤：

（1）模具预热后，将其装配在立式离心机法兰盘上，开启离心机，转速控制在100-150 r/min；

（2）将温度1560-1640℃的钢水快速注入模具，密封后在15s内将转速匀速提升至900-1100 r/min，并在该转速保持2-3min；

（3）在10s内将转速匀速降至500-600r/min，并在该转速保持2-3min；

（4）再次在10s内将转速匀速提升至900-1100 r/min，并在该转速保持10-15min；

（5）在30s内将转速匀速降至500-600r/min，并在该转速保持8-10min；然后再在30s内将转速匀速降至250-300 r/min，并在该转速保持5min；然后关闭离心机，待其自然停止旋转；

（6）将充分冷却成型的铸件取出，加工得到所需尺寸的180°弯头产品。

适用于本发明上述方法中铸造180°弯头的模具对于本领域技术人员来说是容易确定的。如附图1中所示，该模具包括上模4、下模5、泥芯6和内芯7。其中，上模4、下模5和泥芯6共同构造出弯头成型的型腔。上模4和下模5均为圆形，沿圆周方向可均匀分布有2个或多个型腔，以用于同时浇铸2个或多个弯头。上模4上有浇口、浇道和排气孔，上模4和下模5的端面均有排气槽，排气槽和排气孔的作用是当钢水浇入的时候，钢水和型腔里面的气体可通过排气孔和排气槽排出；下模5上有圆形止口，泥芯6通过圆形止口固定在下模5上，可避免在高速旋转时滑出原来位置，引起钢水浇铸不均匀。

上模4和下模5构成的内孔形状以及泥芯6的形状与弯头形状相同，但在尺寸设置上略有差异。考虑到钢水收缩率和后期加工需要，以竖截面为圆形的弯头产品为例，内孔的竖截面直径应略大于弯头产品的截面外径，泥芯6的竖截面直径则略小于弯头产品的截面内径，即预留收缩量和加工余量；其中，钢水收缩率和加工余量对本领域技术人员而言是公知且容易确定的。通常来说，钢水收缩率为1-3%，加工余量为20-60mm。

模具材质可以是本领域常用的那些材料。例如，上模4和下模5材料可以是铸铁、铸钢或锻件；泥芯6和内芯7的材料可以是砂型铸造领域常用的树脂砂，优选透气型树脂砂（钢水进入型腔时，有助于气体排出）。