CN102389960B

CN102389960B - 一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法

Info

Publication number: CN102389960B
Application number: CN 201110330974
Authority: CN
Inventors: 王怀林; 王烈
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN102389960A

Abstract

本发明是一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法，属于机械类。其采用非合金化等温淬火球铁新材料制造砼泵管，采用离心铸造工艺方法铸造砼泵管毛坯；球化处理采用盖包冲入法，使球化率更加稳定；生产球铁的铁水经过吹氩气净化去除杂质；先机械加工后等温淬火的工艺方法，保证砼泵管尺寸在要求范围内；在带有保护气氛的盐炉生产线上进行等温淬火处理，产生奥氏体+针状铁素体基体组织，保持了高硬度和高耐磨性。其优点是该方法采用性能优异的新的金属材料制造砼泵管后，使用寿命大幅度提高；节省内表面淬火设备投资。和铸钢砼泵管比，减轻重量1/10、降低生产成本，具有显著经济效益和社会效益。

Description

一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法

技术领域

本发明涉及机械类，特别涉及一种非合金化等温淬火球铁砼泵机械配管的生产方法，尤指一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法。

背景技术：

砼泵机械配管亦即砼泵管是砼泵机械的重要易损配件。目前社会上的砼泵机械配管即砼泵管都是选用优质铸钢管，加之内表面超高频淬火处理生产的。砼泵管件的工作面是管子的内表面，一般的铸钢材料采用其它热处理方法无法达到HRC58～67的硬度要求，极易早期磨损。而采用一般的高频淬火设备，多为外表面淬火，无法解决砼泵管内表面易损的难题。所以只有选用内表面超高频淬火处理才能达到目的。这种内表面超高频淬火设备，目前，只有用昂贵的价格从国外进口；另外，经这种设备处理的砼泵管的淬硬层深度只有1.5～1.8mm，淬硬层磨损掉后，砼泵管很快就被磨穿。一般只能生产12000m³混凝土。这是此种铸钢砼泵管内表面高频淬火热处理方法的致命缺憾。加之进口内表面淬火设备价格昂贵，大大提高了商业混凝土的生产成本。再者，为了提高生产效益，增加砼泵机械配管举升高度，对传统的砼泵管减重是必要的。但传统的砼泵管主要工作面只有很薄的一层，无法再继续减薄，这是砼泵管减轻重量的一大障碍，同时也浪费了大量的金属材料。因此，急需加以解决。经有关专家论证，到目前为止，国内外均没有采用非合金化等温淬火球铁新材料铸造成型的砼泵管的报导。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法；解决目前传统的砼泵机械配管使用寿命短；投资较多，生产成本高；无法进行减薄设计和金属耗损多等缺陷。

本发明的技术方案：针对目前砼泵机械配管生产方法存在的上述弊端，一种采用非合金化等温淬火球墨铸铁材料，铸造生产砼泵机械管件的生产方法产生了。这就是采用等温淬火球墨铸铁（Austempered Ducile Iron，其缩写为ADI）这种高性能金属材料制造砼泵管的生产方法。

所谓等温淬火球铁，是上世纪七十年代末，人们把钢的等温淬火工艺移植到球墨铸铁的热处理中，使球铁的基体组织在中温转变区产生针状铁素体和富碳奥氏体组织。这就是人们所称谓的“等温淬火球铁”。这种新材料具有强度高（抗拉强度σ_b由800Mpa～1600Mpa以上），韧性好（伸长率δ由1-10%以上），冲击韧度ak由20～120J/cm²以上，吸震性好，耐磨性好，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度与低合金钢相当，质量轻（比钢的密度低十分之一，因而同等大小的零件比钢轻十分之一），成本低等一系列独特优点。其综合性能明显高于普通球铁和锻钢。这种新材料的开发成功，给砼泵机械配管的生产提供了新的生产方法。采用这种ADI新材料生产的砼泵管，确保了整个断面都能淬透，换句话说，从里到外都是相同硬度，大大提高了砼泵管使用寿命，约为传统砼泵管寿命的三倍以上，也为减薄轻量化设计提供了有利条件。

本发明的工艺流程是：先采用非合金化球墨铸铁铸成砼泵管毛坯；之后，经过粗加工后等温淬火热处理；再精加工成砼泵管。所谓非合金化，即为这种新材料中不再加入其它合金化元素。这种新材料的铸造砼泵管已通过装机试验并已进行批量试生产。

本发明综合采用一系列先进的工艺方法：首先，用非合金化等温淬火球铁材料铸造砼泵管。之所以采用非合金化成分是因为管壁较薄，仅4.5mm，无需加合金元素，等温淬火热处理时也可以淬透砼泵管管壁。球铁铁水经吹氩气方法净化，以提高性能；铸造毛坯采用铁模离心铸造方法；球化采用盖包冲入法；等温淬火处理在电脑控制的带有保护气氛的盐炉生产线上进行，保护气氛避免工件表面氧化脱碳，盐炉生产线电脑控制避免人为因素影响，使等温淬火的管件质量更加稳定；选用先粗机械加工后等温淬火处理的方法，最后精加工成型。其生产方法具体步骤如下：

⑴ 采用生产非合金化球铁生产砼泵管毛坯。也就是不再加任何合金元素来熔炼球铁原铁水；同时采用吹氩气法净化铁水，减少杂质；其铁水经过提高材料性能的吹氩气净化处理；

⑵ 造型方法选用离心铸造方法。即在离心机上的铁模具里浇注成型的方法。提高球铁管件冷却速度，细化基体组织，比一般砂型铸钢件具有更好的强韧性；

⑶ 球化处理采用盖包冲入法，即在有包盖的球化包里球化处理（在球化处理包上方加了一个中间包盖），使镁蒸汽不能自由逃逸，使球化处理更稳定。在包盖和铁水表面之间形成了一个基本密封的空间，使外界的氧不能自由进入铁水包上方。这使上浮到铁水表面的镁蒸汽得不到大量氧气补充而延缓了燃烧，提高了球化元素镁在铁水中的吸收率，增加了球化处理的稳定性；节省了1/4～1/5的球化剂；同时也大大改善了工作环境。

⑷ 选用先对砼泵管毛坯粗机械加工，后等温淬火热处理的工艺方法。粗加工余量大小留有热处理变形量，最后精加工成型；

⑸ 等温淬火处理是在电脑控制的带有保护气氛的盐炉生产线上进行。保护气氛避免工件表面氧化脱碳，避免人为因素影响，使等温淬火管件的质量更加稳定，这种砼泵管管壁从里到外都保持高硬度，大大提高了砼泵管的使用寿命。性能优异的等温淬火球铁是通过等温淬火热处理得到的，这是等温淬火球铁砼泵管的生产中的一个关键环节。

这个工艺过程包括奥氏体化加热过程和基体组织等温转变过程两个阶段。

首先要把工件加热，使其基体组织变成全部或部分奥氏体组织，这需要保持一定时间才能得到。奥氏体化加热工艺过程，是由加热工件的大小、壁厚（模数）、工件的化学成分和要求达到材料性能牌号等因素决定的。奥氏体化加热的工艺参数为：加热温度880～920℃，保持时间1～2个小时。在此奥氏体加热温度下，把工件直接淬到淬火介质（硝盐）中进行中温区转变。根据不同力学性能要求，在不同的温度下进行等温淬火组织转变，并保持一定时间。这种砼泵管的等温淬火处理要求的性能牌号为QTD1400-1。其等温淬火处理工艺参数为：等温温度 235～260℃，保温时间1～2小时。

综上所述，砼泵机械配管的等温淬火热处理工艺为：

奥氏体化加热 880～920℃ 保温1～2小时

等温淬火处理 235～260℃ 保温1～2小时

⑹ 砼管淬火后关键部位要用超声波探伤检查，并对砼泵管的附铸金相试块进行金相检查，化学成份检查及力学性能检查。

本发明的优点：该方法选用了性能优异的ADI新材料，节省了进口设备的投资；大大提高了使用寿命；同时，重量轻、成本低，可以进行减薄设计，大大节省了贵重金属的消耗，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式：

本发明选择“大连新重铸业”及“山西福宁铸造”为实施例试验厂，按上述方法步骤进行试验，其结果如下：

（1）炉料选用低碳废钢加增碳剂，在感应电炉里熔炼球铁铁水，并经过吹氩气净化铁水。其铁水化学成份见表1；

表1 原铁水化学成份%

C	Si	Mn	P	S
					3.60-3.80	1.60-1.80	<0.30	<0.03	<0.02

（2）砼泵管造型采用离心浇注方法，确保了基体共晶团细小，组织更加致密，强韧性更好。

（3）球化处理温度1480℃~1500℃，盖包冲入法球化处理，球化剂加入量1.0%~1.5%。采用多次孕育工艺，孕育总量1.0%。球化处理后化学成份见表2。

表2 球化处理后化学成份（%）

（4）采用离心铸造方法，制成砼泵管毛坯。

（5）选用机械加工之后再等温淬火热处理的工艺方法。对砼泵管毛坯进行粗加工，切削加工余量要考虑到热处理变形量。

（6）等温淬火处理在计算机控制的、带有保护气氛的盐炉生产线上进行。

奥氏体化加热 880℃--920℃ 保温1～2小时；

等温淬火处理 235℃--260℃ 保温1～2小时；

确保力学性能达到QTD1400-1牌号要求。

（7）等温淬火砼管关键部位超声波检查，探伤；其结果化学成份见表3，金相组织检测见表4，力学性能检测见表5

表3 化学成份检测（%）

表4 金相组织检测（%）

表5 力学性能检测（%）

Claims

1.一种砼泵机械配管的铸造和热处理的生产方法，其特征在于该方法综合采用一系列先进的工艺措施，其步骤如下：

（1）采用非合金化球铁生产砼泵管毛坯，其铁水经过提高材料性能的吹氩气净化处理；

（2）造型方法选用离心铸造法，即在铁模模具里浇注球铁水的工艺方法，提高球铁冷却速度，细化基体组织，比一般砂型铸钢件具有更好的强韧性；

（3）球化采用盖包冲入法，即在有包盖的球化包里球化处理，使镁蒸汽不能自由逃逸，使球化处理更稳定；

（4）选用先粗机械加工后等温淬火的工艺方法，粗机械加工余量大小留有热处理变形量，热处理后再对砼泵管精加工；

（5）等温淬火处理是在带有保护气氛的盐炉生产线上进行，保护气氛避免工件表面氧化脱碳，盐炉生产线电脑监控避免人为因素影响，使等温淬火球铁砼泵管质量更加稳定；这种砼泵管管壁从里到外都保持高硬度，提高了砼泵管的使用寿命；

奥氏体化加热 880~920℃ 保温1～2小时；

等温淬火处理 235~260℃ 保温1～2小时；

等温淬火后砼管关键部位要用超声波探伤检查，并对砼泵管附铸金相试块进行金相检查，化学成份及力学性能检测。