CN103231037A - 一种过渡短节的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立式离心铸造过渡短节的方法。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，通过该工艺可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。

Description

一种过渡短节的制造方法

技术领域

本发明属于铸造及化工技术领域，具体涉及一种高温受压件过渡短节（即热壁大小头）及其离心铸造方法。

背景技术

过渡短节（又称热壁大小头）广泛应用于石油化工行业制氢转化炉中，是传输转化气的主要部件，工作条件为高温受压状态，因此要求其具有良好的常温机械性能及高温机械性能。

目前，过渡短节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。一般静态铸造的过渡短节虽然可以满足在高温高压条件下的基本应用要求，但是铸件组织不规则且较不致密，容易产生气孔、夹渣等产品质量缺陷，机械性能不够优越，使用寿命也不理想，产品报废率较高。

发明内容

针对现有产品和工艺的不足，本发明提供一种立式离心铸造过渡短节的方法。过渡短节属于中心对称中空铸件，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，通过该工艺可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。

本发明的具体方案如下：

一种立式离心铸造过渡短节的方法，包括以下步骤：

（1）铸造模具毛坯，然后根据过渡短节铸件外壁形状和尺寸加工模具内孔，并在模具型腔内喷涂耐高温涂料，模具预热后，将其装配在立式离心机法兰盘上，待浇铸；

（2）在模具内浇入钢水，迅速开启离心机，转速控制在600-900r/min，待钢水在离心力作用下充分冷却成型，得到铸件；

（3）加工铸件外壁和内孔，得到所需尺寸的过渡短节产品。内孔的大小可以根据浇入的钢水重量来控制，一般转速大于200r/min后，铸型的内孔都视作为圆柱体，按图纸尺寸加工掉预留的加工余量，得到图纸中需要的尺寸。

上述方法的步骤（1）中，模具内孔形状与过渡短节铸件外壁形状相同，尺寸略大于过渡短节产品的最终尺寸（预留收缩量和加工余量），这主要是考虑到钢水收缩率和后期加工需要。一般而言，模具型腔（即模具内孔）尺寸＝产品外径尺寸+产品外径尺寸×钢水收缩率+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，钢水收缩率约为0.2~0.254%，加工余量为约为1~3%。

耐高温涂料可选用过渡短节浇铸领域的常用涂料，如静态铸造工艺中采用的那些。优选地，可以选自石英粉涂料或锆英粉涂料。

步骤（1）中模具预热的目的在于避免液态金属冷却太快，造成气孔、冷隔、浇不足、缩孔等缺陷，其温度优选：铸钢模具250~450℃。

步骤（2）中，钢水的温度优选为1570~1630℃（可参照离心铸造手册），钢水注入量为：零件重量+预留的收缩量和加工余量重量+冒口及浇道内钢水重量。

步骤（3）中，可采用本领域公知的常规工艺对铸件表面及内孔进行加工，例如可采用车加工。。

实践证明，相比于传统的静态铸造工艺，本发明所述的立式离心铸造过渡短节的方法更加有益于最终产品的性能，其优点主要体现在以下几个方面：

（1）由于立式离心铸造时，旋转的铸型外壁降温速度快，所以铸件凝固时是按由外向内的顺序凝固，形成的组织分布规则有序。静态铸造的产品金相组织为沿径向分布不规则的柱状晶与等轴晶，而立式离心铸造的产品从外径向内径方向依次分布为细小等轴晶—柱状晶—较粗大等轴晶。鉴于过渡短节工作状态下主要是沿径向方向受力，因此离心铸造产品沿径向规则排列的金相组织恰好能对应该要求，工件在工作状态下受力更均匀，可有效提高产品机械性能，降低报废率，延长使用寿命。

（2）因为定向凝固的原因及旋转导致的离心力比重力大，使得离心铸件凝固时能获得较强的补缩，形成组织致密的铸件，从而大幅度降低产生气孔、裂纹等缺陷的几率，提高铸件质量。

（3）铸型边旋转边凝固时，各层相对于型腔的旋转速度不同，造成正在结晶成长的晶粒折断，从而使铸件最终获得细小的晶粒，细小的晶粒和有序的金相组织造就了离心铸件优于静态铸件的机械性能。

本发明通过将静态铸造改为离心铸造，增加了铸件的成型力，改进了成型模式，提高了产品质量和产品机械性能，延长了使用寿命，降低了产品报废率。

本发明的另一目的还在于提供由上述离心铸造工艺制备的过渡短节。该短节相比于现有产品，在产品质量、机械性能和使用寿命方面具有明显优势。

附图简要说明

图1为立式离心铸造过渡短节的装置示意图，其中：1—离心机主电机；2—离心机主机；3—离心机法兰盘；4—模具；5—模具底垫板；6—铸型；7—模具盖板。

图2为立式离心铸造过渡短节的上端（粗口端）金相组织图。

图3为立式离心铸造过渡短节的下端（细口端）金相组织图。

图4为立式离心铸造过渡短节的渗透探伤检测。

具体实施方式

以下通过具体实施例以对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

下述实施例中，离心机型号为J556立式离心机，模具材料采用35CrMoⅡ，耐高温涂料采用醇基锆英粉涂料。

过渡短节产品预定尺寸：外径φ394/φ256，内径φ348/φ200，H=300。

1、模具加工

根据过渡短节铸件外壁形状和尺寸加工模具，模具型腔的尺寸=产品外径尺寸+产品外径尺寸×钢水收缩率（0.25%）+加工余量（2%）；在模具型腔内喷涂耐高温涂料。

 2、浇铸

a. 如图1所示，将加工好的模具4与模具盖板7和模具底垫板5组装成整体，安装在离心机法兰盘3上，开启离心机主电机1，调试整个设备确定其运行平稳；

b. 在300℃预热模具，随后在离心机静止状态下将140kg1600℃钢水浇入至模具4中，迅速开启离心机至770r/min，保持18分钟，然后降至700r/min，20分钟后停止离心；

c. 将冷却的铸型6取出模具，并将其加工到需要的产品尺寸。

3、产品结构与性能表征

a. 采用宏观金相试验仪（100×）分别检测产品上下端的金相组织结构。如图2和3所示，两端的金相组织为沿铸型外径向内径依次规则有序分布的细小等轴晶—柱状晶—较粗大等轴晶。

b. 采用渗透探伤（按照JB/T4730.5-2005检测方法：ⅡC-d）检测过渡短节外表面。如图4所示，表面质量良好，未发现气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

c. 沿径向切取拉伸试样，在常温（25℃）下做产品拉伸试验（型号：WDE-300）。试验结果为Rm≈470MPa 。

使用同等材料，采用传统的静态铸造工艺制备了静态铸件，并对其相关性能进行了表征，结果显示：产品金相组织为沿径向分布不规则的柱状晶与等轴晶；表面存在明显的气孔、夹渣和裂纹；常温（25℃）下Rm≈455MPa 。

综上可以看出，相比于传统的静态铸造工艺，本发明所述的立式离心铸造过渡短节的方法在产品性能方面具有明显优势。

Claims (6)

1.一种过渡短节立式离心铸造的方法，包括以下步骤：

（1）铸造模具毛坯，然后根据过渡短节铸件外壁形状和尺寸加工模具内孔，并在模具型腔内喷涂耐高温涂料，模具预热后，将其装配在立式离心机法兰盘上，待浇铸；

（2）在模具内浇入钢水，迅速开启离心机，转速控制在600-1000r/min，待钢水在离心力作用下充分冷却成型，得到铸件；

（3）加工铸件外壁和内孔，得到所需尺寸的过渡短节产品。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，模具内孔形状与过渡短节铸件外壁形状相同，模具内孔尺寸＝产品外径尺寸+产品外径尺寸×钢水收缩率+加工余量。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于：所述耐高温涂料选自石英粉涂料或锆英粉涂料。

4.权利要求1所述的方法，其特征在于：模具预热温度为300℃。

5.权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，钢水温度为1570~1630℃，钢水注入量为：零件重量+预留的收缩量和加工余量重量+冒口及浇道内钢水重量。

6.一种过渡短节，由权利要求1-5中任一项所述的方法制备而成。

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