CN107138713A - 一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法。该铸造方法包括如下步骤：将锡青铜合金原料于非真空感应炉内在1100～1250℃下形成熔池，用木炭覆盖，炉料熔炼成钢水后加入脱氧磷铜，然后在1150～1170℃下浇注，浇注完成后2～4分钟开始水冷，冷却至室温即可；其中，浇注在氩气保护下进行；水冷的水位根据铸件种类的不同而变化：浇注阀盖类铸件时水冷的水位高于阀盖类铸件的本体高度的一半，低于阀盖类铸件的顶部热节拐角位置；浇注阀体类铸件时水冷的水位高于阀体类铸件的本体高度。本发明的铸造方法解决了钢液氧化以及氧化夹渣的问题，非集中性疏松、枝晶偏析等缺陷得到明显改善，制得的锡青铜阀门类铸件合格率高、质量好。

Description

一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法
技术领域
本发明涉及一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法。
背景技术
锡青铜是以锡为主要合金元素的青铜。含锡量一般在3％～14％之间，主要用于制作弹性元件和耐磨零件。变形锡青铜的含锡量不超过8％，有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂，还能改善流动性和耐磨性。易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。具有较高的强度、耐蚀性和优良的铸造性能，长期以来广泛应用于各工业部门中。工业锡青铜是工业上使用的重要铜合金。为改善其铸造、力学和耐磨性能，以及节约锡，在锡青铜中加入磷、锌、铅等合金元素。锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，可用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。含磷锡青铜具有良好的力学性能，可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。含锌锡青铜可作高气密性铸件。
锡青铜因其化学成分的原因，其凝固范围大，枝晶偏析严重；凝固时不易形成集中缩孔，体积收缩很小；铸件中易出现锡的逆偏析，严重时铸件表面可见到白色斑点，甚至出现富锡颗粒，一般称为锡汗，改进浇注方法和工艺条件可减轻逆偏析程度；液态合金中，锡易生成硬脆的夹杂物SnO2，熔炼要充分脱氧。考虑其成分的特殊性无法选用真空炉浇注，目前主要以非真空熔炼浇注锡青铜阀门类铸件，锡青铜合金中的金属将同空气中的氧发生反应(即钢液氧化)，产生大量的氧化物，导致铸件基体中出现夹杂，组织不连续，元素的烧损也较为严重为此，制得的产品非常容易形成裂纹、夹渣、疏松等问题，成品率低下，非真空熔炼浇注锡青铜容易出现吸气，氧化夹渣，且在内浇口位置出现偏析现象非常严重，这些铸造缺陷直接导致阀门内铸件磅压时出现渗漏现象，严重影响产品质量。
目前国内外多采取常规的木炭覆盖工艺，但由于钢液氧化、钢包选用不当以及冷却工艺不合适等，导致铸件出现浮渣、疏松、偏析等缺陷，成品率极低。
随着汽车、航空、蒸汽锅炉和海船等机械工业的不断发展，锡青铜的需求量会不断增大，现国内锡青铜阀门行业特别是军工海事操作行业多使用外国进口产品，其生产周期长，价格较国内产品10倍有余的问题，已经促使使用方将其眼光投向国内，国内锡青铜的生产厂家也已经孕育而生，但其生产水平良莠不齐，铸件质量很难达到国内行业的使用条件，要达到出口国外的水平还有很长一段距离。
因此，寻求合适的锡青铜阀门类铸件的浇注方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中非真空条件下浇注制备锡青铜阀门类铸件时由于钢液氧化、钢包选用不当以及冷却工艺不合适而引起的氧化夹渣、气孔、非集中性疏松、枝晶偏析严重最终导致铸件质量差等缺陷，而提供了一种锡青铜阀门类铸件的浇注方法。本发明的铸造方法解决了钢液氧化的问题，消除了氧化夹渣，非集中性疏松、枝晶偏析等缺陷得到明显改善，制得的锡青铜阀门类铸件合格率高、质量好。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明提供了一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法，其包括如下步骤：
将锡青铜合金原料于非真空感应炉内在1100～1250℃下形成熔池，用木炭覆盖，炉料熔炼成钢水后加入脱氧磷铜，然后在1150～1170℃下浇注，浇注完成后2～4分钟开始水冷，冷却至室温即可；
其中，所述浇注在氩气保护下进行；所述水冷的水位根据铸件种类的不同而变化：浇注阀盖类铸件时所述水冷的水位高于所述阀盖类铸件的本体高度的一半，低于所述阀盖类铸件的顶部热节拐角位置；浇注阀体类铸件时所述水冷的水位高于所述阀体类铸件的本体高度。
本发明中，所述脱氧磷铜的用量为本领域常规使用的脱氧磷铜的用量，较佳地为钢水总重量的0.03％。
本发明中，所述木炭覆盖的操作和条件为本领域常规的木炭覆盖的操作和条件，所述木炭覆盖的厚度较佳地为30～60mm，更佳地为50mm。
本发明中，所述浇注较佳地采用茶壶包进行浇注，使用茶壶包浇注本领域公知具有很好的挡渣功能；所述浇注的过程为将所述钢水倒入茶壶包中，用行车将所述茶壶包吊出，所述行车吊钩上安装氩气喷嘴；所述茶壶包中预先加入四元保护渣料，所述茶壶包移动过程中以及浇注过程中，所述钢水始终处于所述四元保护渣料和氩气保护下，不受空气氧化。
其中，所述四元保护渣料本领域公知为石灰、萤石、刚玉和镁砂的混合物，所述石灰、所述萤石、所述刚玉和所述镁砂的用量比较佳地为1：1：1：1。
本发明中，所述水冷的开始时间根据铸件的规格大小来决定，较佳地为所述浇注完成后2.5分钟。
本发明中，所述水冷的目的是为了促使铸件从外表面向心部的快速凝固，避免成分的溢出而造成偏析；浇注阀盖类铸件时所述水冷的水位高于所述阀盖类铸件本体高度的一半、低于阀盖顶部热节拐角位置，其目的是为了避免水位过高在铸件拐角位置形成疏松。
本发明中，所述室温具有本领域常规含义，一般为15～30℃。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的铸造方法解决了钢液氧化的问题，消除了氧化夹渣，非集中性疏松、枝晶偏析等缺陷得到明显改善，制得的锡青铜阀门类铸件合格率高、质量好。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
浇注阀盖类铸件：
设置非真空感应炉的温度为1100℃。将锡青铜合金C83600(来自ASTM B62)的原料在非真空感应炉内熔融，形成熔池时用木炭覆盖，覆盖厚度为30mm。炉料在木炭保护下完全熔炼成钢水后加入0.03％的脱氧磷铜，之后进行浇注，浇注温度为1150℃。浇注的过程为将钢水倒入茶壶包中，用行车将所述茶壶包吊出，行车吊钩上安装专用氩气喷嘴，茶壶包中预先加入四元保护渣料，四元保护渣料为用量比为1：1：1：1的石灰、萤石、刚玉和镁砂的混合物。茶壶包移动过程中以及浇注过程中，钢水始终处于所述四元保护渣料和氩气保护下，不受空气氧化。木炭覆盖以及浇注前吹氩气的保护工艺，解决了钢液氧化的问题。浇注完成2分钟后进行水冷(水冷解决了分散型疏松的问题)，水冷的水位高于阀盖类铸件高度的一半，低于阀盖顶部热节拐角位置，水位过高在铸件拐角位置易形成疏松。冷却至室温即可。
实施例2
浇注阀体类铸件：
设置非真空感应炉的温度为1250℃。将锡青铜合金牌号C83600(来自ASTM B62)的原料在非真空感应炉内熔融，形成熔池时用木炭覆盖，覆盖厚度为50mm。炉料在木炭保护下完全熔炼成钢水后加入0.03％的脱氧磷铜，之后进行浇注，浇注温度为1170℃浇注的过程为将钢水倒入茶壶包中，用行车将所述茶壶包吊出，行车吊钩上安装专用氩气喷嘴，茶壶包中预先加入四元保护渣料，四元保护渣料为用量比为1：1：1：1的石灰、萤石、刚玉和镁砂的混合物。茶壶包移动过程中以及浇注过程中，钢水始终处于所述四元保护渣料和氩气保护下，不受空气氧化。木炭覆盖以及浇注前吹氩气的保护工艺，解决了钢液氧化的问题。浇注完成4分钟后进行水冷(水冷解决了分散型疏松的问题)，水冷的水位高于阀体类铸件的高度。冷却至室温即可。
对比例1
设置非真空感应炉的温度为1250℃。将锡青铜合金C83600(来自ASTM B62)的原料在非真空感应炉内熔融，形成熔池时用木炭覆盖。炉料在木炭保护下完全熔炼成钢水后加入0.03％的脱氧磷铜，之后在空气氛围下进行浇注，浇注温度为1170℃。浇注完成后自然冷却即可。
效果实施例1
实施例1和2以及对比例1中产品的抗拉强度、屈服强度和延伸率等性能测试方法及标准参照标准ASTM B62。
实施例1和2以及对比例1中的产品的性能测试结果如下表1。
表1实施例1和2以及对比例1中的产品的性能测试结果
项目 实施例1 实施例2 对比例1
成品率 100％ 100％ 50％
铸件的缺陷情况 无 无 疏松、偏析、夹渣
抗拉强度 250Mpa 262Mpa 185Mpa
屈服强度 130Mpa 145Mpa 110Mpa
延伸率 24％ 28％ 10％
水冷却工艺的使用使得疏松、偏析等缺陷得到明显改善，产品的质量显著提高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锡青铜阀门类铸件的铸造方法，其特征在于，其包括如下步骤：将锡青铜合金原料于非真空感应炉内在1100～1250℃下形成熔池，之后用木炭覆盖，炉料熔炼成钢水后加入脱氧磷铜，然后在1150～1170℃下浇注形成铸件，浇注完成后2～4分钟开始对铸件进行水冷，冷却至室温即可；
其中，所述浇注在氩气保护下进行；所述水冷的水位根据铸件种类的不同而变化：浇注阀盖类铸件时所述水冷的水位高于所述阀盖类铸件的本体高度的一半，低于所述阀盖类铸件的顶部热节拐角位置；浇注阀体类铸件时所述水冷的水位高于所述阀体类铸件的本体高度。
2.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述脱氧磷铜的用量为钢水总重量的0.03％。
3.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述木炭覆盖的厚度为30～60mm。
4.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述木炭覆盖的厚度为50mm。
5.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述浇注采用茶壶包进行浇注。
6.如权利要求5所述的铸造方法，其特征在于，所述浇注的过程为将所述钢水倒入所述茶壶包中，用行车将所述茶壶包吊出，所述行车吊钩上安装氩气喷嘴；所述茶壶包中预先加入四元保护渣料，所述茶壶包移动过程中以及浇注过程中，所述钢水处于所述四元保护渣料和氩气保护下，不受空气氧化。
7.如权利要求6所述的铸造方法，其特征在于，所述四元保护渣料为石灰、萤石、刚玉和镁砂的混合物。
8.如权利要求7所述的铸造方法，其特征在于，所述石灰、所述萤石、所述刚玉和所述镁砂的用量比为1：1：1：1。
9.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述水冷的开始时间为所述浇注完成后2.5分钟。
10.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述室温为15～30℃。
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