CN107498000B - 金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置及方法 - Google Patents

金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置及方法，属于金属材料制备及冶金技术领域。所述装置包括位于生产用浇口杯上方的石墨浇口杯，所述石墨浇口杯连接超声探头，超声探头通过变幅杆连接超声换能器，所述超声换能器连接超声发生器。本发明的有益效果是：将高能超声装置安放到浇口杯上，可在浇注的过程中起到破碎枝晶、细化晶粒以及均匀化成分的作用；本装置不影响浇注过程，不影响生产效率，成本低，适用于大规模工业生产；本发明金属浇注过程中超声处理浇口杯的方法及装置，获得了具有高强度、高伸长率的球墨铸铁。

Description

金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置及方法
技术领域
本发明涉及金属液体浇注的超声处理，属于金属材料制备及冶金技术领域。
背景技术
金属的铸造流程及生产环节直接决定了铸件等金属制品的质量，如何减少铸件中的缺陷，细化晶粒，提高铸件强度是一个永恒的课题。随着冶金技术的发展，一系列新技术不断出现，铸件组织均匀性得到了提高，气体及杂质不断减少，但铸件质量远没有达到最高水准。为进一步提高铸件等金属制品的力学性能，异质形核剂、温度控制处理等措施被不断地提出，上述措施存在污染，效率低，操作复杂等问题。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置及方法，对浇口杯施加超声，利用超声波的空化作用、声流效应等作用，使金属制品枝晶破碎、晶粒细化、排气以及成分均匀化。
本发明的技术方案是：金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，包括位于生产用浇口杯上方的石墨浇口杯，所述石墨浇口杯连接超声探头，超声探头通过变幅杆连接超声换能器，所述超声换能器连接超声发生器。
与浇注车连接的浇包位于所述石墨浇口杯上方。
所述生产用浇口杯位于铁模覆砂铸型上，铁模覆砂铸型位于铸型支架上。
所述超声换能器、变幅杆、超声探头以及石墨浇口杯分别通过螺纹连接组成一体结构。
所述超声发生器和超声换能器位于超声设备支架上。
所述石墨浇口杯的型腔截面的上部为梯形、下部为矩形。
所述生产用浇口杯内壁设有弧形过渡。
本发明还要求保护一种金属浇注过程中超声处理浇口杯的方法，具体包括如下步骤：
1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.2-1.0％，Mn：0.3-0.6％，S＜0.025％，P:＜0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
2)炉料选配：采用高纯生铁、低P低S废钢、回炉料和铁屑，按步骤1)成分配比作为炉料；
3)熔炼和精炼：采用中频电炉熔化炉料得到铁水，按步骤1)成分配比加入工业锰铁、工业硅铁和电解铜均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1400-1480℃；
4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％；
5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
6)将超声换能器、变幅杆、超声探头和石墨浇口杯通过螺纹连接组成一体结构固定于超声设备支架上方，超声设备支架安放在浇注车另一侧，将石墨浇口杯放置于生产用浇口杯的正上方；
7)打开超声发生器，调节超声波工艺参数；
8)铁水经过超声处理的石墨浇口杯和生产用浇口杯进入铁模覆砂铸型中，浇注结束后，关闭超声发生器，移除石墨浇口杯；
9)浇注温度为1350-1440℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁铸件。
所述超声波工艺参数具体为：频率15-25KHz，功率100-2000W，时间为整个浇注过程，施加方式为连续施加。
本发明的有益效果是：将高能超声装置安放到浇口杯上，可在浇注的过程中起到破碎枝晶、细化晶粒以及均匀化成分的作用；本装置不影响浇注过程，不影响生产效率，成本低，适用于大规模工业生产；本发明金属浇注过程中超声处理浇口杯的方法及装置，获得了具有高强度、高伸长率的球墨铸铁，所述的球墨铸铁强度>830MPa，伸长率>5％，硬度250～270HBS。
附图说明
图1为石墨浇口杯结构示意图；
图2为生产用浇口杯结构示意图；
图3为超声处理浇口杯装置结构示意图；
图4为实施例1中超声处理对球墨铸铁铸件石墨球尺寸的影响图；
图5为实施例1中超声处理对球墨铸铁铸件珠光体片层厚度的影响图。
图中附图标记如下：1、浇注车，2、浇包，3、铁模覆砂铸型，4、生产用浇口杯，5、石墨浇口杯，6、超声探头，7、变幅杆，8、超声换能器，9、超声发生器，10、超声设备支架，11、铸型支架。
具体实施方式
下面结合附图1-5对本发明做进一步说明：
金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，包括位于生产用浇口杯4上方的石墨浇口杯5，所述石墨浇口杯5连接超声探头6，超声探头6通过变幅杆7连接超声换能器8，所述超声换能器8连接超声发生器9。
与浇注车1连接的浇包2位于所述石墨浇口杯5上方。
所述生产用浇口杯4位于铁模覆砂铸型3上，铁模覆砂铸型3位于铸型支架11上。
所述超声换能器8、变幅杆7、超声探头6以及石墨浇口杯5分别通过螺纹连接组成一体结构。
所述超声发生器9和超声换能器8位于超声设备支架10上。
所述石墨浇口杯5的型腔截面的上部为梯形、下部为矩形。
所述生产用浇口杯4内壁设有弧形过渡。
实施例
金属浇注过程中超声处理浇口杯的方法，具体步骤如下：
(1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.2-1.0％，Mn：0.3-0.6％，S＜0.025％，P:＜0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.02-0.05％，余量为Fe；
(2)炉料选配：低P低S废钢5％和铁屑10％，回炉料35％，其余为高纯生铁，按步骤(1)成分配比作为炉料；
(3)熔炼和精炼：采用中频电炉熔化炉料得到铁水，按步骤(1)成分配比加入工业锰铁、工业硅铁和电解铜均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1400-1480℃；
(4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为0.9％；
(5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过0.6％；
(6)将超声换能器8、变幅杆7、超声探头6和石墨浇口杯5通过螺纹连接组成一体结构固定于超声设备支架10上方，超声设备支架10安放在浇注车1另一侧，将石墨浇口杯5放置于生产用浇口杯4的正上方；
(7)打开超声发生器9，调节超声波工艺参数，超声波工艺参数为：频率19.11KHz，功率300W，时间为整个浇注过程。利用超声波的特殊作用实现提高铸件质量的作用；
(8)铁水经过超声处理的石墨浇口杯5和生产用浇口杯4进入铁模覆砂铸型3中。浇注结束后，关闭超声发生器9，移除石墨浇口杯5；
(9)浇注温度为1421℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁铸件。
(10)经检测，获得的球墨铸铁成分为C：3.63％，Si：1.93％，Mg：0.05％，Cu：0.46％，Mn：0.52％，S：0.014％，P：0.036％，Re：0.013％，余量为Fe。
超声处理对球墨铸铁铸件石墨球尺寸的影响如图4所示，超声处理后，石墨球尺寸明显得到细化。超声处理对球墨铸铁铸件珠光体片层厚度的影响如图5所示，超声处理后，显微组织中珠光体片层厚度减小，晶粒细化，成分均匀化。超声处理后球墨铸铁铸件力学性能如表1所示，超声处理过后，球墨铸铁铸件的强度为838-907MPa，伸长率5.3-6.8％，高于未施加超声处理的球墨铸铁铸件强度788MPa，伸长率2.7％。
表1
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，其特征在于，包括位于生产用浇口杯(4)上方的石墨浇口杯(5)，所述石墨浇口杯(5)连接超声探头(6)，超声探头(6)通过变幅杆(7)连接超声换能器(8)，所述超声换能器(8)连接超声发生器(9)；与浇注车(1)连接的浇包(2)位于所述石墨浇口杯(5)上方；所述生产用浇口杯(4)位于铁模覆砂铸型(3)上，铁模覆砂铸型(3)位于铸型支架(11)上；所述超声换能器(8)、变幅杆(7)、超声探头(6)以及石墨浇口杯(5)分别通过螺纹连接组成一体结构；所述超声发生器(9)和超声换能器(8)位于超声设备支架(10)上；
利用所述装置进行金属浇注过程中超声处理浇口杯的方法，包括如下步骤：
1)成分配比：按重量百分比计，C：3.5-3.9％，Si：1.7-2.1％，Mg：0.03-0.05％，Cu：0.2-1.0％，Mn：0.3-0.6％，S＜0.025％，P:＜0.06％，Re：0.012-0.015％，其他杂质总含量≤0.05％，余量为Fe；
2)炉料选配：采用高纯生铁、低P低S废钢、回炉料和铁屑，按步骤1)成分配比作为炉料；
3)熔炼和精炼：采用中频电炉熔化炉料得到铁水，按步骤1)成分配比加入工业锰铁、工业硅铁和电解铜均匀熔炼，经脱硫精炼后出炉，出炉温度为：1400-1480℃；
4)球化处理：选用Z6S球化剂，加入比例为浇注铁水总质量的0.9％；
5)孕育处理：选用75Si-Fe孕育剂，采用随流孕育的方式，孕育剂粒度为0.2-0.5mm，加入量0.3-0.5kg/min，总量不超过浇注铁水总质量的0.6％；
6)将超声换能器(8)、变幅杆(7)、超声探头(6)和石墨浇口杯(5)通过螺纹连接组成一体结构固定于超声设备支架(10)上方，超声设备支架(10)安放在浇注车(1)另一侧，将石墨浇口杯(5)放置于生产用浇口杯(4)的正上方；
7)打开超声发生器(9)，调节超声波工艺参数；
8)铁水经过超声处理的石墨浇口杯(5)和生产用浇口杯(4)进入铁模覆砂铸型(3)中，浇注结束后，关闭超声发生器(9)，移除石墨浇口杯(5)；
9)浇注温度为1350-1440℃，冷却后开箱，获得铸态球墨铸铁铸件。
2.根据权利要求1所述的金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，其特征在于，所述石墨浇口杯(5)的型腔截面的上部为梯形、下部为矩形。
3.根据权利要求1所述的金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，其特征在于，所述生产用浇口杯(4)内壁设有弧形过渡。
4.根据权利要求1所述的金属浇注过程中超声处理浇口杯的装置，其特征在于，所述超声波工艺参数具体为：频率15-25KHz，功率100-2000W，时间为整个浇注过程，施加方式为连续施加。
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