CN107584091A - 一种近净成形的离心铸管管模修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近净成形的离心铸管管模修复方法，该修复方法包括：将待修复的管模内壁部分切除；根据管模材料的化学成分配制混合均匀得到的SHS冶金反应粉末，SHS反应后产物的化学成分和管模材料的成分相同；将内壁切削后待修复的管模装配在离心铸管机上进行高速旋转，将混合均匀的SHS冶金反应粉末放进管模内，使SHS冶金反应粉末均匀附着在管模内壁上；用点火剂点燃粉末发生SHS冶金反应，管模内壁得到致密的修复层；冷却并去除附着在管模内壁修复层上的氧化铝层，对管模进行退火处理、机加工和内壁打点，完成管模修复。本发明可方便快捷地在离心机上实现对离心铸管管模的近净成型修复，且修复速度快，成本低，修复质量高。

Description

一种近净成形的离心铸管管模修复方法

技术领域

本发明涉及管模修复技术领域，具体的说是一种近净成形的离心铸管管模修复方法。

背景技术

目前，国内生产离心铸管所用的管模主要采用耐热合金钢，经过真空熔炼、铸坯、锻压、热处理、机械加工、探伤等一系列的生产过程才能制造出成品，在使用过程中因受到金属液低周热循环作用的影响，使其内壁出现过烧、龟裂等缺陷而造成管模的失效，由于管模价格昂贵，在离心铸管的制造成本中占有很大比例，离心铸管管模的修复和再利用对铸管企业来说是降低成本的重要途径之一，而目前对管模进行修复的主要方法是采用堆焊技术来进行焊接修复，该方法不但效率低、能耗高，而且修复质量不稳定，修复成本高。因此，各个铸管企业都在积极探寻修复管模的新技术和新方法，以降低企业的生产成本，提高企业的经济效益。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种近净成形的离心铸管管模修复方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种近净成形的离心铸管管模修复方法，该修复方法包括：

1)将待修复的管模龟裂内壁切除部分。

2)配置与管模材料成分相同或相近的SHS冶金反应粉末。

3)在离心铸管机上进行高速旋转，使SHS冶金反应粉末均匀附着在管模内壁上。

4)点火剂点燃粉末发生SHS冶金反应，使管模内壁得到致密的修复层。

5)冷却并去除管模内壁修复层表层的氧化铝层，进行退火处理，然后进行机加工和内壁打点处理，得到修复后的管模。

作为本发明的进一步改进，所述管模内壁的上存在龟裂层或烧蚀层，切除部分切削深度为5～15mm，视管模龟裂的深度而定，管模内壁的上存在龟裂层或烧蚀层，切除部分为龟裂层或烧蚀层的三分之二，保留部分龟裂层或烧蚀层未被切除，该部分未切除的龟裂层或烧蚀层在修复时被熔化并与SHS冶金反应物混合，冷却后成为修复层。

作为本发明的进一步改进，所述SHS冶金反应粉末包括按配方比例混合均匀的Al、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Mo粉体，所述配方根据管模材料的化学成分和化学反应方程式进行确定。

作为本发明的进一步改进，所述离心铸管机的进行高速旋转时的转速与管模生产时的转速相同。

作为本发明的进一步改进，所述修复层包括在管模内壁上半径逐渐减小且呈层分布的熔化层、冶金层、氧化铝层，修复过程中在离心力的作用下熔化层和冶金层也是相互融合共同构成管模修复层。

作为本发明的进一步改进，所述点燃剂为铝热剂。

本发明的有益效果是：

1、修复的速度快、节省人力资源，采用该技术修复离心铸管管模仅需十几秒即可完成SHS冶金反应，而采用焊接法修复管模则需要几十甚至几百小时不等。

2、管模不需要预热即可进行修复，节省能源；而采用焊接法修复管模则需将管模预热到200-300℃，方可进行焊接。

3、修复层的成分、厚度以及残余热应力等分布的均匀性均比焊接修复好，变形小，因而修复层的性能也较堆焊修复好。

4、修复层的厚度均匀，修复精度高，加工余量少，提高计算进度也可以实现净成型修复，以节省资源。

5、修复时不再需要外加能量，修复成本低。

6、修复时可直接在离心机铸管机上进行，不需要专门的设备。

7、修复层组织致密，与管模结合牢固，修复质量高。

本发明可方便快捷的在离心机上实现对离心铸管管模的近净成型修复，修复后的管模无需进行机械加工或只需进行少量加工就可直接使用，修复速度快，成本低，修复质量高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明中的管模结构图；

图2为本发明中修复管模的原理图一；

图3为本发明中修复管模的原理图二；

图4为本发明中修复后的管模图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图4所示，一种近净成形的离心铸管管模修复方法，该修复方法包括：

1)将待修复的管模1内壁放置在车床上通过车削切除部分；所述管模1内壁的上存在龟裂层或烧蚀层，切除部分切削深度约为15mm，视管模龟裂的深度而定，管模1内壁的上存在龟裂层或烧蚀层，切除部分为龟裂层或烧蚀层的三分之二，保留部分龟裂层或烧蚀层未被切除，该部分未切除的龟裂层或烧蚀层在修复时被熔化掉，这样可以减少SHS冶金反应粉末的用量。

2)根据管模1材料的化学成分，配置与管模1材料成分相同或相近的SHS冶金反应粉末；所述SHS冶金反应粉末包括按配方比例混合均匀的Al、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Mo粉体，所述配方根据模具材料的化学成分和化学反应方程式进行确定，使该粉料SHS反应后产物的化学成分和管模1材料的成分相同或相近。

SHS冶金反应的主反应方程式为：

Fe₂O₃+2Al→Al₂O₃+2Fe

根据管模材料的成分在反应物粉末中添加适量的其它金属氧化物或金属粉末作为添加剂，用以调节反应产物的成分，使SHS冶金反应后其产物的成分和管模的成分相同或相近，在修复用耐热合金钢21CrMo10制造的管模时，可在主反应粉末中添加适量的Cr₂O₃、MnO₂、MoO₂、NiO粉末作为添加剂，其辅助SHS冶金反应主要有：

Cr₂O₃+2Al→Al₂O₃+2Cr

3MnO₂+4Al→2Al₂O₃+3Mn

3MoO₂+4Al→2Al₂O₃+3Mo

3NiO+4Al→2Al₂O₃+3Ni

上述几个反应都是高放热反应，反应绝热温度近3000K，因此产物都处于熔融状态，在离心力作用下，可以实现产物Fe、Cr、Ni、Mo合金液与Al₂O₃的完全分离。

3)将管模1放在离心铸管机上进行高速旋转，使SHS冶金反应粉末均匀附着在管模1内壁上；通过将管模1装配在离心铸管机上，使旋转时的转速与生产管模1的转速相同，将混合均匀的SHS冶金反应粉末放进管模1内，在离心机作用下使SHS冶金反应粉末均匀附着在管模1内壁上。

4)用点火剂2点燃粉末发生SHS冶金反应，所述点燃剂2在本发明中优选为铝热剂，使得反应后在管模1内壁上得到致密的修复层；反应物中A1粉的粒度(300目)小于Al粉粉尘产生爆燃的临界尺寸(200目，粒径<0.074mm)，则燃烧首先在铝热剂内腔表面沿轴向和圆周方向快速传播点燃，传播速度高达1400mm/s，然后才沿径向向外传播，而对于6000mm长的管模1来说，附着在管模1内壁上的反应混合物几乎同时反应完毕，变为熔体，这样就可以制备出在轴向和圆周方向上处处均匀的修复层。

5)冷却并去除管模1内壁修复层上的氧化层，该氧化层为A1₂O₃，对管模1进行退火处理，并对管模1进行机加工和内壁打点处理，得到完整修复后的管模1。

所述修复层包括在管模1内壁上半径逐渐减小且呈层分布的熔化层5、冶金层3、氧化铝层4，修复过程中在离心力的作用下熔化层5和冶金层3也是相互融合共同构成管模修复层。由于SHS冶金反应温度高达3000K以上，使SHS冶金反应的产物Fe、Mo、Mn、Cr、Ni和A1₂O₃等均为熔融状态，Fe、Mo、Mn、Cr和Ni等性质相似，高温下相互溶解形成合金液，因SHS反应物的量较多，产生的熔体也较多，保持液态的时间也较长，在离心力作用下，比重较大的合金液位于管模内层，比重较小的A1₂O₃浮于内表面，从而使A1₂O₃液与合金液完全分离，因A1₂O₃的熔点高于管模材料的熔点，则A1₂O₃先凝固并对合金液起保温作用，又因SHS反应温度高于管模材料的熔点，使管模内壁发生部分熔化且与反应产生的合金液相混合，其成分和管模材料的成分相同或相近，由于管模1壁厚度大且传热较快，使合金液由外向内顺序凝固得到致密的修复层，且在修复层与管模1之间是冶金结合，结合强度高，这样即可实现对管模1的修复。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：该修复方法包括：

1)将待修复的管模(1)龟裂内壁切除部分；

2)配置与管模(1)材料成分相同的SHS冶金反应粉末；

3)在离心铸管机上进行高速旋转，使SHS冶金反应粉末均匀附着在管模(1)内壁上；

4)点火剂(2)点燃SHS粉末发生冶金反应，使管模(1)内壁得到致密的修复层；

5)冷却并去除管模(1)内壁修复层表层的氧化铝层，进行退火处理，然后进行机加工和内壁打点处理，得到修复后的管模(1)。

2.根据权利要求1所述的一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：所述管模(1)内壁的切削方式为车削，切除部分切削深度为5～15mm，视管模龟裂的深度而定，管模(1)内壁的上存在龟裂层或烧蚀层，切削深度为龟裂层或烧蚀层的三分之二，未切除的龟裂层或烧蚀层在修复时被熔化。

3.根据权利要求1所述的一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：所述SHS冶金反应粉末包括按配方比例混合均匀的Al、Fe₂O₃、Cr₂O₃、Mo粉体，所述配方根据模具材料的化学成分和化学反应方程式进行确定。

4.根据权利要求1所述的一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：所述离心铸管机的进行高速旋转时的转速与管模(1)生产时的转速相同。

5.根据权利要求1所述的一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：所述修复层包括在管模(1)内壁上半径逐渐减小且呈层分布的熔化层(5)、冶金层(3)、氧化铝层(4),修复过程中在离心力的作用下熔化层(5)和冶金层(3)也是相互融合共同构成管模修复层。

6.根据权利要求1所述的一种近净成形的离心铸管管模修复方法，其特征在于：所述点火剂(2)为铝热剂。