CN110947909A - 一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，涉及发电机技术领域。包括以下步骤：S1熔模铸造：熔模铸造使用硅溶胶，蜡型采用石蜡‑低分子EP低温高强度环保模料蜡，采用底注式充型方式，合金液由底部平稳充型，不易产生夹渣，并有利于补缩，浇道按照封闭式浇注系统设计，内浇道≤横浇道≤直浇道，可保证金属液完全充型并防止金属液卷气，还有较好的档渣能力；S2、炉料工具和烘干：检查中熔炼炉炉膛，每批次浇注前均换新的石墨坩埚。本发明通过铸件替代锻件，大幅压缩制造成本，实现降本目标，热处理工艺中对固溶程度，以及时效时析出物的大小和间距，能够精准的控制，能得到综合性能均较满意的合金状态。

Description

一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体为一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法。
背景技术
当前发电机市场低迷，产品竞争日益激烈，进一步通过降本提升产品竞争力，积极拓展产品的降本空间成为当前工作的重点，定子出线的铬青铜过渡接头在500MW、800MW、1000MW、1100MW上均有应用，但是，现有铬青铜过渡接头在制造过程中还存在以下问题：
1、现有技术中，熔炼炉主要为热效率低的重油炉及焦炭炉，热值低升温慢导致加热时间过长，同时，Cr需以Cr粉的形式添加，Cr粉的熔点高达1857℃，且再高温下极易被氧化；
2、现有技术中，铬青铜过渡接头一直以来均使用模锻件加工，生产成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，包括以下步骤：
S1熔模铸造：熔模铸造使用硅溶胶，蜡型采用石蜡-低分子EP低温高强度环保模料蜡，采用底注式充型方式，合金液由底部平稳充型，不易产生夹渣，并有利于补缩，浇道按照封闭式浇注系统设计，内浇道≤横浇道≤直浇道，可保证金属液完全充型并防止金属液卷气，还有较好的档渣能力；
S2、炉料工具和烘干：检查中熔炼炉炉膛，每批次浇注前均换新的石墨坩埚，不允许与其它合金混用坩埚，使用木炭、碎玻璃及硼砂混合，混合比例为70:20:10，以覆盖金属熔体30mm以上为宜，搅拌棒及舀勺均使用石墨加工，不可以金属容器替代，电解铜需在≥350℃炉中烘干，中间合金CuCr5应在≥400℃炉内烘干，去除结晶水待用，覆盖剂及工具在炉中200℃-300℃预烘1-3小时，去除结晶水，防止熔炼过程带入水汽产生爆裂并带入熔体缺陷；
S3、配料：金属材料T1以上电解铜，含Cu量≥99.95％，铜铬中间合金CuCr5，Cr含量5.14％左右；
S4、合金熔炼：坩埚预热至暗红色约500℃-550℃,再加入电解铜与覆盖剂，覆盖剂应一次加足，确保覆盖层厚度不低于100mm，设备以全功率快速升温至接近电解铜熔化温度900℃-1000℃，到温后用石墨棒中间扒开覆盖剂，加入中间合金CuCr5，加入中间合金后，炉温继续升至1350℃，合金充分熔化后马上用石墨棒进行搅拌，应顺时针逆时针各搅拌不少于7圈，保证以中间合金添加的Cr元素充分均匀分布，完成搅拌后合金溶液静置10min-20min即可，不可停留时间过长，以免Cr烧损严重；
S5、转中转浇包：静置后的熔体取样进行光谱炉前分析，炉前分析实验时间需控制在8min-10min之内，检测Cr含量结果应满足0.6％-1.0％，如不满足该Cr含量要求，则相应添加电解铜或中间合金，炉前分析合格后，关闭加热降低炉温，炉温降至约1350℃捞渣，将表面覆盖剂清除并将溶液倾倒入中间浇包；
S6、出氧并浇注：在中间浇包中以Mg块除氧，除氧完成后再正反搅拌4-5圈使MgO充分浮出，随后马上进行浇注，浇注温度应不低于1250℃；
S7、铸件毛坯开模：浇注后静置约24h，待铸件充分凝固后，开模清理，检查毛坯质量；
S8、性能热处理：样品浇注后，在确认无表面缺陷后，进入性能热处理阶段，先使用φ20×20的小圆柱试样验证热处理规范的合理性，经不同规范的固溶时效处理后，检测试样的电导率及硬度，热处理工艺定为1000℃，1h固溶，480℃，3h时效。
进一步优化本技术方案，所述步骤S2熔炼炉总容量250kg，熔炼中的Cr烧损率按20％计，合金配比电解铜：CuCr5中间合金为5:1。
进一步优化本技术方案，所述步骤S2熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀。
进一步优化本技术方案，所述步骤S4中间浇包在炉中预烘，温度应使浇包始终保持红热状态。
进一步优化本技术方案，所述步骤S6浇冒口使用陶瓷过滤网滤清熔渣，确保熔体中的熔渣充分清除。
进一步优化本技术方案，所述步骤S8中固溶后对Cr在Cu基体中的固溶程度评价可通过电导率的变化值体现，Cr固溶程度越高，则Cu基体的晶格畸变越严重，晶格的周期性被破坏越严重，电子散射越多，电导率应越低，温度在1000℃-1040℃固溶后的电导率变化极小，说明1000℃以上的固溶温度即可保证Cr原子的充分固溶，不需要再提高固溶温度。
进一步优化本技术方案，所述步骤S8中时效处理的目的将固溶处理溶入Cu基体的Cr弥散析出，以增加合金强度并提高合金的电导率。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，具备以下有益效果：
1、该发电机用铬青铜接头铸件制造方法，通过设置真空感应电炉熔炼炉中制备Cr含量约5％的CuCr5中间合金，该中间合金熔点约为1150℃～1180℃，可大幅降低熔炼温度，后续熔炼中通过添加CuCr5中间合金加入Cr，形成最终的浇铸熔体，熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀，通过铸件替代锻件，大幅压缩制造成本，实现降本目标。
2、该发电机用铬青铜接头铸件制造方法，通过设置热处理工艺中对固溶程度，以及时效时析出物的大小和间距，能够精准的控制，能得到综合性能均较满意的合金状态。
附图说明
图1为本发明提出的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：请参考图1，本发明公开了一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，包括以下步骤：
S1熔模铸造：熔模铸造使用硅溶胶，蜡型采用石蜡-低分子EP低温高强度环保模料蜡，采用底注式充型方式，合金液由底部平稳充型，不易产生夹渣，并有利于补缩，浇道按照封闭式浇注系统设计，内浇道≤横浇道≤直浇道，可保证金属液完全充型并防止金属液卷气，还有较好的档渣能力；
S2、炉料工具和烘干：检查中熔炼炉炉膛，每批次浇注前均换新的石墨坩埚，不允许与其它合金混用坩埚，使用木炭、碎玻璃及硼砂混合，混合比例为70:20:10，以覆盖金属熔体30mm以上为宜，搅拌棒及舀勺均使用石墨加工，不可以金属容器替代，电解铜需在≥350℃炉中烘干，中间合金CuCr5应在≥400℃炉内烘干，去除结晶水待用，覆盖剂及工具在炉中200℃-300℃预烘2小时，去除结晶水，防止熔炼过程带入水汽产生爆裂并带入熔体缺陷，熔炼炉总容量250kg，熔炼中的Cr烧损率按20％计，合金配比电解铜：CuCr5中间合金为5:1，熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀；
S3、配料：金属材料T1以上电解铜，含Cu量≥99.95％，铜铬中间合金CuCr5，Cr含量5.14％左右；
S4、合金熔炼：坩埚预热至暗红色约500℃-550℃,再加入电解铜与覆盖剂，覆盖剂应一次加足，确保覆盖层厚度不低于100mm，设备以全功率快速升温至接近电解铜熔化温度900℃-1000℃，到温后用石墨棒中间扒开覆盖剂，加入中间合金CuCr5，加入中间合金后，炉温继续升至1350℃，合金充分熔化后马上用石墨棒进行搅拌，应顺时针逆时针各搅拌不少于7圈，保证以中间合金添加的Cr元素充分均匀分布，完成搅拌后合金溶液静置10min即可，不可停留时间过长，以免Cr烧损严重，中间浇包在炉中预烘，温度应使浇包始终保持红热状态；
S5、转中转浇包：静置后的熔体取样进行光谱炉前分析，炉前分析实验时间需控制在9min之内，检测Cr含量结果应满足0.6％-1.0％，如不满足该Cr含量要求，则相应添加电解铜或中间合金，炉前分析合格后，关闭加热降低炉温，炉温降至约1350℃捞渣，将表面覆盖剂清除并将溶液倾倒入中间浇包；
S6、出氧并浇注：在中间浇包中以Mg块除氧，除氧完成后再正反搅拌4-5圈使MgO充分浮出，随后马上进行浇注，浇注温度应不低于1250℃，浇冒口使用陶瓷过滤网滤清熔渣，确保熔体中的熔渣充分清除；
S7、铸件毛坯开模：浇注后静置约24h，待铸件充分凝固后，开模清理，检查毛坯质量；
S8、性能热处理：样品浇注后，在确认无表面缺陷后，进入性能热处理阶段，先使用φ20×20的小圆柱试样验证热处理规范的合理性，经不同规范的固溶时效处理后，检测试样的电导率及硬度，热处理工艺定为1000℃，1h固溶，480℃，3h时效，固溶后对Cr在Cu基体中的固溶程度评价可通过电导率的变化值体现，Cr固溶程度越高，则Cu基体的晶格畸变越严重，晶格的周期性被破坏越严重，电子散射越多，电导率应越低，温度在1000℃-1040℃固溶后的电导率变化极小，说明1000℃以上的固溶温度即可保证Cr原子的充分固溶，不需要再提高固溶温度，时效处理的目的将固溶处理溶入Cu基体的Cr弥散析出，以增加合金强度并提高合金的电导率。
实施例二：请参考图1，本发明公开了一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，包括以下步骤：
S1熔模铸造：熔模铸造使用硅溶胶，蜡型采用石蜡-低分子EP低温高强度环保模料蜡，采用底注式充型方式，合金液由底部平稳充型，不易产生夹渣，并有利于补缩，浇道按照封闭式浇注系统设计，内浇道≤横浇道≤直浇道，可保证金属液完全充型并防止金属液卷气，还有较好的档渣能力；
S2、炉料工具和烘干：检查中熔炼炉炉膛，每批次浇注前均换新的石墨坩埚，不允许与其它合金混用坩埚，使用木炭、碎玻璃及硼砂混合，混合比例为70:20:10，以覆盖金属熔体30mm以上为宜，搅拌棒及舀勺均使用石墨加工，不可以金属容器替代，电解铜需在≥350℃炉中烘干，中间合金CuCr5应在≥400℃炉内烘干，去除结晶水待用，覆盖剂及工具在炉中200℃-300℃预烘3小时，去除结晶水，防止熔炼过程带入水汽产生爆裂并带入熔体缺陷，熔炼炉总容量250kg，熔炼中的Cr烧损率按20％计，合金配比电解铜：CuCr5中间合金为5:1，熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀；
S3、配料：金属材料T1以上电解铜，含Cu量≥99.95％，铜铬中间合金CuCr5，Cr含量5.14％左右；
S4、合金熔炼：坩埚预热至暗红色约500℃-550℃,再加入电解铜与覆盖剂，覆盖剂应一次加足，确保覆盖层厚度不低于100mm，设备以全功率快速升温至接近电解铜熔化温度900℃-1000℃，到温后用石墨棒中间扒开覆盖剂，加入中间合金CuCr5，加入中间合金后，炉温继续升至1350℃，合金充分熔化后马上用石墨棒进行搅拌，应顺时针逆时针各搅拌不少于7圈，保证以中间合金添加的Cr元素充分均匀分布，完成搅拌后合金溶液静置20min即可，不可停留时间过长，以免Cr烧损严重，中间浇包在炉中预烘，温度应使浇包始终保持红热状态；
S5、转中转浇包：静置后的熔体取样进行光谱炉前分析，炉前分析实验时间需控制在10min之内，检测Cr含量结果应满足0.6％-1.0％，如不满足该Cr含量要求，则相应添加电解铜或中间合金，炉前分析合格后，关闭加热降低炉温，炉温降至约1350℃捞渣，将表面覆盖剂清除并将溶液倾倒入中间浇包；
S6、出氧并浇注：在中间浇包中以Mg块除氧，除氧完成后再正反搅拌4-5圈使MgO充分浮出，随后马上进行浇注，浇注温度应不低于1250℃，浇冒口使用陶瓷过滤网滤清熔渣，确保熔体中的熔渣充分清除；
S7、铸件毛坯开模：浇注后静置约24h，待铸件充分凝固后，开模清理，检查毛坯质量；
S8、性能热处理：样品浇注后，在确认无表面缺陷后，进入性能热处理阶段，先使用φ20×20的小圆柱试样验证热处理规范的合理性，经不同规范的固溶时效处理后，检测试样的电导率及硬度，热处理工艺定为1000℃，1h固溶，480℃，3h时效，固溶后对Cr在Cu基体中的固溶程度评价可通过电导率的变化值体现，Cr固溶程度越高，则Cu基体的晶格畸变越严重，晶格的周期性被破坏越严重，电子散射越多，电导率应越低，温度在1000℃-1040℃固溶后的电导率变化极小，说明1000℃以上的固溶温度即可保证Cr原子的充分固溶，不需要再提高固溶温度，时效处理的目的将固溶处理溶入Cu基体的Cr弥散析出，以增加合金强度并提高合金的电导率。
本发明的有益效果是：通过真空感应电炉熔炼炉中制备Cr含量约5％的CuCr5中间合金，该中间合金熔点约为1150℃～1180℃，可大幅降低熔炼温度，后续熔炼中通过添加CuCr5中间合金加入Cr，形成最终的浇铸熔体，熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀，铸件替代锻件，大幅压缩制造成本，实现降本目标，性能热处理使用二分法，对极端温度，即960℃与1020℃固溶，及450℃与530℃时效以及其中间温度的性能验证，同时也结合实际使用的热处理炉温控为±5℃，工艺参数的制定尽可能可以允许炉温存在±10℃的波动，时效时间可允许±30min的波动考虑合理的热处理规范，热处理规范试验范围为：980℃～1000℃/1h固溶+480℃～500℃，3h～4h时效，热处理工艺中对固溶程度，以及时效时析出物的大小和间距，能够精准的控制，能得到综合性能均较满意的合金状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1熔模铸造：熔模铸造使用硅溶胶，蜡型采用石蜡-低分子EP低温高强度环保模料蜡，采用底注式充型方式，合金液由底部平稳充型，不易产生夹渣，并有利于补缩，浇道按照封闭式浇注系统设计，内浇道≤横浇道≤直浇道，可保证金属液完全充型并防止金属液卷气，还有较好的档渣能力；
S2、炉料工具和烘干：检查中熔炼炉炉膛，每批次浇注前均换新的石墨坩埚，不允许与其它合金混用坩埚，使用木炭、碎玻璃及硼砂混合，混合比例为70:20:10，以覆盖金属熔体30mm以上为宜，搅拌棒及舀勺均使用石墨加工，不可以金属容器替代，电解铜需在≥350℃炉中烘干，中间合金CuCr5应在≥400℃炉内烘干，去除结晶水待用，覆盖剂及工具在炉中200℃-300℃预烘2-3小时，去除结晶水，防止熔炼过程带入水汽产生爆裂并带入熔体缺陷；
S3、配料：金属材料T1以上电解铜，含Cu量≥99.95％，铜铬中间合金CuCr5，Cr含量5.14％左右；
S4、合金熔炼：坩埚预热至暗红色约500℃-550℃,再加入电解铜与覆盖剂，覆盖剂应一次加足，确保覆盖层厚度不低于100mm，设备以全功率快速升温至接近电解铜熔化温度900℃-1000℃，到温后用石墨棒中间扒开覆盖剂，加入中间合金CuCr5，加入中间合金后，炉温继续升至1350℃，合金充分熔化后马上用石墨棒进行搅拌，应顺时针逆时针各搅拌不少于7圈，保证以中间合金添加的Cr元素充分均匀分布，完成搅拌后合金溶液静置10min-20min即可，不可停留时间过长，以免Cr烧损严重；
S5、转中转浇包：静置后的熔体取样进行光谱炉前分析，炉前分析实验时间需控制在9min-10min之内，检测Cr含量结果应满足0.6％-1.0％，如不满足该Cr含量要求，则相应添加电解铜或中间合金，炉前分析合格后，关闭加热降低炉温，炉温降至约1350℃捞渣，将表面覆盖剂清除并将溶液倾倒入中间浇包；
S6、出氧并浇注：在中间浇包中以Mg块除氧，除氧完成后再正反搅拌4-5圈使MgO充分浮出，随后马上进行浇注，浇注温度应不低于1250℃；
S7、铸件毛坯开模：浇注后静置约24h，待铸件充分凝固后，开模清理，检查毛坯质量；
S8、性能热处理：样品浇注后，在确认无表面缺陷后，进入性能热处理阶段，先使用φ20×20的小圆柱试样验证热处理规范的合理性，经不同规范的固溶时效处理后，检测试样的电导率及硬度，热处理工艺定为1000℃，1h固溶，480℃，3h时效。
2.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S2熔炼炉总容量250kg，熔炼中的Cr烧损率按20％计，合金配比电解铜：CuCr5中间合金为5:1。
3.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S2熔炼炉将采用中频无心感应炉，中频炉没有燃料炉的废气排放问题，且加热效率高，坩埚中的金属液受感应器产生的电磁搅拌，会产生激烈的对流也促进了金属液的成分均匀。
4.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S4中间浇包在炉中预烘，温度应使浇包始终保持红热状态。
5.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S6浇冒口使用陶瓷过滤网滤清熔渣，确保熔体中的熔渣充分清除。
6.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S8中固溶后对Cr在Cu基体中的固溶程度评价可通过电导率的变化值体现，Cr固溶程度越高，则Cu基体的晶格畸变越严重，晶格的周期性被破坏越严重，电子散射越多，电导率应越低，温度在1000℃-1040℃固溶后的电导率变化极小，说明1000℃以上的固溶温度即可保证Cr原子的充分固溶，不需要再提高固溶温度。
7.根据权利要求1所述的一种发电机用铬青铜接头铸件制造方法，其特征在于，所述步骤S8中时效处理的目的将固溶处理溶入Cu基体的Cr弥散析出，以增加合金强度并提高合金的电导率。
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