CN112387958A - 一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了流体输送设备的铸造技术领域中的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，包括开箱和气割冒口，开箱时，在铸件浇注完毕待冒口凝固后开箱，通过模拟软件确认铸件凝固且本体温度大于1000℃的时间，即为开箱时间，且开箱时间小于1h；气割冒口时，开箱后去除浇道、冒口以及型砂，同时监控温度，当温度降到700℃时铸件必须入炉升温，确保落砂和气割冒口过程中铸件温度大于600℃，浇道、冒口和型砂清理干净后，直接入炉热处理，热处理温度1060℃。与现有常规铸造工艺制造的铸件相比，本申请的产品没有裂纹，其合格率达到96％。

Description

一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法

技术领域

本发明属于流体输送设备的铸造技术领域，涉及一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，具体涉及一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法。

背景技术

离心泵是用来输送含有固体颗粒的浆体的设备，可广泛用于电力、冶金、煤炭、建材等行业，如火电厂水力除灰、冶金选矿厂矿浆输送、洗煤厂煤浆及重介输送等。

离心泵的基本构造是由叶轮、泵壳、泵轴、轴承、密封环、填料函六部分组成，离心泵的泵壳是通过铸造的方式加工而成，包括铸型制作、浇注、清砂、去除浇冒口工艺步骤，铸造工艺的合箱图如图1所示，在铸造时由于其外形结构较为复杂，且铸件壁厚变化较大，铸造难度较大。

单级双吸离心泵泵壳，材料为铁铬镍钼耐腐蚀双相不锈钢CE3MN，铸件材质CE3MN在美国ASTM A890/A890M标准中牌号是5A，属于第三代超级双相不锈钢。CE3MN合金属25Cr7NiMoN类型，化学成分中高铬、低镍、含钼和氮元素。经研究发现，超级双相不锈钢中，因为铁素体的含量与奥氏体相当，使该钢种在铸造过程中的脆性加大、钢水的流动性变差、铸件冷却过程中晶粒容易粗大、造成裂纹的倾向明显加大，又由于氮含量的提高使铸件凝固过程中，容易产生气孔、氧化夹渣等缺陷，这些缺陷又会作为裂纹源而使铸件发生裂纹的几率增加。因此，该钢种在精密铸造生产过程中，铸造工艺非常关键，另外，CE3MN材料在冷却过程中易析出大量的有害物以及金属间相，如б相、Х相、R相等。危害相的存在导致产品脆性极大，极易出现脆裂导致铸件报废。该材质对温度的敏感性较高，在600～800℃与400～500℃两个温度区间内危害相的析出尤为集中，特别是经历第一个温度区间600～800℃后，在第二个温度区间400～500℃尤为危险，脆性倾向大，因此采用现有铸造工艺铸造铁铬镍钼耐腐蚀双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳合格率仅为10％。

基于此，现有技术需要提供一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，以此来提高成品的合格率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，通过对工艺的改进，提供一种合格率高的超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法。

本发明的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，包括开箱和气割冒口，所述开箱时，在铸件浇注完毕待冒口凝固后开箱，通过模拟软件确认铸件凝固且本体温度大于1000℃的时间，即为开箱时间，且所述开箱时间小于1h；所述气割冒口时，开箱后去除浇道、冒口以及型砂，同时监控温度，当温度降到700℃时将铸件入炉升温，确保落砂和气割冒口过程中铸件温度大于600℃，浇道、冒口和型砂清理干净后，将铸件直接入炉热处理，热处理温度1060℃。

本发明的工作原理及有益效果：在铸件浇注完毕待冒口凝固后立即去除载荷，通过模拟软件华铸CAE确认铸件凝固且本体温度大于1000℃的时间，即为开箱时间，因为开箱过早铸件未凝固，开箱过晚易出现热裂纹；另外，若开箱落砂和气割冒口过程中，铸件低于600℃，CE3MN材料将析出大量的有害物以及金属间相(如б相、Х相、R相等)，导致出现裂纹，且该裂纹存在延伸性，极难焊补返修，最终铸件只能报废，所以当温度降低到700℃时将铸件入炉升温，如果冒口为切割完毕，将剩余冒口与铸件一起入炉升温。本申请对开箱落砂和气割冒口的温度和时间进行了限定，以此来避免铸件生成裂纹，进而提高铸件的合格率。

进一步，所述冒口的尺寸按热节尺寸的1.2倍选取，冒口根部除保留必要的切割标记外，其余地方必须倒圆角，圆角大小取补缩部位壁厚的0.3～0.5倍。主要目的是为减少壁厚差异，降低脆裂倾向，同时为了防止漏箱事故，外模吃砂量必须≥200mm。

进一步，铸件浇注完毕待冒口凝固后30min内开箱。

进一步，浇注温度为1550～1570℃。

进一步，还包括造型，所述外模与砂芯均采用碱性酚醛树脂制造。碱性酚醛树脂以及固化剂不含S、P、N等有害元素，可以避免由P、S、N元素引起的各类缺陷；且在高温下有热塑性和二次硬化特性，可以尽可能的避免铸件产生热裂；有较低的发气性和较好的溃散性，整个生产过程无有害气体产生，大大改善了生产环境；砂型溃散性更好，便于机械化清理，大大减轻劳动强度，提高生产效率，同时缩短了60％的开箱落砂时间，更有利于开箱时对铸件温度的控制。

进一步，在对砂芯造型的时候，采用槽钢焊接芯骨，并在芯骨上缠绕通气绳和稻草绳，芯骨吃砂量≥150mm。为提高砂芯强度和解决透气性，采用槽钢焊接芯骨并在芯骨上缠绕φ10mm通气绳和φ18mm稻草绳，同时为了避免钢液进出排气通道，芯骨吃砂量必须≥150mm，砂芯抗拉强度≥0.6Mpa。

进一步，泵壳和砂芯的清砂困难处先采用铬铁矿碱性酚醛树脂砂填充，其中铬铁矿碱性酚醛树脂砂中树脂加入量占砂比重的1.4％～2.0％。

进一步，在铬铁矿碱性酚醛树脂砂的外层填入石英碱性酚醛树脂砂，其中，石英碱性酚醛树脂砂中树脂加入量占砂比重的1.0％～1.4％。

进一步，所述砂芯内泵壳轴封处的关键部位设置暗冒口和冒口补贴。确保补缩通道畅通。

进一步，外模的面砂和背砂均使用碱性酚醛树脂石英砂。其中面砂为全新砂，抗拉强度＞0.5Mpa；背砂为再生砂，抗拉强度＞0.3Mpa，且树脂占砂比均为1.2％～1.8％，确保钢液接触面强度的同时，节约造型材料。

本发明通过优化铸造工艺，对造型、开箱时间和气割冒口进行工艺控制，解决了泵壳开箱和气割工序出现裂纹的问题，本发明单级双吸离心泵泵壳制造方法与现有技术相比，铸件合格率提高到96％。

附图说明

图1为本发明一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法的合箱图；

图2为本发明铸造工艺简图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的剖视图；

图5为实施本工艺与现有技术铸造后成品的对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：砂箱1、直浇道2、横浇道3、内浇道4、明顶冒口5、冒口补贴6、砂芯7、暗冒口8、底注浇道9、随形冷铁10、铬铁矿碱性酚醛树脂砂使用部位11、铸件12。

本发明的铸造工艺方法由冶炼、铸造、开箱、气割冒口等阶段构成，以下结合附图1～4对本发明作进一步详述。

本发明泵壳制造方法能有效的防止裂纹产生，具体的，如图1所示的合箱图，砂芯7采用自硬碱性酚醛树脂全新砂以提高砂芯7强度(≥0.6Mpa)，浇注系统(使用陶瓷材料制成的直浇道2)经计算，按开放式“分型面+底注”布置，浇注的金属液经直浇道2进入横浇道3，再经底注浇道9和内浇道4(内浇道4的截面积为直浇道2的1.5倍)进入型腔进行浇注，从而均匀地分散金属液的热量，减少对砂芯7的热影响。在壁厚差异较大的交角部位放置随形冷铁10，需要激冷的部位也要放置随形冷铁10。砂芯7和外模中清砂困难的部位即图中的铬铁矿碱性酚醛树脂砂使用部位11，放置铬铁矿自硬碱性酚醛树脂砂。在上箱热节处和砂芯7内部轴承处分别设置直径为凸台处热节1.2倍的明顶冒口5和暗冒口8，并按实际需要设置冒口补贴6，致使金属液能自上而下地朝着设置有冒口的方向有序地凝固，打开砂箱1落砂后从而得到健全的铸件12。从而达到本发明的泵壳铸钢件在整个凝固结晶过程中都能获得金属液的补缩，以及铸件12内的缩孔和缩松都最后被引入相应的冒口内。

为解决该泵壳铸钢件壁厚差异大，几何尺寸大，材料特殊，易脆性相析出产生裂纹的难题。首先在工艺设计上，所有冒口的设置应尽量减少壁厚差异，按热节的1.2倍选取，冒口根部除保留必要的切割标记外，其余地方必须倒圆角，圆角大小取补缩部位壁厚的0.3～0.5倍。开始浇注，浇注温度控制在1550℃～1570℃，铸件12浇注完毕待冒口凝固后立即开箱(去除载荷)，通过模拟软件华铸CAE确定铸件12凝固且本体温度大于1000℃的时间，即为开箱时间(采用“高温开箱工艺”)。开箱后采用“热割工艺”，立即去除浇道、冒口和型砂，同时监控温度，当温度降到700℃时必须入炉升温，确保落砂和气割冒口过程中铸件12温度大于600℃。浇道、冒口和型砂清理干净后，直接入炉热处理，热处理温度1060℃。碳刨修整披缝以及冒口补贴6时，必须一边浇水冷却，一边碳刨，防止局部过热产生裂纹。即获得致密、完整、无裂纹的单级双吸离心泵壳铸钢件。

通过以上实施过程后得到一种具有外形尺寸相对较大，内部组织致密，无裂纹、耐腐蚀、耐磨，运行可靠，功效高的CE3MN材质单级双吸离心泵壳铸钢件如图5所示，与现有常规铸造工艺制造的铸件12相比，本申请的产品没有裂纹，其合格率达到96％。

Claims (10)

1.一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，包括开箱和气割冒口，其特征在于：所述开箱时，在铸件浇注完毕待冒口凝固后开箱，通过模拟软件确认铸件凝固且本体温度大于1000℃的时间，即为开箱时间；

所述气割冒口时，开箱后去除浇道、冒口以及型砂，同时监控温度，当温度降到700℃时将铸件入炉升温，确保落砂和气割冒口过程中铸件温度大于600℃，浇道、冒口和型砂清理干净后，将铸件直接入炉热处理，热处理温度1060℃。

2.根据权利要求1所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：所述冒口的尺寸按热节尺寸的1.2倍选取，冒口根部除保留必要的切割标记外，其余地方必须倒圆角，圆角大小取补缩部位壁厚的0.3～0.5倍。

3.根据权利要求2所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：铸件浇注完毕待冒口凝固后30min内开箱。

4.根据权利要求3所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：浇注温度为1550～1570℃。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：还包括造型，外模与砂芯均采用碱性酚醛树脂制造。

6.根据权利要求5所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：在对砂芯造型的时候，采用槽钢焊接芯骨，并在芯骨上缠绕通气绳和稻草绳，芯骨吃砂量≥150mm。

7.根据权利要求6所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：泵壳和砂芯的清砂困难处先采用铬铁矿碱性酚醛树脂砂填充，其中铬铁矿碱性酚醛树脂砂中树脂加入量占砂比重的1.4％～2.0％。

8.根据权利要求7所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于：在铬铁矿碱性酚醛树脂砂的外层填入石英碱性酚醛树脂砂，其中，石英碱性酚醛树脂砂中树脂加入量占砂比重的1.0％～1.4％。

9.根据权利要求8所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于，所述砂芯内泵壳轴封处的关键部位设置暗冒口和冒口补贴。

10.根据权利要求9所述的一种超级双相不锈钢单级双吸离心泵泵壳的制造方法，其特征在于，外模的面砂和背砂均使用碱性酚醛树脂石英砂。

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