CN113426978A - 一种金属件的离心铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属件的离心铸造方法。本发明提供的金属件的离心铸造方法，包括模具预热、涂覆涂料、启动离心机浇注金属液、固化、冷却、表面处理及抛丸打磨。给模具加热1分钟，加热至500℃。往预热后模具内模的内表面涂覆乌烟，涂覆的厚度在0.1mm至0.2mm之间，将涂覆好乌烟的模具安装于立式离心机的法兰盘上，启动离心机，使离心机的转速保持在900r/mi n至1400r/mi n之间。往模具内浇注温度在1450℃至1650℃之间的液态高铬合金钢水，浇注1分钟。浇注完后，内模内的液态高铬合金冷却为固态高铬合金坯件，形成固态高铬合金毛坯。该方法铸造的高铬合金铸件，成品率高，砂孔、气孔少，铸造出来的固态毛坯加工余量较小，减少了后续加工的人工成本。

Description

一种金属件的离心铸造方法

技术领域

本发明涉及离心铸造技术领域，更具体地说，它涉及一种金属件的离心铸造方法。

背景技术

高铬合金钢，通常是指铬元素(除铁元素外)在钢铁中的比例超过10％的高合金钢。高铬合金钢普遍具有高硬度和高耐磨性，轴承用钢和研磨球用钢常使用高铬合金钢作为原材料。高铬合金钢适用于需要较佳耐磨性的模具，如薄而硬材料的冲切和剪断模具；长寿命冲压模具；成型模具；陶瓷和磨损性塑料的成型模。因此，高铬合金钢在制造业中大范围使用。但是，用传统的砂形铸造高铬合金件，铸造出来的坯件加工余量较大，而高铬合金硬高，而磨性好，进行机械加工的难度和成本都较大。

离心铸造是将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造的特点是金属液在离心力作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件外层组织致密，非金属夹杂物少，机械性能好；不用造型、制芯，节省了相关材料及设备投入。铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺。

在现实的高铬合金件在铸造过程中，存在关键工艺参数难以控制的问题，容易产生高铬金属件成品率低，铸造出来的高铬金属件有气孔，表面粗糙度较大，精度低等缺陷，使得铸造出的高铬合金铸件的质量不稳定。

因此，有必要设计一种金属件的铸造方法来改善上述缺陷和问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种金属件的离心铸造方法，该方法铸造的高铬合金铸件，成品率高，砂孔、气孔少，铸造出来的固态毛坯加工余量较小，大大减少了后续加工的人工成本。此外，也较传统的铸造方法更加节能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种金属件的离心铸造方法，包括以下步骤：

S1：模具预热

将模具加热到500℃至550℃之间；

S2：涂覆涂料

将模具加热到500℃至550℃之间后，往模具内表面涂覆涂料乌烟；

S3：启动离心机，浇注金属液；

模具内表面涂覆好乌烟后，启动离心机，在离心机旋转的过程中，往模具内浇注液态高铬合金，浇注的液态高铬合金的温度在1450℃至1650℃之间；

S4：固化

液态高铬合金浇注完后，保持离心机旋转，直至液体状态的高铬合金冷却为固态，形成固态毛坯；

S5：冷却

将固态毛坯从模具中取出，让固态毛坯继续冷却。

在其中一个实施例中，在步骤S3和步骤S4中，离心机旋转的速度在 900r/min至1400r/min之间。

在其中一个实施例中，在步骤S3中，浇注水口的中心离模具内壁之间的距离在5mm至6mm之间。

在其中一个实施例中，在步骤S3中，浇注液态高铬合金的速度在0.5kg/s 至1.5kg/s之间，浇注的时间为1分钟。

在其中一个实施例中，在步骤S3中，往模具内浇注的液态高铬合金中，铬的含量不少于15％。

在其中一个实施例中，在步骤S1中，将模具预热的时间为5分钟。

在其中一个实施例中，在步骤S4中，离心机保持旋转的时间为1分钟。

在其中一个实施例中，所述模具的脱模维度在1度至1.3度之间。

在其中一个实施例中，还包括步骤S6：表面处理

将步骤S5中取出的，冷却后的固态毛坯表面的粘砂和涂料去掉。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一、将外模、内模、及模具盖板装配好。然后清理模具表面的锈、灰尘、残存涂料等物，及油污。接着给模具加热1分钟，加热至500℃。往预热后的模具中的内模的内表面涂覆乌烟，涂覆的厚度在0.1mm至0.2mm之间，将涂覆好乌烟的模具安装于立式离心机的法兰盘上，启动离心机，使离心机的转速保持在900r/min至1400r/min之间。在离心机保持旋转的状态下，往模具内浇注温度在1450℃至1650℃之间的液态高铬合金钢水，浇注1分钟。浇注完后，使离心机保持旋转，直至内模内的液态高铬合金冷却为固态高铬合金坯件，形成固态高铬合金毛坯。该方法铸造的高铬合金铸件，成品率高，砂孔、气孔少，机械性也得到提升，铸造出来的固态毛坯加工余量较小，大大减少了后续加工的人工成本。此外，也较传统的铸造方法更加节能。

其二、将固态高铬合金毛坯从内模中取出，清处固态高铬合金毛坯表面的粘砂和涂料。最后对固态高铬合金毛坯进行抛丸和打磨。对于矿山工程机械等精度要求不高的领域，通过离心铸造后制造出的高铬合金铸件，不需要再经过抛丸和打磨，可直接使用，大大地减少了后续机械加工的人工和时间成本。此外，该离心铸造高铬合金铸件的方法，对于铸造异形件的优势尤为明显。由于是通过离心机的旋转进行铸造，异形件若使用其它铸造方法，如高压铸造、重力铸造，砂型铸造等，都会因为异形件本身独特的形状而很容易产生气孔或裂痕，而采用离心铸造，液态金属是在高速旋转的过程中固定成形，可以大大地减少气孔和裂

地产生。

其三、浇注的高铬合金的牌号为RMT12；其碳的含量在2.5％-3.5％之间，铬的含量在15％以上。浇注的时间为1分钟，浇注的液态高铬合金的温度在 1450℃至1650℃之间。若浇注的温度过高，铸造出来的高铬合金铸件容易与铸型熔合，损坏铸型。若浇注的温度过低，铸造出来的高铬合金铸件容易出现报废。此外，离心铸造有利于形成规则排列的金相组织，增加铸件的成型力，可提高铸造出来的高铬金属件的质量及其机械性能，延长使用寿命，降低高铬金属件的报废率。

附图说明

图1是本发明提供的金属件的离心铸造方法的流程图；

图2是本发明提供的异形金属件的离心铸造装置的结构示意图。

图中：1-离心机；2-模具；21-外模；22-内模；23-模具盖板；3-铸型； 4-烧注水口；5-浇注箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

值得注意的是，本文所涉及的“上”“下”等方位词均相对于附图视角而定，仅仅只是为了便于描述，不能够理解为对技术方案的限制。

参见图1-图2

一种金属件的离心铸造方法,包括以下步骤：

S1：模具预热

在对模具进行预热前，将模具表面的锈、灰尘、残存涂料等清理干净，并严格控制油污，不能有油污染。将模具加热到500℃至550℃之间；模具使用的材质为耐热铸铁，模具内腔的脱模维度在1度至1.3度之间，模具内加热的时间约5分钟，将模具的温度加热至500℃至600℃之间。若模具预热的温度过高，高于600℃，铸造出来的高铬合金铸件与铸型会熔合，损坏铸型；若模具预热的温度过低，低于500℃，高铬合金铸件容易报废。

S2：涂覆涂料

将模具加热到500℃至550℃之间后，往模具内表面涂覆涂料乌烟；乌烟的主要成分为碳，涂覆的乌烟的厚度在0.1mm至0.2mm之间。涂料的乌烟用以降低模具所受的热冲击，以及调节高铬金属铸件的冷却速度，并且有利于高铬金属铸件冷却后从模具内取出。

S3：启动离心机，浇注金属液；浇注的液态高铬合金的温度在1450℃至 1650℃之间。

浇注温度在1200℃时，浇注出来的高铬合金金属件的硬度只有HRC50，抗拉强度只有750Mpa左右。而且，浇注出来的高铬合金金相中，晶粒不够均匀密致，平均的晶粒度大于120μm，杂质含量高于500ppm。

浇注温度在1450℃时，浇注出来的高铬合金金属件的硬度平均达到 HRC61，抗拉强度达到1050Mpa左右。而且，浇注出来的高铬合金金相中，晶粒均匀密致，平均的晶粒度小于95μm，杂质含量低于220ppm。

浇注温度在1650℃时，浇注出来的高铬合金金属件的硬度平均达到 HRC60，抗拉强度达到1000Mpa左右。而且，浇注出来的高铬合金金相中，晶粒均匀密致，平均的晶粒度小于93μm，杂质含量低于200ppm。

因此，将液态高铬合金加热至1450℃至1650℃之间进行浇注，能使高铬合金液润湿性更好好，形成冶金结合，界面强度高，在形成高铬合金件的过程中，铬颗粒与其它金属颗粒复合的同时，由于1450℃至1650℃之间的液态高铬合金的热作用，被加热到更高温度，能促进碳颗粒与高铬金属液复合，且均匀分散在高铬合金铸件内部，提高了高铬合金铸件的整体复合效果，使得铸造出来的高铬合金铸件成品率高，砂孔、气孔少，铸造出来的固态毛坯加工余量较；且高铬合金铸件铸件内部无缩孔，缩松，晶粒更细，强度高，韧性好。

模具内表面涂覆好乌烟后，将模具装配在立式离心机的法兰盘上。然后启动离心机，在离心机旋转的过程中，往模具内浇注液态高铬合金；浇注的高铬合金的牌号为RMT12；其碳的含量在2.5％-3.5％之间，铬的含量在15％以上。浇注的时间为1分钟，浇注的液态高铬合金的温度在1450℃至1650℃之间。若浇注的温度过高，铸造出来的高铬合金铸件容易与铸型熔合，损坏铸型。若浇注的温度过低，铸造出来的高铬合金铸件容易出现报废。此外，立式离心铸造有利于形成规则排列的金相组织，增加铸件的成型力，可提高铸造出来的高铬金属件的质量及其机械性能，延长使用寿命，降低高铬金属件的报废率。

浇注前，先从与浇注箱连通的浇注水口倒出小部分高铬合金钢液体，然后将浇注水口接近内模内壁处，且使高铬合金液流淌平稳，均匀而不间断地浇入铸型中，浇注水口下方浇注出的高铬合金钢水不可产生漩涡，以免漩涡产生气流，容易形成气孔。在浇注的过程中，离心机一直保持旋转状态，且在浇注过程中，浇注箱内流入浇注水口的高铬合金钢水不能断流，以免杂质、氧化皮等落入铸型中，使高铬合金铸件报废，浇铸后，浇注箱内应留下不少于20％的高铬合金液，以避免沉入浇注箱底部的杂质进入模具内腔，污染铸造出来的高铬合金铸件。

S4：固化

液态高铬合金浇注完后，保持离心机旋转，直至液体状态的高铬合金冷却为固态，形成固态毛坯；离心机旋转的转速在900r/min至1400r/min之间，离心机固化阶段旋转的时间为1分钟。

S5：冷却

将固态毛坯从模具中取出，让固态毛坯继续冷却。本发明制造的高铬合金铸件与常见的离心铸造生产的高铬合金铸件相比，使用寿命提高了30％以上。本发明的离心铸造方法制造的高铬合金铸件硬度大于HRC60，抗拉强度大于1000Mpa，超声波探伤检测结果，本发明的离心铸造方法制造的高铬合金铸件表面缺陷的当量直径小于2.1mm。

该离心铸造高铬合金铸件的方法，对于铸造异形件的优势尤为明显。由于是通过离心机的旋转进行铸造，异形件若使用其它铸造方法，如高压铸造、重力铸造，砂型铸造等，都会因为异形件本身独特的形状而很容易产生气孔或裂痕，而采用离心铸造，液态金属是在高速旋转的过程中固定成形，可以大大地减少气孔和裂

地产生。

优选地，在步骤S3和步骤S4中，离心机旋转的速度在900r/min至 1400r/min之间。

优选地，在步骤S3中，浇注水口的中心离模具内壁之间的距离在5mm 至6mm之间，可以使从浇注水口内流出的液态高铬合金更迅速地在离心力地作用下甩到内模22的内壁上。若浇注水口的中心离模具内壁之间的距离大于 6mm，使得可以使从浇注水口内流出的液态高铬合金冷却的时间增长，影响高铬合金成型的时间和内部颗粒融合的质量，会降低铸造出来的高铬合金铸件的质量。

优选地，在步骤S3中，浇注液态高铬合金的速度在0.5kg/s至1.5kg/s 之间，浇注的时间为1分钟。本发明使用快速浇注的方法，可以避免浇注过程中空气进入到浇注的液态高铬合金中，产生气孔，影响铸造出来的高铬合金铸件的质量。

该金属件的离心铸造方法中的各种参数对金属件的性能的影响，参见下表：

优选地，在步骤S3中，往模具内浇注的液态高铬合金中，铬的含量不少于15％。

优选地，在步骤S1中，将模具预热的时间为5分钟。预热时间过长，将导致模具的温度过高，使得铸造出来的高铬合金铸件容易与铸型熔合，损坏铸型。若预热时间过短，导致模具的温度过低，使得铸造出来的高铬合金铸件容易出现报废

优选地，所述模具的脱模维度在1度至1.3度之间。脱模维度在1度至 1.3时，可以很好地将铸造好的高铬合金铸件从内模22中脱离出来。当脱模维度小于1度时，高铬合金铸件容易卡在内模22脱离，很难脱离出来。当脱模维度大于1.3度时，会影响高铬合金铸件本身的形状，造成铸造出来的高铬合金铸件加工余量较大，影响后续的机械加工。

优选地，还包括步骤S6：表面处理

将步骤S5中取出的，冷却后的固态毛坯表面的粘砂和涂料去掉。

对步骤S6中去掉了粘砂和涂料的毛坯，进行抛丸和打磨。对于矿山工程机械等精度要求不高的领域，通过离心铸造后制造出的高铬合金铸件，不需要再经过抛丸和打磨，可直接使用，大大地减少了后续机械加工的人工和时间成本。

下面结合具体的离心铸造装置来讲述高铬金属件的离心铸造过程。

对模具2进行预热前，将内模22和外模21固定在一起，然后将模具盖板23固定在内模22和外模23的顶部，完成安装。然后将模具2进行预热。

S1：模具2预热

在对模具2进行预热前，将模具2表面的锈、灰尘、残存涂料等清理干净，并严格控制油污，不能有油污染。将模具2加热到500℃至550℃之间；外模21、内模22使用的材质均为耐热铸铁，内模22内腔的脱模维度在1度至1.3度之间，模具2内加热的时间约5分钟，将模具2的温度加热至500℃至600℃之间。若模具2预热的温度过高，高于600℃，铸造出来的高铬合金铸件与铸型3会熔合，损坏铸型3；若模具2预热的温度过低，低于500℃，高铬合金铸件容易报废。

S2：涂覆涂料

将模具2加热到500℃至550℃之间后，往模具2内表面涂覆涂料乌烟；乌烟的主要成分为碳，涂覆的乌烟的厚度在0.1mm至0.2mm之间。涂料的乌烟用以降低模具2所受的热冲击，尤其是内模22受到的热冲击，以及调节高铬金属铸件的冷却速度，并且有利于高铬金属铸件冷却后从内模22中取出。

S3：启动离心机1，浇注金属液；

离心机1为立式离心机，内模22的内表面涂覆好乌烟后，将模具2装配在立式离心机1的法兰盘上。然后启动离心机1，在离心机1旋转的过程中，往内模22内浇注液态高铬合金；浇注的高铬合金的牌号为RMT12；其碳的含量在2.5％-3.5％之间，铬的含量在15％以上。浇注的时间为1分钟，浇注的液态高铬合金的温度在1450℃至1650℃之间。若浇注的温度过高，铸造出来的高铬合金铸件容易与铸型3熔合，损坏铸型3。若浇注的温度过低，铸造出来的高铬合金铸件容易出现报废。此外，立式离心铸造有利于形成规则排列的金相组织，增加高铬合金铸件的成型力，可提高铸造出来的高铬金属件的质量及其机械性能，延长使用寿命，降低高铬金属件的报废率。

浇注前，先从与浇注箱5连通的浇注水口4倒出小部分高铬合金钢液体，然后将浇注水口4接近内模22内壁处，且使高铬合金液流淌平稳，均匀而不间断地浇入铸型3中，浇注水口4下方浇注出的高铬合金钢水不可产生漩涡，以免漩涡产生气流，容易形成气孔。在浇注的过程中，离心机1一直保持旋转状态，且在浇注过程中，浇注箱5内流入浇注水口4的高铬合金钢水不能断流，以免杂质、氧化皮等落入铸型中，使高铬合金铸件报废，浇铸后，浇注箱5内应留下不少于20％的高铬合金液，以避免沉入浇注箱5底部的杂质进入模具2内腔，污染铸造出来的高铬合金铸件。

S4：固化

液态高铬合金浇注完后，保持离心机1旋转，直至液体状态的高铬合金冷却为固态，形成固态毛坯；离心机1旋转的转速在900r/min至1400r/min 之间，离心机固化阶段旋转的时间为1分钟。

S5：冷却

将固态毛坯从模具2中取出，让固态毛坯继续冷却。冷却后获得的固态毛坯的抗拉强度达到1000Mpa，硬度达到HRC60。

本实施例的离心铸造过程为：

将外模21、内模22、及模具盖板23装配好。然后清理模具2表面的锈、灰尘、残存涂料等物，及油污。接着给模具2加热1分钟，加热至500℃。往预热后的模具2中的内模22的内表面涂覆乌烟，涂覆的厚度在0.1mm至 0.2mm之间，将涂覆好乌烟的模具2安装于立式离心机1的法兰盘上，启动离心机1，使离心机的转速保持在900r/min至1400r/min之间。在离心机1 保持旋转的状态下，往模具2内浇注温度在1450℃至1650℃之间的液态高铬合金钢水，浇注1分钟。浇注完后，使离心机1保持旋转，直至内模22内的液态高铬合金冷却为固态高铬合金坯件，形成固态高铬合金毛坯。接着将固态高铬合金毛坯从内模22中取出，清处固态高铬合金毛坯表面的粘砂和涂料。对于矿山工程机械等精度要求不高的领域，通过离心铸造后制造出的高铬合金铸件，不需要再经过抛丸和打磨，可直接使用，大大地减少了后续机械加工的人工和时间成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种金属件的离心铸造方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1：模具预热

将模具加热到500℃至550℃之间；

S2：涂覆涂料

将模具加热到500℃至550℃之间后，往模具内表面涂覆涂料乌烟；

S3：启动离心机，浇注金属液；

模具内表面涂覆好乌烟后，启动离心机，在离心机旋转的过程中，往模具内浇注液态高铬合金，浇注的液态高铬合金的温度在1450℃至1650℃之间；

S4：固化

液态高铬合金浇注完后，保持离心机旋转，直至液体状态的高铬合金冷却为固态，形成固态毛坯；

S5：冷却

将固态毛坯从模具中取出，让固态毛坯继续冷却。

2.如权利要求1所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S3和步骤S4中，离心机旋转的速度在900r/min至1400r/min之间。

3.如权利要求2所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S3中，浇注水口的中心离模具内壁之间的距离在5mm至6mm之间。

4.如权利要求3所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S3中，浇注液态高铬合金的速度在0.5kg/s至1.5kg/s之间，浇注的时间为1分钟。

5.如权利要求4所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S3中，往模具内浇注的液态高铬合金中，铬的含量不少于15％。

6.如权利要求5所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S1中，将模具预热的时间为5分钟。

7.一种用权利要求6所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

在步骤S4中，离心机保持旋转的时间为1分钟。

8.一种用权利要求1所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

所述模具的脱模维度在1度至1.3度之间。

9.一种用权利要求1所述的金属件的离心铸造方法，其特征在于，

还包括步骤S6：表面处理

将步骤S5中取出的，冷却后的固态毛坯表面的粘砂和涂料去掉。

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