本發(fā)明涉及一種高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件及其鑄造方法。

背景技術(shù)：

m25s是ni-cu-si-fe-mn系列彌散強(qiáng)化型鎳銅合金，也稱高硅蒙乃爾。其中硅含量高達(dá)4％以上，硅的加入提高了合金的強(qiáng)度、硬度及再結(jié)晶溫度，改善了合金的鑄造性能。

常規(guī)的高硅鎳銅合金鑄件一般采用的是精密鑄造(即為硅溶膠熔模鑄造)或離心鑄造的工藝。精密鑄造即先制作模具，用這個(gè)模具打出和圖紙尺寸、外形相符的蠟?zāi)?，然后進(jìn)行澆注冒口的組裝，完成后進(jìn)入制殼環(huán)節(jié)，制殼完成后進(jìn)行脫蠟，里面的蠟水脫盡后形成一個(gè)和圖紙要求一樣的空腔外面包裹著模殼，放置一段時(shí)間后進(jìn)行熔煉澆注，化鋼水和培燒模殼同時(shí)進(jìn)行，熔煉結(jié)束以后將成分合格的鋼水直接倒入模殼中，然后自然冷卻，最后進(jìn)行對(duì)鑄件進(jìn)行清砂、打磨等后處理。

以前上海中洲特種合金材料股份有限公司主要以硅溶膠熔模鑄造方法生產(chǎn)m25s高硬度鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件，因m25s合金主要由金屬元素鎳、銅、硅等元素組成，如在大氣下煉鋼、澆注，這些金屬將同空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氧化物，導(dǎo)致鑄件基體中出現(xiàn)夾雜，嚴(yán)重組織不連續(xù)，另外，采用常規(guī)精密鑄造生產(chǎn)有壁厚差的帶臺(tái)階的m25s合金鑄件時(shí)，在拐角位置經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，特別是當(dāng)直徑尺寸超過(guò)12寸時(shí)，精密鑄造簡(jiǎn)直無(wú)法生產(chǎn)，且無(wú)法補(bǔ)焊，其產(chǎn)品出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺陷時(shí)均只能報(bào)廢處理。

目前研究發(fā)現(xiàn)，可以利用離心力將鋼水中的雜質(zhì)和氣孔甩至外表面，從而達(dá)到凈化本體的效果，特別是對(duì)m25s合金回轉(zhuǎn)體類鑄件采用離心澆鑄時(shí)，取得了非常顯著的改善效果。然而在大氣下進(jìn)行離心鑄造產(chǎn)品非常容易形成內(nèi)部氣孔、夾渣、疏松等問(wèn)題，成品率極低，綜合性能無(wú)法達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。所以m25s合金離心鑄造關(guān)鍵要解決鋼水氧化問(wèn)題。另外，由于m25s合金硅含量很高，這樣在離心澆注時(shí)零件稍微復(fù)雜一點(diǎn)就會(huì)因?yàn)殍T件凝固收縮不均勻形成貫穿性裂紋。

因此，尋求合適的高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件的鑄造方法制得性能更加的鑄件具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中硅溶膠熔模鑄造和離心鑄造方法在生產(chǎn)過(guò)程中鋼水被氧化導(dǎo)致鑄件基體中出現(xiàn)夾雜和組織嚴(yán)重不連續(xù)、其生產(chǎn)的產(chǎn)品非常容易形成內(nèi)部氣孔、夾渣和疏松、成品率極低、鑄件組織晶粒粗大、極易形成裂紋以及產(chǎn)品綜合性能無(wú)法達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平等缺陷，提供了一種高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件及其鑄造方法。本發(fā)明的鑄造方法可用于生產(chǎn)有壁厚差的帶臺(tái)階的高硅鎳銅合金鑄件，也可用于生產(chǎn)直徑尺寸較大(超過(guò)12寸)的高硅鎳銅合金鑄件，該方法解決了鋼水氧化的問(wèn)題和鑄件極易開裂的問(wèn)題，其生產(chǎn)的產(chǎn)品成品率更高，本發(fā)明的高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件組織晶粒更加致密，消除了成分偏析和夾雜，離心鑄件基體的氣體含量、雜質(zhì)含量均達(dá)到了超真空精密鑄造水平，同時(shí)產(chǎn)品具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨和優(yōu)良的抗粘合、抗高溫性能和耐腐蝕性能。

本發(fā)明提供了一種高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件的鑄造方法，其采用離心鑄造方法進(jìn)行，其包括如下步驟：

(1)制備高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件的金屬模具；

(2)預(yù)熱金屬模具，之后在金屬模具的內(nèi)腔噴涂料；

(3)合模，加固待澆注；

(4)將高硅鎳銅合金、碳和硅于真空感應(yīng)爐內(nèi)熔煉成鋼水，之后將所述鋼水置于中間包，同時(shí)調(diào)整離心機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，將所述鋼水經(jīng)氬氣保護(hù)澆注系統(tǒng)進(jìn)行離心澆注，澆注溫度1450～1470℃，起模，取出鑄件自然冷卻即可。

本發(fā)明中，所述高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件的合金原料中，硅的含量一般為3～6％，本領(lǐng)域公知硅含量為3～6％的硅鎳銅合金的牌號(hào)為m25s，所述m25s合金的化學(xué)成分如下表：

步驟(1)中，所述模具具有多樣性，以適應(yīng)多樣的回轉(zhuǎn)體類鑄件的生產(chǎn)；所述高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件在模具掛角處添加大r角，其目的是為了均勻過(guò)渡壁厚差，以避免在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體類鑄件特別是帶外臺(tái)階式的回轉(zhuǎn)體類鑄件時(shí)，由于外臺(tái)階冷卻過(guò)快極易形成貫穿性裂紋；所述高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件的外徑大于6寸時(shí)，將外臺(tái)階和小臺(tái)階斜面直接拉直，其目的是為了形成由外而內(nèi)的漸變?cè)龊竦慕Y(jié)構(gòu)，以減少壁厚突變帶來(lái)的冷卻過(guò)快的現(xiàn)象，便于鑄件以均勻的速度由外向內(nèi)凝固。

步驟(2)中，所述預(yù)熱的操作和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的預(yù)熱的操作和條件，本領(lǐng)域公知需要根據(jù)工件的材質(zhì)以及尺寸的大小來(lái)確定所述模具的預(yù)熱溫度；所述金屬模具的尺寸≤7.8寸時(shí)，所述預(yù)熱的溫度較佳地為240℃～260℃；所述金屬模具的尺寸大于7.8寸時(shí)，所述預(yù)熱的溫度較佳地為210℃～230℃。

步驟(2)中，所述在金屬模具的內(nèi)腔噴涂料的目的本領(lǐng)域公知是為了保護(hù)模具和便于脫模。

步驟(3)中，所述合模本領(lǐng)域公知為金屬模由上下模組成，涂料刷完后要合在一起使用。

步驟(3)中，所述加固的方式為本領(lǐng)域常規(guī)的加固的方式，較佳地采用螺栓進(jìn)行加固。

步驟(4)中，所述鋼水較佳地包含下述質(zhì)量百分比的組分：95.58～96.02％的所述高硅鎳銅合金、0.18～0.22％的所述碳和3.8～4.2％的所述硅，所述鋼水符合astma494標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)m25s材質(zhì)的要求。所述質(zhì)量百分比為所述組分占所述鋼水總質(zhì)量的百分比。

步驟(4)中，所述中間包本領(lǐng)域公知需要預(yù)先放入爐內(nèi)、并預(yù)先加入四元保護(hù)渣料，所述四元保護(hù)渣料本領(lǐng)域公知為石灰、螢石、剛玉和鎂砂的混合物，所述石灰、所述螢石、所述剛玉和所述鎂砂的用量比較佳地為1：1：1：1。

步驟(4)中，所述離心機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間的調(diào)整本領(lǐng)域公知需要根據(jù)工件的材質(zhì)以及尺寸大小來(lái)調(diào)整，其目的是為了形成合適的離心力以獲得組織結(jié)構(gòu)非常致密的鑄件。本領(lǐng)域公知m25s材質(zhì)中硅含量較高，這要求離心機(jī)的轉(zhuǎn)速較一般材質(zhì)的產(chǎn)品降低15％。具體旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間如下表：

步驟(4)中，所述氬氣保護(hù)澆注系統(tǒng)是將所述鋼水倒入中間包時(shí)，破真空后，用行車將所述中間包吊出，所述行車吊鉤上安裝專用氬氣噴嘴a，所述中間包移動(dòng)過(guò)程中，所述鋼水始終處于所述四元保護(hù)渣料和氬氣保護(hù)下，不受空氣氧化，澆注前，啟動(dòng)安裝在離心鑄造機(jī)澆注槽口上的氬氣噴嘴b，使?jié)沧⒁毫魈幱跉鍤獗Ｗo(hù)下，然后通過(guò)漏斗將重量已經(jīng)稱好的鋼水倒入預(yù)熱好的離心模具中，利用離心力的作用使其成型，旋轉(zhuǎn)至指定時(shí)間后關(guān)閉所述離心鑄造機(jī)，使其在慣性的作用下由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)變至靜止?fàn)顟B(tài)。

步驟(4)中，所述澆注的溫度較常規(guī)降低30℃，其目的是為了在金屬模冷卻過(guò)程中保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，降低疏松產(chǎn)生的可能性。

本發(fā)明還提供了一種按照所述鑄造方法制得的高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件，其中硅以化合物ni3si第二相形式從基體中析出，在晶界和晶粒內(nèi)呈彌散分布。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

本發(fā)明的鑄造方法可用于生產(chǎn)有壁厚差的帶臺(tái)階的高硅鎳銅合金鑄件，也可用于生產(chǎn)直徑尺寸較大(超過(guò)12寸)的高硅鎳銅合金鑄件，特別是m25s合金，該方法解決了鋼水氧化的問(wèn)題，其生產(chǎn)的產(chǎn)品成品率更高，本發(fā)明的高硅鎳銅合金回轉(zhuǎn)體類鑄件組織晶粒更加致密，消除了成分偏析和夾雜，離心鑄件基體的氣體含量、雜質(zhì)含量均達(dá)到了超真空精密鑄造水平，同時(shí)產(chǎn)品具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨和優(yōu)良的抗粘合、抗高溫性能和耐腐蝕性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的金屬模具的剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中的金屬模具的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說(shuō)明書選擇。

實(shí)施例1

(1)制備外徑6寸、高度5.7寸的m25s材質(zhì)閥瓣套筒的模具，制作金屬模具時(shí)在臺(tái)階拐角處設(shè)置r20的圓角(如圖1)，以降低鑄造應(yīng)力，保證硬度要求。

(2)預(yù)熱金屬模具，至金屬模具的溫度為245℃，在金屬模具的內(nèi)腔噴涂料；

(3)合模，用螺栓進(jìn)行加固，待澆注；

(4)將能夠保證硬度要求的m25s和配料c：0.18～0.22％、si：3.8～4.2％裝入所述真空感應(yīng)爐內(nèi)，隔離空氣，使材料在真空狀態(tài)下熔化，當(dāng)鋼水在真空爐內(nèi)精煉結(jié)束后，將鋼水倒入預(yù)先放入爐內(nèi)并預(yù)先加入等比例的四元保護(hù)渣料(石灰、螢石、剛玉、鎂砂的混合物)的中間包里，同時(shí)開啟所述離心機(jī)使其高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速選擇55hz，旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定240s，破真空后，用行車將中間包吊出，行車吊鉤上安裝專用氬氣噴嘴，中間包移動(dòng)過(guò)程中，鋼水始終處于四元渣料和氬氣保護(hù)下，不受空氣氧化，澆注前，啟動(dòng)安裝在離心鑄造機(jī)澆注槽口上的氬氣噴嘴，使?jié)沧⒁毫魈幱跉鍤獗Ｗo(hù)下。采用氬氣保護(hù)中間包，出鋼溫度選擇1470℃。然后通過(guò)漏斗將重量已經(jīng)稱好的鋼水倒入預(yù)熱好的離心模具中，利用離心力的作用使其成型，旋轉(zhuǎn)至指定時(shí)間后關(guān)閉離心機(jī)裝置，使其自然慣性至靜止?fàn)顟B(tài)，之后起模取出鑄件，放置在石棉上自然冷卻至室溫。

實(shí)施例2

(1)制備外徑11.1寸、高度10.2寸的m25s材質(zhì)導(dǎo)向套的模具，將外臺(tái)階和小臺(tái)階斜面直接拉直(如圖2)，其目的是為了形成由外而內(nèi)的漸變?cè)龊竦慕Y(jié)構(gòu)，以減少壁厚突變帶來(lái)的冷卻過(guò)快的現(xiàn)象，便于鑄件以均勻的速度由外向內(nèi)凝固。

(2)預(yù)熱金屬模具，至金屬模具的溫度為225℃，在金屬模具的內(nèi)腔噴涂料；

(3)合模，用螺栓進(jìn)行加固，待澆注；

(4)將能夠保證硬度要求的m25s和配料c：0.18～0.22％、si：3.8～4.2％裝入所述真空感應(yīng)爐內(nèi)，隔離空氣，使材料在真空狀態(tài)下熔化，當(dāng)鋼水在真空爐內(nèi)精煉結(jié)束后，將鋼水倒入預(yù)先放入爐內(nèi)并預(yù)先加入等比例的四元保護(hù)渣料(石灰、螢石、剛玉、鎂砂的混合物)的中間包里，同時(shí)開啟所述離心機(jī)使其高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速選擇42hz，旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定720s，破真空后，用行車將中間包吊出，行車吊鉤上安裝專用氬氣噴嘴，中間包移動(dòng)過(guò)程中，鋼水始終處于四元渣料和氬氣保護(hù)下，不受空氣氧化，澆注前，啟動(dòng)安裝在離心鑄造機(jī)澆注槽口上的氬氣噴嘴，使?jié)沧⒁毫魈幱跉鍤獗Ｗo(hù)下。采用氬氣保護(hù)中間包，出鋼溫度選擇1460℃。然后通過(guò)漏斗將重量已經(jīng)稱好的鋼水倒入預(yù)熱好的離心模具中，利用離心力的作用使其成型，旋轉(zhuǎn)至指定時(shí)間后關(guān)閉離心機(jī)裝置，使其自然慣性至靜止?fàn)顟B(tài)，之后起模取出鑄件，放置在石棉上自然冷卻至室溫。

對(duì)比例1

常規(guī)的精密鑄造工藝：先制作m25s材質(zhì)的閥瓣套筒的模具，用這個(gè)模具打出和圖紙尺寸、外形相符的蠟?zāi)＃缓筮M(jìn)行澆注冒口的組裝，完成后進(jìn)入制殼環(huán)節(jié)，制殼完成后進(jìn)行脫蠟，里面的蠟水脫盡后形成一個(gè)和圖紙要求一樣的空腔外面包裹著模殼，放置一段時(shí)間后進(jìn)行真空爐熔煉澆注，澆注溫度為1500℃將化鋼水和培燒模殼同時(shí)進(jìn)行，熔煉結(jié)束以后將成分合格的鋼水直接倒入模殼中，然后自然冷卻，最后進(jìn)行對(duì)鑄件進(jìn)行清砂、打磨等后處理。

效果實(shí)施例1

實(shí)施例1和2以及對(duì)比例1中產(chǎn)品的硬度、耐磨性能、pt探傷等性能測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)參照標(biāo)準(zhǔn)astma370。

實(shí)施例1和2以及對(duì)比例1中的產(chǎn)品的性能測(cè)試結(jié)果如下表1。

表1實(shí)施例1和2以及對(duì)比例1中的產(chǎn)品的性能測(cè)試結(jié)果

離心鑄造是將熔化的鋼水澆入旋轉(zhuǎn)的金屬模具中，鋼水受金屬模的冷卻作用，快速凝固，鑄件晶粒細(xì)??；同時(shí)因高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用，鑄件在超重狀態(tài)下凝固，組織致密，疏松傾向大大降低。因離心力的作用，鋼水內(nèi)輕質(zhì)渣子、氣體等被甩到鑄件內(nèi)孔，鑄件基體得以凈化；離心鑄件不需要澆冒口，鑄件出品率高，大大節(jié)約了熔化成本；總之，相同材質(zhì)的套管件，離心工藝生產(chǎn)的零件綜合性能明顯優(yōu)于普通重力鑄造。

離心鑄造是通過(guò)60倍以上的離心重力系數(shù)生產(chǎn)合金套管件，鑄件收得率比普通重量鑄造提高30％，大大降低制造成本，同時(shí)可獲得rt探傷i級(jí)的鑄件，而且鑄件晶粒度更加細(xì)小，可提高鑄件綜合性能，延長(zhǎng)使用壽命。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。