本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法。

背景技術(shù)：

葉輪作為泵的關(guān)鍵零部件，直接關(guān)系到泵的工作效率，其空間曲面復(fù)雜，尺寸和葉形精度要求高，需要進行雙面動、靜平衡檢測；同時，葉輪作為泵的動力部件，還承受著流體腐蝕、沖刷腐蝕以及空泡腐蝕等，要求材料具有一定的耐蝕性，組織致密，不得有鑄造缺陷。

astma8905a材質(zhì)作為第三代雙相不銹鋼，其成分范圍為c≤0.030%，si≤1.0%，mn≤1.5%，p≤0.040%，s≤0.040%，cr：24.0～26.0%，ni：6.0～8.0%，mo：4.0～5.0%，n：0.10-0.30%。與普通雙相不銹鋼相比，其顯著特點是超低碳、高鉻、高鎳、高鉬，高氮，pren≥40，具有更好的耐蝕性，廣泛應(yīng)用到船舶、海水淡化、石油化工、造紙以及其它耐蝕苛刻領(lǐng)域。但是由于其在鑄造過程中極易析出脆性相（η、χ和σ相），導(dǎo)致鑄造性能極差，鑄件在鑄造過程中易產(chǎn)生裂紋缺陷。加之，葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚薄不均，鑄造熱節(jié)多，補縮困難，葉輪鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，更是加劇了裂紋缺陷產(chǎn)生的傾向，導(dǎo)致葉輪鑄件報廢率高達70%以上，鑄造難度極大。

目前，astma8905a材質(zhì)熔煉時普遍采用：中頻感應(yīng)爐熔煉工藝、中頻感應(yīng)爐+aod雙聯(lián)熔煉工藝以及中頻感應(yīng)電爐+vod雙聯(lián)熔煉工藝，均能夠熔煉出符合標準成分的鋼液，但是由于控制目標不一樣，成分控制范圍存在一定的差異。

葉輪鑄造一般采用水玻璃砂、呋喃樹脂砂或者酚醛樹脂砂；采用底翻式澆注系統(tǒng)，直澆道從頂部一直通到葉輪底部密封環(huán)部位，橫澆道分叉，內(nèi)澆道分多道進入葉輪密封環(huán)部位；在密封環(huán)部位設(shè)計補貼與前蓋板相連并在出水口部位設(shè)計冒口進行補縮，或者在密封環(huán)部位設(shè)計冷鐵激冷，實現(xiàn)密封環(huán)部位的組織致密；在后蓋板設(shè)計冒口或者補貼與輪轂部位相連，輪轂部位設(shè)計冒口。工藝設(shè)計見圖1所示。工藝的優(yōu)點是金屬液充型平穩(wěn)，不易產(chǎn)生飛濺，有利于型腔中氣體的上排。缺點是金屬液充型完畢后底部金屬液溫度較高，不利于補縮；澆注系統(tǒng)耗費金屬液多，工藝出品率低；澆注系統(tǒng)集渣聚氣效果較差，鑄件易出現(xiàn)砂渣孔和氣孔缺陷；澆注溫度偏低時極易形成冷隔缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法，不僅能夠減少超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪鑄件的鑄造缺陷，降低報廢率，而且能夠提高葉輪鑄件的出品率和成品率，降低生產(chǎn)成本。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是：一種超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法，包括以下步驟，

步驟一、鑄型和砂芯

鑄型和砂芯由原砂中加入堿性酚醛樹脂制成，按重量百分比，鑄型原砂中堿性酚醛樹脂加入量為1.1-2.2%，砂芯原砂中堿性酚醛樹脂加入量為1.1-2.2%，固化劑加入量占堿性酚醛樹脂的22-28%，鑄型制成具有安置砂芯的葉輪型腔，并使葉輪型腔的葉輪輪轂部位向上設(shè)置；

步驟二、鑄造和澆注

在葉輪輪轂頂端部位放置直接澆注冒口，冒口內(nèi)放置泡沫陶瓷過濾器，在澆注時澆包將超級雙相不銹鋼金屬液通過澆注系統(tǒng)注入到葉輪輪轂頂端的直接澆注冒口內(nèi)，金屬液經(jīng)過直接澆注冒口內(nèi)放置的泡沫陶瓷過濾器的過濾，純凈的超級雙相不銹鋼金屬液便進入輪轂部位，隨后金屬液通過輪轂向葉輪的其它部位均勻充型，當葉輪的整個型腔充滿后，泡沫陶瓷過濾器受到的金屬液浮力大于澆注沖擊產(chǎn)生的下壓力，泡沫陶瓷過濾器上浮，打開直接澆注冒口的補縮通道，隨后直接澆注冒口內(nèi)的金屬液對葉輪進行補縮，得到葉輪鑄件；

步驟三、落砂與熱裝爐熱處理

葉輪鑄件在鑄型內(nèi)冷至1000℃時，開箱落砂，快速切除澆注系統(tǒng)，將取出的葉輪鑄件裝入爐溫在1000℃的熱處理爐中，保溫30分鐘后，以80-150℃/h升溫至1130-1160℃，保溫3-3.5h，爐冷至1045-1080℃，出爐水冷，采用循環(huán)水冷卻，水溫溫度≤80℃，得到葉輪成品。

本發(fā)明所述的超級雙相不銹鋼金屬液是由依次采用中頻感應(yīng)爐初步熔煉工藝和aod雙聯(lián)精煉工藝制成。

本發(fā)明在出鋼前或者在澆包內(nèi)，加入適量的稀土合金。

本發(fā)明所述的澆注采用低溫快澆工藝，澆注溫度控制在1530-1580℃。

本發(fā)明所述的稀土合金為鑭鈰。

本發(fā)明鑄型和砂芯在鑄造時要進行烘烤處理，烘烤溫度不低于120℃；鑄型合箱后，鑄型內(nèi)吹入熱風(fēng)，熱風(fēng)溫度不低于120℃；熱箱澆注前保證型腔溫度不低于120℃。

本發(fā)明在制作鑄型和砂芯時，在阻礙鑄件收縮的部位放置鋸末。

本發(fā)明鑄型和砂芯的外壁采用醇基或水基鎬英粉涂料進行的涂刷，保證涂層厚度滿足0.2-0.6mm；

本發(fā)明在葉輪型腔的密封環(huán)部位設(shè)計隨形明冷鐵進行激冷，在其它熱節(jié)部位以及補縮不到的部位設(shè)計鉻鐵礦砂進行激冷。

本發(fā)明所述的超級雙相不銹鋼的組成為c≤0.025%，si：0.30～0.8%，mn：0.50～1.0%，p≤0.035%，s≤0.025%，cr：24.0～25.0%，ni：7.0～8.0%，mo：4.3～4.8%，n：0.15～0.25%，，pren值：%cr＋3.3%mo＋16%n≥40。

本發(fā)明有益效果是：

采用一種超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法，可以避開脆性相（η、χ和σ相）析出的溫度區(qū)間，避免了葉輪鑄件組織析出脆性相，從根本上解決葉輪鑄件的裂紋缺陷，也能保證鑄件組織致密，鑄件成品率可以提高到96%以上，同時伴隨著工藝出品率的提高以及熱裝爐工藝的實施，鑄造生產(chǎn)成本大幅降低。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)葉輪工藝簡圖；

圖2為本發(fā)明的葉輪工藝簡圖；

圖3為本發(fā)明實施例的100×下的金相組織示意圖；

圖中：1、澆注系統(tǒng)，2、暗冒口，3、補貼，4、明冒口，5、葉輪鑄件，6、直接澆注冒口，7、冷鐵，8、泡沫陶瓷過濾器

具體實施方式

一種超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法，包括內(nèi)控成分設(shè)計，鑄造工藝，鑄型和砂芯制作工藝，熔煉、澆注工藝以及落砂熱裝爐熱處理工藝。

（1）內(nèi)控成分設(shè)計：為了提高超級雙相不銹鋼鑄件的耐蝕性，控制鐵素體相和奧氏體相含量各占約一半（鐵素體含量40-60%），需要對鐵素體和奧氏體形成元素的含量進行控制和設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)控成分范圍為：c≤0.025%，si：0.30～0.8%，mn：0.50～1.0%，p≤0.035%，s≤0.025%，cr：24.0～25.0%，ni：7.0～8.0%，mo：4.3～4.8%，n：0.15～0.25%，pren值：%cr＋3.3%mo＋16%n≥40。

（2）鑄型和砂芯制作工藝：鑄型和砂芯造型材料采用堿性酚醛樹脂砂，鑄型和砂芯由原砂中加入堿性酚醛樹脂制成，由于堿性酚醛樹脂砂的發(fā)氣量大，加之澆注的金屬液又是超低碳高合金不銹鋼，極易產(chǎn)生侵入性氣孔缺陷，所以必須嚴格控制堿性酚醛樹脂砂的發(fā)氣量，減少鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔的傾向。一是通過控制型砂/芯砂配比來降低堿性酚醛樹脂砂的發(fā)氣量，按重量百分比鑄型原砂中堿性酚醛樹脂加入量為1.1-2.2%，砂芯原砂中堿性酚醛樹脂加入量為1.1-2.2%，固化劑加入量占堿性酚醛樹脂的22-28%；二是鑄型和砂芯要進行烘烤處理，烘烤溫度不低于120℃；三是合箱后，鑄型內(nèi)吹入熱風(fēng)，熱風(fēng)溫度不低于120℃，保證型腔干燥；四是熱箱澆注，澆注前保證型腔溫度不低于120℃。在制作鑄型和砂芯時，在阻礙鑄件收縮的部位放置鋸末以提高鑄型和砂芯的退讓性，減少鑄件收縮阻礙，避免應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋缺陷。采用醇基或水基鎬英粉涂料進行鑄型和砂芯的涂刷，保證涂層厚度滿足0.2-0.6mm。

（3）鑄造工藝：在葉輪輪轂頂端部位放置直接澆注冒口，直接澆注冒口內(nèi)放置鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器，在澆注時澆包將金屬液注入到葉輪輪轂頂端的直接澆注冒口內(nèi)，金屬液經(jīng)過直接澆注冒口內(nèi)放置的鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器的過濾，純凈的金屬液便進入輪轂部位，隨后金屬液通過輪轂向葉輪的其它部位均勻充型。當葉輪的整個型腔充滿后，鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器受到的金屬液浮力大于澆注沖擊產(chǎn)生的下壓力，鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器上浮，打開直接澆注冒口的補縮通道，隨后直接澆注冒口內(nèi)的金屬液對葉輪進行補縮，保證組織致密。在葉輪的密封環(huán)部位設(shè)計隨形明冷鐵進行激冷，在其它熱節(jié)部位以及補縮不到的部位設(shè)計鉻鐵礦砂進行激冷。工藝設(shè)計見圖2所示。工藝設(shè)計時充分考慮鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器的過濾凈化功能，高效地濾除金屬液中的非金屬夾雜、夾砂、氧化物以及氣泡等，同時減少金屬液充型過程中的紊流，使金屬液流動平穩(wěn)，減少金屬液的二次氧化。鑄件澆注完畢后形成順序凝固溫度梯度，葉輪鑄件頂部溫度最高，底部溫度最低，有利于冒口對鑄件的液態(tài)補縮，實現(xiàn)葉輪鑄件的組織致密。

（4）熔煉、澆注工藝：采用中頻感應(yīng)爐+aod雙聯(lián)熔煉工藝，中頻感應(yīng)爐提供初步熔煉的鋼水，然后在aod爐內(nèi)進行精煉以及實現(xiàn)氮氣的合金化，滿足內(nèi)控成分要求。在出鋼前或者在澆包內(nèi)，加入適量的稀土合金（鑭鈰）（加入量0.3-1.0kg/t鋼水），可以改善凝固組織，減輕偏析、細化晶粒、變質(zhì)鋼中夾雜物以及抑制脆性相的析出，提高葉輪鑄件的耐蝕性。同時采用硅鈣合金脫氧，避免用鋁脫氧時產(chǎn)生氮化鋁夾雜，影響材料的性能。澆注采用低溫快澆工藝，澆注溫度控制在1530-1580℃。

（5）落砂熱裝爐熱處理工藝：鑄件在鑄型內(nèi)冷至1000℃時，開箱落砂，快速切除澆注系統(tǒng)，裝入爐溫在1000℃的熱處理爐中，保溫30分鐘后，以80-150℃/h（為了避免升溫速度較快導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生較大的應(yīng)力產(chǎn)生裂紋缺陷，必須控制升溫速度）升溫至1130-1160℃，保溫3-3.5h，爐冷至1045-1080℃，出爐水冷，采用循環(huán)水冷卻，水溫溫度≤80℃。

鑄造葉輪20160208，材質(zhì)astma8905a，直徑φ820mm，高度320mm，前、后蓋板厚度18mm，葉片厚度12mm，輪轂直徑φ170mm，密封環(huán)部位厚度30mm，其鑄造方法如下：

（1）鑄造工藝：葉輪輪轂頂部放置直接澆注冒口，冒口內(nèi)放置φ150鋯質(zhì)泡沫陶瓷過濾器；密封環(huán)部位放置隨形明冷鐵；葉片與前、后蓋板形成的熱節(jié)部位放置圓棒冷鐵和鉻鐵礦砂；在其它補縮不到的部位放置冷鐵和鉻鐵礦砂進行激冷。

（2）鑄型和砂芯制作工藝：造型材料采用酚醛樹脂砂，樹脂加入量1.8%，固化劑加入量23%；鑄型和砂芯做烘烤處理，烘烤溫度130℃；合箱后，鑄型內(nèi)吹入熱風(fēng)，熱風(fēng)溫度120℃；熱箱澆注，澆注前型腔溫度120℃；砂芯內(nèi)部放置鋸末提高砂芯的退讓性；按照工藝要求放置冷鐵及鉻鐵礦砂等；采用水基鎬英粉涂料進行鑄型和砂芯的涂刷，涂層厚度0.3-0.5mm。

（3）熔煉、澆注工藝：采用中頻感應(yīng)爐+aod雙聯(lián)熔煉工藝，中頻感應(yīng)爐提供初步熔煉的鋼水，然后在aod爐內(nèi)進行精煉和控氮，并采用硅鈣合金脫氧，添加適量鑭鈰稀土合金，澆注溫度1550-1580℃。成分見表1。

表1葉輪鑄件成分（%）

（4）落砂熱裝爐熱處理工藝：將上述鑄件在鑄型內(nèi)冷至1000℃時，開箱落砂，切除澆注系統(tǒng)，裝入爐溫在1000℃的熱處理爐中，保溫30分鐘后，以120-150℃/h升溫至1140-1160℃，保溫3-3.5h，爐冷至1060-1080℃，然后循環(huán)水冷卻，水溫溫度≤80℃。

采用超級雙相不銹鋼5a材質(zhì)葉輪的鑄造方法，生產(chǎn)的葉輪鑄件組織致密，經(jīng)過滲透檢查滿足asmeⅷ，div.1，app.7的要求；成分符合標準要求，pren值為41.293-43.779；通過金相組織檢查，鐵素體含量51.65-59.85%（見圖3）；按照astmg48-3方法b在50℃、6%的fecl3溶液中進行72h縫隙腐蝕試驗，點蝕深度0.854-1.01mm，縫隙腐蝕速率4.35-5.62g/m²·h，耐蝕性能優(yōu)良。