一種立式離心鑄造輥頸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種工業(yè)爐爐輥的輥頸及其立式離心鑄造方法。通過對立式離心鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，制得的輥頸產(chǎn)品具有極其優(yōu)異的高溫短時(shí)力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，不僅顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄件，而且明顯優(yōu)于常規(guī)離心鑄造工藝所得的產(chǎn)品。這一特性使其在高溫應(yīng)用環(huán)境下能夠進(jìn)一步延長使用壽命和降低產(chǎn)品報(bào)廢率，并且有利于在更高環(huán)境要求下的應(yīng)用。
【專利說明】一種立式離心鑄造輥頸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)爐爐輥的輥頸及其立式離心鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輥頸是爐輥的核心組件。當(dāng)爐輥被作為高溫傳送設(shè)備應(yīng)用于工業(yè)爐時(shí)，輥頸工作條件為連續(xù)的高溫受力狀態(tài)，因此，用于工業(yè)爐爐輥的輥頸需要具有良好的高溫短時(shí)力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，這也是衡量輥頸高溫應(yīng)用性能的兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。
[0003]目前，輥頸的制造普遍采用靜態(tài)鑄造工藝(主要是砂型鑄造)，也稱重力鑄造，即鋼水在重力場的作用下經(jīng)澆口、澆道到達(dá)型腔成型，鑄件在冷卻凝固過程中靠冒口中鋼水的重力作用進(jìn)行補(bǔ)縮。靜態(tài)鑄造的輥頸產(chǎn)品可以滿足在高溫條件下的基本應(yīng)用要求，但是鑄件組織通常不規(guī)則且較不致密，存在氣孔、夾渣等結(jié)構(gòu)缺陷，機(jī)械性能不夠優(yōu)越，使用壽命也不理想，產(chǎn)品報(bào)廢率較高。
[0004]近來，研究人員發(fā)現(xiàn)，離心鑄造工藝相比于靜態(tài)鑄造工藝更有利于提升鑄件性能。例如，中國專利申請201310152327.6公開了一種立式離心鑄造過渡短節(jié)的方法，中國專利申請201310269895.4公開了一種Inconel600合金管的離心鑄造工藝。指出，將傳統(tǒng)的靜態(tài)鑄造工藝改為離心鑄造，可以獲得比重力場更高的離心力場，提高鋼水充型力，增強(qiáng)鑄件冷卻時(shí)的補(bǔ)縮能力，能夠有效提高產(chǎn)品澆鑄質(zhì)量，降低產(chǎn)品報(bào)廢率，提高產(chǎn)品的常溫和高溫機(jī)械性能，延長使用壽命。
[0005]離心鑄造工藝優(yōu)勢明顯，有望在金屬鑄造領(lǐng)域得到進(jìn)一步推廣。
[0006]然而，離心鑄造工藝并非是一套格式化流程。同樣是離心鑄造，工藝條件和參數(shù)的選擇對最終產(chǎn)品性能有著非常關(guān)鍵的影響。對工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)以期獲得盡可能提升的產(chǎn)品性能，將是現(xiàn)階段金屬構(gòu)件離心鑄造領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的首先在于提供一種立式離心鑄造輥頸的方法。在將立式離心鑄造工藝引入輥頸鑄造的基礎(chǔ)上，對工藝條件和參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，所得產(chǎn)品表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的高溫短時(shí)力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力，顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄造產(chǎn)品，并且超出了對離心鑄造產(chǎn)品的一般性預(yù)期(即，相對于現(xiàn)有技術(shù)是預(yù)料不到的)。
[0008]本發(fā)明的具體方案如下:
一種立式離心鑄造輥頸的方法，包括以下步驟:
(1)將模具預(yù)熱至500-60(TC后，將其裝配在立式離心機(jī)法蘭盤上，開啟離心機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在 200-300 r/min ；
(2)將溫度1600-1650°C的鋼水快速注入模具，密封后在15s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1200-1300 r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持 2-3min ；
(3)在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至600-700r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持2_3min； (4)再次在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1200-1300r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持10_15min ；
(5)在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至600-700r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持8_10min;然后再在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至250-300 r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持5min ;然后關(guān)閉離心機(jī)，待其自然停止
旋轉(zhuǎn)；
(6)將充分冷卻成型的鑄件取出，加工得到所需尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0009]適用于本發(fā)明上述方法中鑄造輥頸的模具對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易確定的。一般來說，如附圖1中所示，該模具由內(nèi)模和外模配套構(gòu)成。外模內(nèi)孔的形狀與輥頸產(chǎn)品的外壁形狀相同，而內(nèi)模外壁則與輥頸產(chǎn)品的內(nèi)壁形狀相同。在尺寸設(shè)置上，考慮到鋼水收縮率和后期加工需要，外模內(nèi)孔尺寸略大于輥頸產(chǎn)品外徑的最終尺寸，而內(nèi)模外壁尺寸略小于輥頸產(chǎn)品內(nèi)徑的最終尺寸，即預(yù)留收縮量和加工余量；其中，鋼水收縮率和加工余量對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知且容易確定的。作為進(jìn)一步優(yōu)選的方案，如附圖1中所示，夕卜模高度大于內(nèi)模高度，這樣設(shè)定有利于鋼水的快速注入。
[0010]模具材質(zhì)可以是本領(lǐng)域常用的那些材料，例如可以是鑄鐵、鑄鋼等。
[0011]本發(fā)明的鑄造方法中，模具型腔內(nèi)噴涂有耐高溫涂料，用以降低模具所受的熱沖擊和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷卻速度，并且有利于鑄件冷卻后從模具內(nèi)取出。所述耐高溫涂料可選用輥頸澆鑄領(lǐng)域的常用涂料，如靜態(tài)鑄造工藝中采用的那些；優(yōu)選地，可以選用醇基鋯英粉涂料。
[0012]步驟(I)中，模具預(yù)熱的目的在于延緩鋼水的冷卻速度，防止因鋼水冷卻過快導(dǎo)致鑄件形成裂紋，其溫度優(yōu)選550-580°C。
[0013]步驟(2)中，鋼水材質(zhì)為本領(lǐng)域公知的用于制造工業(yè)爐用輥頸的耐熱合金，例如可以是ZG40Cr25Ni20。優(yōu)選地，鋼水溫度為1600_1630°C.步驟(6)中，可采用本領(lǐng)域公知的常規(guī)工藝對鑄件進(jìn)行后期處理，例如可采用車床或鏜床對其內(nèi)外表面進(jìn)行加工。當(dāng)外模高于內(nèi)模時(shí),后期處理還需要切除鑄件小端(細(xì)口端)的多余部分。
[0014]在知曉本發(fā)明上述方法的基礎(chǔ)上，適用于本發(fā)明的離心機(jī)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易獲知的。例如，可采用由天水華榮鑄造機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號為J5216HR的大型離心軋輥機(jī)、J556立式離心鑄造機(jī)等。
[0015]如中國專利申請201310152327.6中所說，立式離心鑄造有利于在徑向上形成規(guī)則排列的金相組織，增加鑄件的成型力，可提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品機(jī)械性能，延長使用壽命，降低產(chǎn)品報(bào)廢率。
[0016]本發(fā)明的鑄造方法在具有常規(guī)離心鑄造工藝優(yōu)點(diǎn)的前提下，是對立式離心鑄造工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。常規(guī)的離心鑄造在鋼水注入模具后，冷卻成型過程中伴隨著“提速-保持高轉(zhuǎn)速-降速”的離心轉(zhuǎn)速控制模式。不同與此，本發(fā)明的鑄造方法中包含了兩個(gè)提速階段，中間間隔有一個(gè)降速后在中速保持一段時(shí)間的過程；在第二次高轉(zhuǎn)速離心成型后，再采用分階段降速。
[0017]不局限于現(xiàn)有的任意理論， 申請人:發(fā)現(xiàn)，上述改進(jìn)/優(yōu)化能夠進(jìn)一步提升輥頸產(chǎn)品的性能。本發(fā)明制得的輥頸在高溫短時(shí)力學(xué)性能和持續(xù)高溫工作能力兩個(gè)方面不僅顯著優(yōu)于靜態(tài)鑄造產(chǎn)品，而且明顯優(yōu)于常規(guī)離心鑄造工藝的產(chǎn)品，后一點(diǎn)是現(xiàn)有技術(shù)中根本預(yù)料不到的。[0018]本發(fā)明的輥頸產(chǎn)品能夠進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品機(jī)械性能，延長使用壽命，降低產(chǎn)品報(bào)廢率。因此，本發(fā)明的另一目的還在于提供由上述立式離心鑄造方法制備而成的輥頸及其在工業(yè)爐中的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為立式離心鑄造輥頸的裝置示意圖，其中:1 一離心機(jī)主電機(jī)；2—離心機(jī)主機(jī)；3—尚心機(jī)法蘭盤；4一內(nèi)模；5—夕卜模；6—密封裝置；7—墊片；8—底板。
[0020]圖2為實(shí)施例1制得的輥頸產(chǎn)品的實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下通過具體實(shí)施例以對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)將其理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0022]材料和設(shè)各
離心機(jī)型號為J556型立式離心鑄造機(jī)。外模和內(nèi)模材料采用360V鋼，耐高溫涂料采用醇基鋯英粉涂料，輥頸材質(zhì)(即鋼水)采用ZG40Cr25Ni20。
[0023]產(chǎn)品規(guī)格和模具加工
產(chǎn)品預(yù)定尺寸(單位mm):大端外徑Φ806，大端內(nèi)徑Φ 746，大端直邊長50，小端外徑Φ 265，小端內(nèi)徑Φ 200，小端直邊長60，產(chǎn)品高度550。
[0024]模具加工:(1)按照輥頸產(chǎn)品的外壁形狀加工外模內(nèi)孔形狀；在同一高度，根據(jù)“外模內(nèi)孔尺寸=產(chǎn)品外徑尺寸+產(chǎn)品厚度X2.4%+ 10mm”的要求設(shè)置外模內(nèi)孔尺寸。(2)按照輥頸產(chǎn)品的內(nèi)壁形狀加工內(nèi)模外壁形狀；在同一高度，根據(jù)“內(nèi)模外壁尺寸=產(chǎn)品內(nèi)徑尺寸-產(chǎn)品厚度X2.4%- 10mm”的要求設(shè)置內(nèi)模外壁尺寸。(3)在小端口，外模比內(nèi)模高出100mm。(4)在模具型腔內(nèi)均勻噴涂厚度約為1.0mm的耐高溫涂料。
[0025]制各實(shí)施例 實(shí)施例1 (本發(fā)明)
采用本發(fā)明公開的立式離心鑄造輥頸的方法，具體包括以下步驟:
(1)將模具預(yù)熱至570°c，然后如附圖1所示，將其裝配在立式離心機(jī)法蘭盤上，開啟離心機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在280 r/min ；
(2)將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，密封后在15s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1300r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持3min ；
(3)在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至650r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持2min；
(4)在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1300r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持15min ；
(5)在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至650r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持9min;然后再在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至300 r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持5min ;然后關(guān)閉離心機(jī)，待其自然停止旋轉(zhuǎn)；
(6)將充分冷卻成型的鑄件取出，并采用切除小端多余部分和外車內(nèi)鏜(S卩，外表面車肖IJ、內(nèi)表面鏜孔)的方法對鑄件進(jìn)行加工，得到預(yù)定尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0026]圖2為本實(shí)施例所得產(chǎn)品的實(shí)物圖。目測可以看到，該輥頸產(chǎn)品表面形貌完好，無裂紋、氣孔、夾渣、疏松等缺陷。
[0027]對比例I采用常規(guī)的立式離心鑄造工藝制備輥頸，具體包括以下步驟:
(1)將模具預(yù)熱至570°c，然后如附圖1所示，將其裝配在立式離心機(jī)法蘭盤上，開啟離心機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在280 r/min ；
(2)將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，密封后在15s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1300r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持20min ；
(3)在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至650r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持9min;然后再在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至300 r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持5min ;然后關(guān)閉離心機(jī)，待其自然停止旋轉(zhuǎn)；
(4)將充分冷卻成型的鑄件取出，并采用切除小端多余部分和外車內(nèi)鏜的方法對鑄件進(jìn)行加工，得到預(yù)定尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0028]對比例2
采用靜態(tài)鑄造工藝制備輥頸，具體包括以下步驟:將模具預(yù)熱至570°C，接著將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，待其自然冷卻成型；然后將鑄件取出，采用切除小端多余部分和外車內(nèi)鏜的方法對鑄件進(jìn)行加工，得到預(yù)定尺寸的輥頸產(chǎn)品。
[0029]件能檢測和表征 A、滲透探傷
根據(jù)JB/T4730.5-2005對輥頸產(chǎn)品的外表面進(jìn)行滲透探傷(PT)，結(jié)果顯示:實(shí)施例1和對比例I的產(chǎn)品表面質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；而對比例2的產(chǎn)品表面存在明顯的氣孔、夾渣和裂紋。
[0030]這一結(jié)果說明，立式離心鑄造工藝相比于靜態(tài)鑄造工藝在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上存在明顯優(yōu)勢。
[0031]B、高溫短時(shí)力學(xué)性能試驗(yàn)
根據(jù)GB/T4338-2006，沿徑向切取拉伸試樣，使用WE-300高溫短時(shí)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)在高溫(871°C)下做產(chǎn)品拉伸試驗(yàn)。結(jié)果如表1所示。
[0032]表1輥頸產(chǎn)品的高溫短時(shí)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種立式離心鑄造輥頸的方法，包括以下步驟: (1)將模具預(yù)熱至500-60(TC后，將其裝配在立式離心機(jī)法蘭盤上，開啟離心機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在 200-300 r/min ； (2)將溫度1600-1650°C的鋼水快速注入模具，密封后在15s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1200-1300 r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持 2-3min ； (3)在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至600-700r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持2_3min； (4)再次在IOs內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速提升至1200-1300r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持10_15min ； (5)在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至600-700r/min，并在該轉(zhuǎn)速保持8_10min;然后再在30s內(nèi)將轉(zhuǎn)速勻速降至250-300 r/min,并在該轉(zhuǎn)速保持5min ;然后關(guān)閉離心機(jī)，待其自然停止旋轉(zhuǎn)； (6)將充分冷卻成型的鑄件取出，加工得到所需尺寸的輥頸產(chǎn)品。
2.權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造輥頸的方法，其特征在于:模具型腔內(nèi)噴涂有耐高溫涂料。
3.權(quán)利要求2所述的立式離心鑄造輥頸的方法，其特征在于:，所述耐高溫涂料是醇基鋯英粉涂料。
4.權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造輥頸的方法，其特征在于:步驟(I)中，模具預(yù)熱溫度為 550-580°C。
5.權(quán)利要求1所述的立式離心鑄造輥頸的方法，其特征在于:步驟(2)中，鋼水材質(zhì)為ZG40Cr25Ni20，鋼水溫度為 1600_1630°C。
6.—種棍頸，由立式離心鑄造方法制備而成。
7.權(quán)利要求6所述的輥頸，其特征在于:由權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法制備而成。
8.權(quán)利要求7所述的輥頸在工業(yè)爐中的應(yīng)用。
【文檔編號】B22D13/04GK103978177SQ201410220525
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】李勤峰 申請人:江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司