[发明专利]锆及锆合金大型铸件的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产锆及锆合金铸件的生产方法，特别是一种锆及锆合金大型铸件的生产方法。

技术背景

锆及锆合金是一种比较昂贵的金属材料，在许多强腐蚀介质中具有非常优异的耐腐蚀性能，并且有良好的机械性能。目前，锆材作为一种特殊耐腐蚀材料已经得到非常广泛的应用，尤其是在高浓度高温度的还原酸性介质中，锆材是化工设备制造的首选材料。锆材熔点高，热导率较低，线膨胀系数较小。锆材高温时活性很高，几乎能和所有的耐火材料发生不同程度的化学反应，并且高温时锆材在非常容易和CO₂、O₂、N₂和H₂等气体发生化学反应使锆材脆化造成设备失效。这使得锆及锆合金铸造必须选用高化学稳定性的铸型材料，保证锆合金不与模型发生化学反应，具有较小的表面污染层。

目前，有色活泼金属可用的铸造工艺方法有机加工石墨型铸造、熔模精密铸造。机加工石墨型铸造的特点是模型加工简单方便，模型强度高，厚度可根据设计需要制作。但是，石墨型导热快对液态金属有激冷作用，在铸件表面容易形成冷隔和留痕等缺陷，尤其是大型铸件，由于充型时间长液态金属温度降低很多，表面冷隔和留痕出现的几率更大。另外由于模型表面加工粗糙，造成铸件必须留较大的加工余量致使材料浪费。熔模精密铸造的特点是铸件表面质量高，适合于复杂薄壁铸件，但制作工艺较为复杂，制作涂层的厚度有限，对于大型高及锆合金铸件的浇注不适用。

  从国家知识产权局网上查的：申请号为CN200910012462.4的“一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法”专利，其技术采用熔模陶瓷型壳精密铸造和热等静压方法生产锆及锆合金泵、阀精密铸件，熔模陶瓷型壳精密铸造是指在真空自耗凝壳炉中采用熔模陶瓷型壳进行铸件的近净成型铸造，熔模陶瓷型壳按照与泵阀构件几何形状尺寸一致的蜡型翻制而成，其内表面前两层型壳材料由特种氧化物构成，整个型壳经压蜡、涂料、挂壳、脱腊、焙烧等工艺环节制成；热等静压，是将要处理的铸件置于密闭耐高压和可加热至高温的容器内，先抽真空后充入高压惰性气体，加热升温至预定温度。简单的说：这是采用熔模精密铸造工艺铸造锆及锆合金泵阀铸件，对于大型铸件，采用熔模精密模铸造操作比较复杂，难度大，涂层一般要涂30～40层以上，难以实现。另外，热等静压处理费用非常昂贵，采用热等静压方法提高铸件质量使成本增加几倍甚至十倍。

发明内容

 本发明的目的是针对上述问题，提供一种锆及锆合金大型铸件的生产方法。实现该工艺能够大规模化生产出铸件重量在500kg以上的锆及锆合金大型铸件，达到所生产的铸件表面粗糙度≤6.3mm,表面污染层≤0.05mm；铸件表面无冷隔、留痕和裂纹等缺陷。

本发明的采用的技术方案是：对于大型锆材铸件铸造最大的难点在于选择合适的铸型材料，模型既要有很好的高温化学稳定性和高的表面光洁度来保证高的铸件表面质量和低加工量，同时又要有较高的模型强度承受大量液态锆金属的冲击。

一种锆及锆合金大型铸件的生产方法，其特征在于：其工艺步骤：

（1）石墨铸型机械加工制备；根据铸造工艺图纸将石墨化的电极石墨料采用机械加工和手工铲制的方法加工成石墨铸型；

(2)陶瓷层涂料配置；在常温常压下，陶瓷涂料是由200～300目的电熔Y₂O₃粉40%、钇溶胶59%、表面活性剂JFC0.9%、消泡剂正丁醇0.1%混合均匀搅拌制成，上述百分比为质量百分比；

（3）将加工好的石墨铸型预热100℃，将配好的涂料用细刷均匀的涂刷于模型中与液态金属接触的型芯表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；

（4）石墨铸型在涂覆后，涂层自然干燥1～10h，然后在真空炉内加热至450℃保温2h，然后加热至1000℃保温4小时真空出气，出气过程真空度不低于50Pa；

（5）模型随炉冷至200℃出炉，出炉后存放在烘箱内200℃保温等待浇注；

（6）采用真空自耗凝壳炉中熔炼浇注；在1000kg的真空自耗电极凝壳炉中熔炼浇注，铸型直接从烘箱中取出装炉，模型温度必须大于100℃，采用Φ350电极，熔炼电流38000A，熔炼真空度小于1Pa。

（7）浇注后铸件随炉冷却至200℃以下出炉。经过清砂、打磨、检验形成成品。 

本发明的采用的技术方案还包括：