[发明专利]一种立式离心铸造三通的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料铸造领域，具体涉及一种高温受压件三通及其离心铸造方法。

背景技术

三通广泛应用于石化工业炉中，是传送高温气体的重要部件，工作条件为高温受压状态，因此要求其具有良好的高温短时力学性能和高温持久力学性能。其材料一般选用高铬镍合金。

目前，三通主要有三种制造方法。第一种是采用毛坯锻件进行机加工，此种方法能获得表面和内在质量都很好的产品，但材料浪费很大，制造成本太高；第二种是采用整体静态铸造，因为其结构和壁厚原因，铸件组织不规则且不致密，易产生气孔、夹渣等缺陷，其过渡处更是因冷却速度不均匀容易出现热裂纹，严重影响产品质量；第三种是采用分段离心铸造的方法，使用卧式离心铸造制造管段，然后组焊成产品，此种方法能满足产品使用要求，但因为产品壁厚大导致焊接工作量很大，焊接残余应力也大。

研究人员近来发现，离心铸造工艺是一种优异的金属材料铸造技术，其材料损耗少、工作量小、且产品质量和性能高。例如，中国专利申请201310152327.6公开了一种立式离心铸造过渡短节的方法，其中指出，离心铸造可以获得比重力场更高的离心力场，提高钢水充型力，增强铸件冷却时的补缩能力，能够有效提高产品浇铸质量，降低产品报废率，提高产品的常温和高温机械性能，延长使用寿命。

离心铸造工艺优势明显，有望在金属构件铸造领域得到进一步推广。然而，离心铸造工艺并非是一套格式化流程。同样是离心铸造，工艺条件和参数的选择对最终产品性能有着非常关键的影响。对工艺进行优化和改进以期获得尽可能提升的产品性能，将是现阶段金属构件离心铸造领域的一个热点和难点。

发明内容

本发明的目的首先在于提供一种立式离心铸造三通的方法。在将立式离心铸造工艺引入三通整体铸造的基础上，对工艺条件和参数进行了改进和优化，所得产品表现出了优异的高温短时力学性能和高温持久力学性能，显著优于静态铸造产品，并且超出了对离心铸造产品的一般性预期（即，相对于现有技术是预料不到的）。

本发明的具体方案如下：

一种立式离心铸造三通的方法，包括以下步骤：

（1）模具预热后，将其装配在立式离心机法兰盘上，开启离心机，转速控制在300-350 r/min；

（2）将温度1560-1640℃的钢水快速注入模具，密封后在15s内将转速匀速提升至1150-1250 r/min，并在该转速保持2-3min；

（3）在10s内将转速匀速降至500-600r/min，并在该转速保持2-3min；

（4）再次在10s内将转速匀速提升至1150-1250 r/min，并在该转速保持15-20min；

（5）在30s内将转速匀速降至500-600r/min，并在该转速保持8-10min；然后再在30s内将转速匀速降至250-300 r/min，并在该转速保持5min；然后关闭离心机，待其自然停止旋转；

（6）将充分冷却成型的铸件取出，加工得到所需尺寸的三通产品。

适用于本发明上述方法中铸造三通的模具对于本领域技术人员来说是容易确定的。如附图1中所示，该模具可包括上模5、下模4和泥芯6。其中，泥芯6位于上模5与下模4之间，上模5、下模4和泥芯6共同构造出三通的型腔。上模5和下模4均为圆形，上有2个或多个定位销孔，定位销孔的作用在于安装上下模时保证上模和下模相对位置固定。上模5上有浇口，上模5和下模4的端面均有3条或多条排气槽，排气槽的作用是当钢水浇入的时候，钢水和型腔里面的气体可通过排气槽排出。下模4上有圆形止口，泥芯6通过圆形止口固定在下模4上，可避免在高速旋转时滑出原来位置，引起钢水浇铸不均匀。

上模5和下模4构成的内孔形状以及泥芯6的形状分别与三通的外、内壁形状相同，但在尺寸设置上略有差异。考虑到钢水收缩率和后期加工需要，内孔尺寸应略大于三通产品相应位置的外壁尺寸，泥芯6的尺寸则应略小于三通产品相应位置的内壁尺寸，即预留收缩量和加工余量；其中，钢水收缩率和加工余量对本领域技术人员而言是公知且容易确定的。通常来说，钢水收缩率为1-3%，加工余量为20-60mm。

模具材质可以是本领域常用的那些材料。例如，上模5和下模4材料可以是铸铁、铸钢或锻件；泥芯6材料可以是砂型铸造领域常用的树脂砂，优选透气型树脂砂（钢水进入型腔时，有助于气体通过泥芯6排至排气槽）。