一種立式離心鑄造輥頸的方法
【專利摘要】本發明公開一種工業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行改進和優化，制得的輥頸產品具有極其優異的高溫短時力學性能和持續高溫工作能力，不僅顯著優于靜態鑄件，而且明顯優于常規離心鑄造工藝所得的產品。這一特性使其在高溫應用環境下能夠進一步延長使用壽命和降低產品報廢率，并且有利于在更高環境要求下的應用。
【專利說明】一種立式離心鑄造輥頸的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料鑄造領域，具體涉及一種工業爐爐輥的輥頸及其立式離心鑄造方法。
【背景技術】
[0002]輥頸是爐輥的核心組件。當爐輥被作為高溫傳送設備應用于工業爐時，輥頸工作條件為連續的高溫受力狀態，因此，用于工業爐爐輥的輥頸需要具有良好的高溫短時力學性能和持續高溫工作能力，這也是衡量輥頸高溫應用性能的兩項關鍵指標。
[0003]目前，輥頸的制造普遍采用靜態鑄造工藝(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澆口、澆道到達型腔成型，鑄件在冷卻凝固過程中靠冒口中鋼水的重力作用進行補縮。靜態鑄造的輥頸產品可以滿足在高溫條件下的基本應用要求，但是鑄件組織通常不規則且較不致密，存在氣孔、夾渣等結構缺陷，機械性能不夠優越，使用壽命也不理想，產品報廢率較高。
[0004]近來，研究人員發現，離心鑄造工藝相比于靜態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，將傳統的靜態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，增強鑄件冷卻時的補縮能力，能夠有效提高產品澆鑄質量，降低產品報廢率，提高產品的常溫和高溫機械性能，延長使用壽命。
[0005]離心鑄造工藝優勢明顯，有望在金屬鑄造領域得到進一步推廣。
[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，工藝條件和參數的選擇對最終產品性能有著非常關鍵的影響。對工藝進行優化和改進以期獲得盡可能提升的產品性能，將是現階段金屬構件離心鑄造領域的一個熱點和難點。
【發明內容】
[0007]本發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上，對工藝條件和參數進行了改進和優化，所得產品表現出了極其優異的高溫短時力學性能和持續高溫工作能力，顯著優于靜態鑄造產品，并且超出了對離心鑄造產品的一般性預期(即，相對于現有技術是預料不到的)。
[0008]本發明的具體方案如下:
一種立式離心鑄造輥頸的方法，包括以下步驟:
(1)將模具預熱至500-60(TC后，將其裝配在立式離心機法蘭盤上，開啟離心機，轉速控制在 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內將轉速勻速提升至1200-1300 r/min，并在該轉速保持 2-3min ；
(3)在IOs內將轉速勻速降至600-700r/min，并在該轉速保持2_3min； (4)再次在IOs內將轉速勻速提升至1200-1300r/min，并在該轉速保持10_15min ；
(5)在30s內將轉速勻速降至600-700r/min，并在該轉速保持8_10min;然后再在30s內將轉速勻速降至250-300 r/min,并在該轉速保持5min ;然后關閉離心機，待其自然停止
旋轉；
(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品。
[0009]適用于本發明上述方法中鑄造輥頸的模具對于本領域技術人員來說是容易確定的。一般來說，如附圖1中所示，該模具由內模和外模配套構成。外模內孔的形狀與輥頸產品的外壁形狀相同，而內模外壁則與輥頸產品的內壁形狀相同。在尺寸設置上，考慮到鋼水收縮率和后期加工需要，外模內孔尺寸略大于輥頸產品外徑的最終尺寸，而內模外壁尺寸略小于輥頸產品內徑的最終尺寸，即預留收縮量和加工余量；其中，鋼水收縮率和加工余量對本領域技術人員而言是公知且容易確定的。作為進一步優選的方案，如附圖1中所示，夕卜模高度大于內模高度，這樣設定有利于鋼水的快速注入。
[0010]模具材質可以是本領域常用的那些材料，例如可以是鑄鐵、鑄鋼等。
[0011]本發明的鑄造方法中，模具型腔內噴涂有耐高溫涂料，用以降低模具所受的熱沖擊和調節系統的冷卻速度，并且有利于鑄件冷卻后從模具內取出。所述耐高溫涂料可選用輥頸澆鑄領域的常用涂料，如靜態鑄造工藝中采用的那些；優選地，可以選用醇基鋯英粉涂料。
[0012]步驟(I)中，模具預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致鑄件形成裂紋，其溫度優選550-580°C。
[0013]步驟(2)中，鋼水材質為本領域公知的用于制造工業爐用輥頸的耐熱合金，例如可以是ZG40Cr25Ni20。優選地，鋼水溫度為1600_1630°C.步驟(6)中，可采用本領域公知的常規工藝對鑄件進行后期處理，例如可采用車床或鏜床對其內外表面進行加工。當外模高于內模時,后期處理還需要切除鑄件小端(細口端)的多余部分。
[0014]在知曉本發明上述方法的基礎上，適用于本發明的離心機對本領域技術人員而言是容易獲知的。例如，可采用由天水華榮鑄造機械有限公司生產的型號為J5216HR的大型離心軋輥機、J556立式離心鑄造機等。
[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則排列的金相組織，增加鑄件的成型力，可提高產品質量和產品機械性能，延長使用壽命，降低產品報廢率。
[0016]本發明的鑄造方法在具有常規離心鑄造工藝優點的前提下，是對立式離心鑄造工藝的進一步優化和改進。常規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-保持高轉速-降速”的離心轉速控制模式。不同與此，本發明的鑄造方法中包含了兩個提速階段，中間間隔有一個降速后在中速保持一段時間的過程；在第二次高轉速離心成型后，再采用分階段降速。
[0017]不局限于現有的任意理論， 申請人:發現，上述改進/優化能夠進一步提升輥頸產品的性能。本發明制得的輥頸在高溫短時力學性能和持續高溫工作能力兩個方面不僅顯著優于靜態鑄造產品，而且明顯優于常規離心鑄造工藝的產品，后一點是現有技術中根本預料不到的。[0018]本發明的輥頸產品能夠進一步提升產品質量和產品機械性能，延長使用壽命，降低產品報廢率。因此，本發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爐中的應用。
【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 一離心機主電機；2—離心機主機；3—尚心機法蘭盤；4一內模；5—夕卜模；6—密封裝置；7—墊片；8—底板。
[0020]圖2為實施例1制得的輥頸產品的實物圖。
【具體實施方式】
[0021]以下通過具體實施例以對本發明作進一步說明，但不應將其理解為對本發明保護范圍的限制。
[0022]材料和設各
離心機型號為J556型立式離心鑄造機。外模和內模材料采用360V鋼，耐高溫涂料采用醇基鋯英粉涂料，輥頸材質(即鋼水)采用ZG40Cr25Ni20。
[0023]產品規格和模具加工
產品預定尺寸(單位mm):大端外徑Φ806，大端內徑Φ 746，大端直邊長50，小端外徑Φ 265，小端內徑Φ 200，小端直邊長60，產品高度550。
[0024]模具加工:(1)按照輥頸產品的外壁形狀加工外模內孔形狀；在同一高度，根據“外模內孔尺寸=產品外徑尺寸+產品厚度X2.4%+ 10mm”的要求設置外模內孔尺寸。(2)按照輥頸產品的內壁形狀加工內模外壁形狀；在同一高度，根據“內模外壁尺寸=產品內徑尺寸-產品厚度X2.4%- 10mm”的要求設置內模外壁尺寸。(3)在小端口，外模比內模高出100mm。(4)在模具型腔內均勻噴涂厚度約為1.0mm的耐高溫涂料。
[0025]制各實施例 實施例1 (本發明)
采用本發明公開的立式離心鑄造輥頸的方法，具體包括以下步驟:
(1)將模具預熱至570°c，然后如附圖1所示，將其裝配在立式離心機法蘭盤上，開啟離心機，轉速控制在280 r/min ；
(2)將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，密封后在15s內將轉速勻速提升至1300r/min,并在該轉速保持3min ；
(3)在IOs內將轉速勻速降至650r/min，并在該轉速保持2min；
(4)在IOs內將轉速勻速提升至1300r/min，并在該轉速保持15min ；
(5)在30s內將轉速勻速降至650r/min，并在該轉速保持9min;然后再在30s內將轉速勻速降至300 r/min,并在該轉速保持5min ;然后關閉離心機，待其自然停止旋轉；
(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鏜(S卩，外表面車肖IJ、內表面鏜孔)的方法對鑄件進行加工，得到預定尺寸的輥頸產品。
[0026]圖2為本實施例所得產品的實物圖。目測可以看到，該輥頸產品表面形貌完好，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)將模具預熱至570°c，然后如附圖1所示，將其裝配在立式離心機法蘭盤上，開啟離心機，轉速控制在280 r/min ；
(2)將溫度為1630°C的鋼水快速注滿模具，密封后在15s內將轉速勻速提升至1300r/min,并在該轉速保持20min ；
(3)在30s內將轉速勻速降至650r/min，并在該轉速保持9min;然后再在30s內將轉速勻速降至300 r/min,并在該轉速保持5min ;然后關閉離心機，待其自然停止旋轉；
(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鏜的方法對鑄件進行加工，得到預定尺寸的輥頸產品。
[0028]對比例2
采用靜態鑄造工藝制備輥頸，具體包括以下步驟:將模具預熱至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鏜的方法對鑄件進行加工，得到預定尺寸的輥頸產品。
[0029]件能檢測和表征 A、滲透探傷
根據JB/T4730.5-2005對輥頸產品的外表面進行滲透探傷(PT)，結果顯示:實施例1和對比例I的產品表面質量良好，未發現氣孔、夾渣、裂紋等缺陷；而對比例2的產品表面存在明顯的氣孔、夾渣和裂紋。
[0030]這一結果說明，立式離心鑄造工藝相比于靜態鑄造工藝在產品結構上存在明顯優勢。
[0031]B、高溫短時力學性能試驗
根據GB/T4338-2006，沿徑向切取拉伸試樣，使用WE-300高溫短時強度試驗機在高溫(871°C)下做產品拉伸試驗。結果如表1所示。
[0032]表1輥頸產品的高溫短時力學性能試驗結果
【權利要求】
1.一種立式離心鑄造輥頸的方法，包括以下步驟: (1)將模具預熱至500-60(TC后，將其裝配在立式離心機法蘭盤上，開啟離心機，轉速控制在 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內將轉速勻速提升至1200-1300 r/min，并在該轉速保持 2-3min ； (3)在IOs內將轉速勻速降至600-700r/min，并在該轉速保持2_3min； (4)再次在IOs內將轉速勻速提升至1200-1300r/min，并在該轉速保持10_15min ； (5)在30s內將轉速勻速降至600-700r/min，并在該轉速保持8_10min;然后再在30s內將轉速勻速降至250-300 r/min,并在該轉速保持5min ;然后關閉離心機，待其自然停止旋轉； (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品。
2.權利要求1所述的立式離心鑄造輥頸的方法，其特征在于:模具型腔內噴涂有耐高溫涂料。
3.權利要求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，模具預熱溫度為 550-580°C。
5.權利要求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.權利要求6所述的輥頸，其特征在于:由權利要求1-5中任一項所述的方法制備而成。
8.權利要求7所述的輥頸在工業爐中的應用。
【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 優先權日:2014年5月22日
【發明者】李勤峰 申請人:江蘇雙勤民生冶化設備制造有限公司