CN101716651B

CN101716651B - 大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法

Info

Publication number: CN101716651B
Application number: CN2009100559931A
Authority: CN
Inventors: 徐清; 张宗来; 李安全; 蔡中强; 毕永成
Original assignee: HUAXIN ALLOY CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: HUAXIN ALLOY CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: CN101716651A

Abstract

大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理、产品质量检验。在混砂、造型步骤中采用浇冒口合一工艺，并在铸件的厚大部位采用外冷铁。本发明生产出的涡轮增压器涡壳铸件产品的抗拉强度＞500Mpa、屈服强度＞400Mpa、伸长率＞8％、硬度195～245HBS；铸件产品的金相组织为球化率＞80％、铁素体＞90％、钼碳化物＜4％。产品化学成分符合技术条件。

Description

大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，特别涉及一种大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法。

背景技术

大型船用涡轮增压器涡壳铸件产品的材料为硅钼球墨铸铁。产品的机械性能指标为：抗拉强度≥500Mpa，屈服强度≥400Mpa，伸长率≥8％，硬度195～245HBS；产品的化学成分重量百分比要求为：C 2.9～3.8％、Si3.6～4.0％、Mn≤0.30％、P≤0.07％、S≤0.012％、Mo 0.5～0.7％；产品的金相组织要求为：球化率≥80％、铁素体≥90％、钼碳化物≤4％。产品技术指标特点为：

(1)机械性能检测试样从铸件本体上取样，故铸件产品不允许有缩松夹渣缺陷，铸件本体组织要达到均匀一致；

(2)化学成分要求中对硫含量有较高的要求，达到S≤0.012；

(3)本产品为燃气增压器部件，产品工作时始终承受高温高速气流通过，工作环境恶劣，因此铸件必须具备良好的热稳定性，产品金相组织的基体必须是铁素体基体；

(4)客户对产品的外观有较高的要求。

因此，如何满足上述技术要求，成了铸造涡轮增压器涡壳产品的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，以使生产出的增压器涡壳铸件产品能够满足上述技术要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理、产品质量检验；其特征是：所述炉料熔炼步骤包括炉料配置及熔炼，炉料配置的重量百分比为：生铁25～35％、回炉铁50～70％、废钢5～15％；中频感应电炉熔炼，温度为1440～1580℃；

所述的出铁球化孕育处理步骤包括球化处理和硅钡孕育剂两次孕育处理两个工序；

所述的浇注步骤中，浇注温度控制在1360～1480℃，采用浇冒口合一工艺，铁液从浇口杯中浇入后直接流入型腔，同时就用此浇口杯作补缩冒口，来补给铸件凝固时需补偿的铁液，此浇冒口杯具有浇口杯及补缩冒口的两个功能。

进一步，本发明所述的球化处理工序所加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量，球化剂的粒度为3～25mm。

金属炉料熔炼时，加入1.0～2.5％的碳化钙脱硫剂进行炉内脱硫。

为保证上述浇冒口杯的保温功能，及防止在铁液浇注时造成冲砂缺陷，浇冒口杯采用高温强度好且又具有保温性能的陶瓷材料，在制作上砂型时，直接埋入铸型中。

在浇冒口杯底部放置泡沫陶瓷过滤片，来过滤浇入杯中的铁液，去除铁液中的杂质，从而防止产品产生夹渣缺陷。

在铸造工艺中，在铸件的厚大部位大量采用外冷铁，以保证这些铸件的厚大部位加速冷却及凝固，从而保证这些部位不产生缩松及缩孔缺陷。

在造型步骤的上涂料工序中，为了获得清晰美观的铸件表面不采用传统的刷涂料工艺，而是采用了较为先进的流涂工艺，即涂料流过型腔表面形式上涂料。保证上涂料后型腔表面光洁清晰，不产生刷涂料传统工艺的涂刷痕迹及涂料在型腔尖角聚集的问题。

本发明所述的炉料熔炼步骤包括配置炉料和熔炼铁液两个部分。炉料配置的重量百分比为：生铁25～35％、回炉铁50～70％、废钢5～15％；熔炼采用中频感应电炉进行铁液熔炼，熔炼温度为1440～1580℃。因铸件产品对化学成分中的硫含量有严格要求，故在铁液熔炼工序中要进行炉内脱硫操作，办法是在金属炉料熔化前向炉内加入1.0～2.5％的碳化钙脱硫剂，待金属炉料全部熔化后铁液中的硫与碳化钙起脱硫反应，完成脱硫任务。

所述的出铁球化孕育处理步骤包括出铁球化处理和硅钡孕育剂两次孕育两个部分。其中所述的出铁球化处理工序中加入的球化剂总量为熔炼铁液出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE 1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量。

所述的球化剂的粒度为3～25mm。

所述的硅钡孕育剂两次孕育处理过程为：在球化处理工序的第二次补加铁液时随着铁液流加入铁液总量的0.3～0.5％硅钡孕育剂，随后搅拌扒渣后第二次在铁液面上再加入铁液总量的0.3～0.5％硅钡孕育剂，并进行搅拌扒渣。硅钡孕育剂的化学成分重量百分比为：Si 60～70％、Ca0.8～2.5％、Ba 1.0～6.0％、Al 1.0～2.0％及Fe余量；硅钡孕育剂的粒度为3～25mm。

所述的浇注步骤中，铁液经球化及孕育处理后，要保证铁液的浇注温度在1360～1480℃。最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C2.9～3.8％、Si 3.6～4.0％、Mn≤0.3％、P≤0.07％、S≤0.012％、Mo 0.5～0.7％、RE 0.01～0.04％、Mg 0.02～0.08％及Fe余量。

本发明的有益效果是：

本发明采用了独创的浇冒口合一的特殊工艺，其特点是铁液从浇口杯中浇入后直接流入型腔，没有设置传统的直浇道、横浇道及内浇道，同时就用此浇口杯作补缩冒口，来补给铸件凝固时需补偿的铁液。因而此浇冒口杯具有浇口杯及补缩冒口的两个功能。

采用本发明所述的铸造方法后，生产出的涡轮增压器涡壳铸件产品的抗拉强度＞500Mpa、屈服强度＞400Mpa、伸长率＞8％、硬度195～245HBS；产品的金相组织为：球化率＞80％、铁素体＞90％、钼碳化物＜4％。产品的化学成分符合客户的技术标准。

附图说明

图1为本发明一实施例的示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

实施例1

参见图1、图2，本发明大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，包括如下步骤：

(1)混砂、造型及制芯

涡轮增压器涡壳铸件采用自动混砂机混制呋喃树脂自硬砂后进行造型和制造3个砂芯1、2、3。在造型以前在下型板规定位置放置好5种外冷铁61、62、63、64、65(总共11块)，在上型板规定位置放置好保温浇冒口杯7及出气道，然后进行填砂、紧实、起模、修型、再进行流涂及表面烘干。再接着制造3个砂芯1、2、3，并进行刷涂料及表面烘干后放着备用。

(2)合型

在下砂型中按顺序吊入3个砂芯1、2、3，用卡板检测3个砂芯的高度尺寸是否符合要求，并把上砂型4翻转后在保温浇冒口杯7内放置陶瓷过滤片8吹净上下砂型型腔内的浮砂之后，吊起上砂型进行合型用螺栓紧箱后等待浇注。

本发明所述的制芯及合型步骤中，要制作3个砂芯来形成涡壳产品复杂的型腔。3个砂芯在合型前按顺序下到下砂型5中，最后合型等待浇注。

(3)炉料熔炼

先配置炉料，炉料的组成重量百分比为：生铁25％、回炉铁70％、废钢5％，然后将配置好的炉料及1.5％的碳化钙脱硫剂投入中频感应电炉中进行铁液熔炼，熔炼温度为1560℃，静置保温5～10分钟，让铁液中的杂质充分漂浮上来，用聚渣剂聚集后扒出炉外，不让这些杂质带到处理的铁液中。

(4)出铁球化孕育处理

包括出铁进行球化处理及硅钡孕育剂两次孕育处理两个部分。其中球化处理采用冲入法球化处理工艺，球化剂粒度为3～25mm，球化剂加入量为1.50％，铁液出炉温度为1550℃，第一次出铁量为总量的2/3，球化剂与铁液的反应作用时间为60～90秒，待反应结束后扒净铁液面上的浮渣，补加剩余的1/3铁液，此时随着补加的铁液流加入出铁总量的0.35％的硅钡孕育剂，之后进行搅拌及扒净铁液面上的浮渣，接着在铁液面上再加入0.35％硅钡孕育剂，并再进行搅拌及扒渣，最后盖上保温覆盖剂去进行浇注。其中球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 6.25％、RE 2.15％、Si 44％、Ca 2.50％及Fe余量；硅钡孕育剂的化学成分重量百分比为：Si61％、Ca 2.4％、Ba 1.2％、Al 1.92％及Fe余量，硅钡孕育剂的粒度为3～25mm。

(5)浇注

铁液的浇注温度为1410℃。铁液从浇冒口杯中浇入后，经过泡沫陶瓷过滤片的过滤，去除了铁液中的杂质，避免了铸件产生夹渣缺陷的可能。另外铁液经过过滤片后，减缓了流动速度，避免了铁液对铸型的冲击，从而不产生冲砂缺陷，同时铁液的平稳流动的充型过程，有利于避免铁液在流动过程中产生二次氧化而产生夹渣缺陷的可能性。最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C 3.05％、Si 3.92％、Mn 0.25％、P 0.058％、S 0.010％、Mo 0.54％、RE 0.015％、Mg 0.038％以及Fe余量。

(6)冷却开箱

(7)铸件清理

(8)质量检验

检验不合格的产品淘汰作废，合格的进入铸件合格品仓库。

采用本发明所述的铸造方法后，产品的工艺出品率很高，铸件毛重为43公斤，浇冒口重11公斤，工艺出品率达到80％，对降低生产成本提高经济效益起到了技术保证作用。

产品的材料为硅钼球墨铸铁，产品的机械性能检测结果：抗拉强度540Mpa，屈服强度431Mpa，伸长率9.8％，硬度225HBS；铸件产品金相组织检测结果为：球化率85％、铁素体93％、钼碳化物3％；铸件产品化学成分检测结果：C 3.05％、Si 3.92％、Mn 0.25％、P 0.058％、S 0.010％、Mo 0.54％、RE 0.015％、Mg 0.038％以及Fe余量；铸件产品经超声波缺陷检测结果没有任何铸造缺陷。铸件产品完全满足客户的技术条件要求。

表1本发明实施例的主要工艺参数

实施例2、3、4、5的工艺过程同实施例1不再阐述。

Claims

1.大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理、产品质量检验；其特征是：

所述炉料熔炼步骤包括炉料配置及熔炼，炉料配置的重量百分比为：生铁25～35％、回炉铁50～70％、废钢5～15％；中频感应电炉熔炼，温度为1440～1580℃；

所述的出铁球化孕育处理步骤包括球化处理和硅钡孕育剂两次孕育处理两个工序；所述的硅钡孕育剂两次孕育处理过程为：在球化处理工序的补加铁液时随着铁液流第一次加入铁液总量的0.3～0.5％硅钡孕育剂，随后搅拌扒渣后第二次在铁液面上再加入铁液总量的0.3～0.5％硅钡孕育剂，并进行搅拌扒渣；

所述的浇注步骤中，浇注温度控制在1360～1480℃，采用浇冒口合一工艺，铁液从浇冒口杯中浇入后直接流入型腔，同时就用此浇冒口杯作补缩冒口，来补给铸件凝固时需补偿的铁液，此浇冒口杯具有浇口杯及补缩冒口的两个功能；

铸件的化学成分重量百分比为：C 2.9～3.8％、Si 3.6～4.0％、Mn≤0.30％、P≤0.07％、S≤0.012％、Mo 0.5～0.7％、RE 0.01～0.04％、Mg0.02～0.08％以及Fe余量。

2.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，所述的球化处理工序所加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量。

3.如权利要求2所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，所述的球化剂的粒度为3～25mm。

4.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，所述的硅钡孕育剂两次孕育处理中，两次孕育所加的孕育剂量均为出铁铁液总量的0.30～0.50％，重量百分比计；硅钡孕育剂的化学成分重量百分比为：Si 60～70％、Ca 0.8～2.5％、Ba 1.0～6.0％、Al1.0～2.0％及Fe余量；硅钡孕育剂的粒度为3～25mm。

5.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，金属炉料熔炼时，加入1.0～2.5％重量百分比的碳化钙脱硫剂进行炉内脱硫。

6.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，在浇冒口杯的底部放置泡沫陶瓷过滤片。

7.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，在铸件的厚大部位采用外冷铁。

8.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，在造型步骤中的上涂料工序采用流涂工艺，即涂料流过型腔表面形式上涂料。

9.如权利要求1所述的大型船用涡轮增压器涡壳铸件的铸造方法，其特征在于，所述的浇冒口杯采用高温强度好且又具有保温性能的陶瓷材料制成。