CN102019353A - 一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法，包括以下步骤：1)蜡模模具制造；2)压制蜡模；3)浇注系统设计及制作；4)组型：采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第3)步压制的浇口杯、十字形横浇道、直浇道及内浇口进行粘结，形成整体；5)挂砂；6)模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，焙烧完成后取出模壳清理内腔残留物；7)熔炼及浇注；8)铸件清理；9)热处理后制得复杂薄壁件成品。该方法采用直接铸造的方式，获得接近所要求几何尺寸的核反应堆管座，经过本方法后只需少量机械加工即可完成管座制造，使其制造成本显著降低。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造技术，特别涉及一种精密铸造成型方法，尤其是一种适用于复杂薄壁铸件的精密铸造成型方法。
背景技术
核燃料反应堆上管座其底部具有一百多个异型流水孔及安装孔，任意两孔之间壁厚2～3mm，孔壁高18～24mm，且管座顶部具有四个厚大管脚，属典型的复杂薄壁构件。目前，核反应堆上管座普遍采用整块不锈钢经精密数控加工而成，造成金属材料浪费严重、生产效率低、成品率低，消耗大量的能源及工时，这不仅使上管座的成本特别高昂，而且不能保证生产急用的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法，该方法采用直接铸造的方式，获得接近所要求几何尺寸的核反应堆管座，经过本方法后只需少量机械加工即可完成管座制造，使其制造成本显著降低。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种复杂薄壁件的精密铸造成型方法，包括以下步骤：
1)蜡模模具制造：
根据复杂薄壁件的结构制作金属蜡模模具；
2)压制蜡模：
采用上一步制作的蜡模模具利用压蜡机压制复杂薄壁件蜡模，压制温度70～80℃，压制压力0.4～0.7MPa；
3)浇注系统设计及制作：
采用压蜡机分别压制浇口杯、十字形横浇道、直浇道及内浇口；
4)组型：
采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第3)步压制的浇口杯、十字形横浇道、直浇道及内浇口进行粘结，形成整体；
5)挂砂：
对以上整体进行多层挂砂，挂砂完成后用浆料进行封严，形成模壳；
6)模壳焙烧：
在箱式电阻炉中焙烧模壳，焙烧完成后取出模壳清理内腔残留物；
7)熔炼及浇注：
重熔不锈钢成品铸锭，熔化后将钢液倒入浇包中进行铸件浇注，浇注前将模壳预热以备浇注；
8)铸件清理：
采用水力清壳或干吹砂清壳；采用锯床切割浇注，内浇口采用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂；
9)热处理：
将清理后的铸件在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理，完成后制得复杂薄壁件成品。
上述步骤5)中，多层挂砂时，首先用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8～16小时后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥4～8小时；第五至八层用20目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少4～8小时。
上述步骤6)中，焙烧模壳时，将电阻炉升温至450～500℃，将准备焙烧的模壳放入炉内，继续升温至800～1100℃保温1～3小时，然后停电炉冷至200℃。
上述步骤7)中，熔化前以质量百分比浓度计，首先称量0.13～0.17％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.08％～0.12％铝块作炉内脱氧剂，0.08％～0.12％硅钙块作包内脱氧剂，以R6为熔剂，经850～950℃烘烤3h；精炼用熔剂中外加15％～25％硅钙粉；熔化时首先在炉底加入R6熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内；以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持10～20min，再扒渣；扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分3～4次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在30～40min内；当钢液温度达到1580～1590℃时，插入0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面；当钢液温度升到1590～1640℃时，扒渣，在15kg镁质浇包中加入0.1％硅钙粉。
上述步骤9)中，使铸件在1050～1100℃保温30分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时间不大于25秒。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用精密铸造成型的方法替代整块材料机加工的方法生产核反应堆管座，只需少量机械切削加工或仅进行磨削加工即可完成生产，不仅节约大量材料、提高工效，而且可有效提高产品性价比，可产生巨大经济效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的浇注系统设计方案。
图中，1为浇口杯；2为十字形横浇道；3为直浇道；4为内浇口。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本实施例按照图1所示的工艺流程图进行，具体如下步骤：
1)蜡模模具设计及制造：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体上是确定拔模斜度为3′，铸件收缩量为1.5％；
2)压制蜡模：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模，压制温度70℃，压制压力0.4MPa；
3)浇注系统设计及制作：浇注系统结构如图2所示，采用压蜡机压制上述分别压制浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4；
4)组型：采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4按照图2所示的结构进行粘结，形成整体；
5)挂砂：用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥4小时；第五至八层用20目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少4小时；最后用浆料进行封严；
6)模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至450℃，将准备焙烧的模壳放入炉内，继续升温至800℃保温1小时，然后停电炉冷至200℃；取出模壳清理内腔残留物；浇注前将模壳预热以备浇注；
7)熔炼及浇注：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔；以质量百分比浓度计，熔化前首先称量0.13％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.08％铝块作炉内脱氧剂，0.08％硅钙块作包内脱氧剂。准备R6熔剂，经850℃烘烤3h。精炼用熔剂中外加15％硅钙粉。熔化时首先在炉底加入R6熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内。以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持10min，再扒渣。扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分3次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在30min内。当钢液温度达到1580℃时，插入0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。当钢液温度升到1590℃时，扒渣，在15kg镁质浇包中加入0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注；
8)铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳；采用锯床切割浇注系统，内浇口采用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂；
9)热处理：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理。核反应堆管座在1050℃保温30分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时间不大于25秒；完成后制得复杂薄壁件成品。
对以上制得的铸件成品经X射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能测试后结果如下：
| 检测项目 | 拉伸强度(σb) | 屈服强度(σ0.2) | 延伸率(δ4D) |
| 1#试样 | 577 | 286 | 56 |
| 2#试样 | 578 | 307 | 58.1 |
实施例2：
1)蜡模模具设计及制造：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体上是确定拔模斜度为1.5°，铸件收缩量为2.3％；
2)压制蜡模：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模，压制温度75℃，压制压力0.55MPa；
3)浇注系统设计及制作：浇注系统结构如附图2所示，采用压蜡机压制上述分别压制浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4；
4)组型：采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4按照附图2所示的结构进行粘结，形成整体；
5)挂砂：用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥12小时后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥6小时；第五至八层用20目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少6小时；最后用浆料进行封严；
6)模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至475℃，将准备焙烧的模壳放入炉内，继续升温至950℃保温2小时，然后停电炉冷至200℃；取出模壳清理内腔残留物；浇注前将模壳预热以备浇注；
7)熔炼及浇注：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔；熔化前首先称量0.13～0.17％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.1％铝块作炉内脱氧剂，0.1％硅钙块作包内脱氧剂。准备R6熔剂，经900℃烘烤3h。精炼用熔剂中外加20％硅钙粉。熔化时首先在炉底加入R6熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内。以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持15min，再扒渣。扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分3～4次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在35min内。当钢液温度达到1585℃时，插入0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。当钢液温度升到1610℃时，扒渣，在15kg镁质浇包中加入0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注；
8)铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳；采用锯床切割浇注系统，内浇口采用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂；
9)热处理：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理。核反应堆管座在1075℃保温30分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时间不大于25秒；
将以上制得的成品铸件经X射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能测试后结果如下：
| 检测项目 | 拉伸强度(σb) | 屈服强度(σ0.2) | 延伸率(δ4D) |
| 1#试样 | 610 | 300 | 59 |
| 2#试样 | 610 | 309 | 63 |
实施例3：
1)蜡模模具设计及制造：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体上是确定拔模斜度为3°，铸件收缩量为3％；
2)蜡模压制：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模，压制温度80℃，压制压力0.7MPa；
3)浇注系统设计及制作：浇注系统结构如附图2所示，采用压蜡机压制上述分别压制浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4；
4)组型：采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯1、十字形横浇道2、直浇道3及内浇口4按照附图2所示的结构进行粘结，形成整体；
5)挂砂：用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥16小时后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥8小时；第五至八层用20目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少8小时；最后用浆料进行封严；
6)模壳焙烧：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至500℃，将准备焙烧的模壳放入炉内，继续升温至1100℃保温3小时，然后停电炉冷至200℃；取出模壳清理内腔残留物；浇注前将模壳预热以备浇注；
7)熔炼及浇注：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔；熔化前首先称量0.17％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.12％铝块作炉内脱氧剂，0.12％硅钙块作包内脱氧剂。准备R6熔剂，经950℃烘烤3h。精炼用熔剂中外加25％硅钙粉。熔化时首先在炉底加入R6熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内。以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持20min，再扒渣。扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分3～4次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在40min内。当钢液温度达到1590℃时，插入0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。当钢液温度升到1640℃时，扒渣，在15kg镁质浇包中加入0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注；
8)铸件清理：采用水力清壳或干吹砂清壳；采用锯床切割浇注系统，内浇口采用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂；
9)热处理：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理。核反应堆管座在1100℃保温30分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时间不大于25秒；
10)铸件经X射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能测试后结果如下：
| 检测项目 | 拉伸强度(σ | 屈服强度(σ0.2) | 延伸率(δ4D) |
| 1#试样 | 585 | 294 | 64 |
| 2#试样 | 570 | 303 | 65 |
Claims (5)
1.一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)蜡模模具制造：
根据复杂薄壁件的结构制作金属蜡模模具；
2)压制蜡模：
采用上一步制作的蜡模模具利用压蜡机压制复杂薄壁件蜡模，压制温度70～80℃，压制压力0.4～0.7MPa；
3)浇注系统设计及制作：
采用压蜡机分别压制浇口杯(1)、十字形横浇道(2)、直浇道(3)及内浇口(4)；
4)组型：
采用液体蜡将第2)步压制的蜡模及第3)步压制的浇口杯(1)、十字形横浇道(2)、直浇道(3)及内浇口(4)进行粘结，形成整体；
5)挂砂：
对以上整体进行多层挂砂，挂砂完成后用浆料进行封严，形成模壳；
6)模壳焙烧：
在箱式电阻炉中焙烧模壳，焙烧完成后取出模壳清理内腔残留物；
7)熔炼及浇注：
重熔不锈钢成品铸锭，熔化后将钢液倒入浇包中进行铸件浇注，浇注前将模壳预热以备浇注；
8)铸件清理：
采用水力清壳或干吹砂清壳；采用锯床切割浇注，内浇口采用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂；
9)热处理：
将清理后的铸件在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理，完成后制得复杂薄壁件成品。
2.根据权利要求1所述复杂薄壁件的精密铸造成型方法，其特征在于，步骤5)中，多层挂砂时，首先用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8～16小时后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥4～8小时；第五至八层用20目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少4～8小时。
3.根据权利要求1所述复杂薄壁件的精密铸造成型方法，其特征在于，步骤6)中，焙烧模壳时，将电阻炉升温至450～500℃，将准备焙烧的模壳放入炉内，继续升温至800～1100℃保温1～3小时，然后停电炉冷至200℃。
4.根据权利要求1所述复杂薄壁件的精密铸造成型方法，其特征在于，步骤7)中，熔化前以质量百分比浓度计，首先称量0.13～0.17％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.08％～0.12％铝块作炉内脱氧剂，0.08％～0.12％硅钙块作包内脱氧剂，以R6为熔剂，经850～950℃烘烤3h；精炼用熔剂中外加15％～25％硅钙粉；熔化时首先在炉底加入R6熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内；以最大功率化熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持10～20min，再扒渣；扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分3～4次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在30～40min内；当钢液温度达到1580～1590℃时，插入0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面；当钢液温度升到1590～1640℃时，扒渣，在15kg镁质浇包中加入0.1％硅钙粉。
5.根据权利要求1所述复杂薄壁件的精密铸造成型方法，其特征在于，步骤9)中，使铸件在1050～1100℃保温30分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时间不大于25秒。
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