專利名稱：真空電磁離心鑄造鑄管的工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于真空冶金鑄造領域，具體是一種真空電磁離心鑄造1025碳鋼及相似合金鑄管的工藝。
背景技術：
離心鑄造是一門較成熟的鑄造技術，利用該鑄造技術主要生產結構不太復雜的鑄件，具有流程短、成品率高、鑄件的致密性好，氣孔、夾渣少等優點，還可以利用該技術來生產難以充型的薄壁鑄件。但鑄件粗大的柱狀晶以及離心所帶來的重度偏析一直是離心鑄造難以克服的弊病，而且對于易氧化的金屬材料，普通離心鑄造也是難以發揮其優點。而電磁鑄造技術通過對合金液的有效攪拌，能使合金的組織細化，減少偏析，提高合金的性能，電磁鑄造主要應用在輕金屬的鑄造上。
發明內容
為了簡便工藝，提高效率，熔煉鑄造活性強、易氧化的金屬材料鑄管，同時提高鑄管的性能，本發明的目的是提供一種流程短，成品率高，能細化鑄造組織、減小鑄造偏析，提高鑄件的性能的真空電磁離心鑄造鑄管的工藝。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造鑄管，采用如下工藝制度裝料→抽真空→合金熔化、精煉→合金冷凝→升溫加料→啟動電磁裝置和臥式離心裝置→調溫澆注于鑄管模具中，操作步驟如下1)合金原材料的裝料；2)真空抽真空至爐內壓力低于2Pa，開始送電；3)合金的熔化送電，熔化裝入坩鍋內原材料，當坩鍋內的原材料化清后，合金液在高于熔點20～80℃的溫度范圍內精煉3～7min；4)合金冷凝精煉結束后，停電冷凝；5)升溫加料；6)啟動電磁裝置調節電磁場強度在0～0.2T范圍；7)啟動離心裝置調節離心轉速在0～1450r/min范圍；8)澆注調節合金液溫度，在高于熔點120～200℃的溫度范圍內澆注于離心鑄模中，得到外徑140～350mm，壁厚3～30mm的電磁離心鑄管。
所述步驟6)中的電磁場強度較佳為0.02～0.2T；所述步驟7)中的離心轉速較佳為100～1450r/min。
本發明適用于1025碳鋼、Ni-Cr-W-Al高溫合金和Hastelloy C合金。對于1025碳鋼的裝料順序為Fe和C直接裝入所述坩鍋中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Mn和Si；對于其他合金，裝料次序隨料而定。
本發明的優點1、本發明用磁封閉線圈內熱力學穩定性好的CaO坩鍋熔煉合金，通過臥式離心鑄造鑄管的工藝，在合金液離心成型的同時，通過電磁場的作用細化合金的晶粒，從而提高合金的性能。該技術可有效的細化鑄造合金的晶粒，同時能準確控制合金的成分，使合金的雜質含量低于200ppm，鑄管的結晶組織均勻、細小，具有與熱軋態相同的性能。
2、本發明與傳統的生產管材的工藝相比，具有工藝簡便，成品率高的特點，可以大大降低生產成本。
3、本發明在真空中將電磁鑄造與離心鑄造相結合，鑄出的鑄管致密性好，氣孔、夾渣少，可生產難以充型的薄壁鑄件，使合金的組織細化，減少偏析，提高合金的性能。
4、本發明同時在真空中電磁離心鑄造鑄管，減少合金的污染，降低合金的雜質含量，提高合金的純凈度。
圖1a-b為本發明實施例1鑄管的金相組織；圖1a中電磁場強度為0T，圖1b中電磁場強度為0.052T。
圖2為本發明實施例2鑄管的金相組織。
圖3a-b為本發明實施例3鑄管的金相組織；圖3a中電磁場強度為0T，圖3b中電磁場強度為0.05T。
圖4為本發明實施例4鑄管的金相組織。
具體的實施方式實施例1采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造1025鑄管，采用如下工藝制度裝料→抽真空→合金熔化、精煉→合金冷凝→升溫加料→啟動電磁裝置和臥式離心裝置→調溫澆注于鑄管模具中，操作步驟如下1)原材料的裝料對于1025碳鋼的裝料順序為Fe和C直接裝入所述坩鍋中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗內；2)真空抽真空至爐內壓力為1.5Pa，開始送電。
3)合金的熔化送電，熔化裝入坩鍋內原材料，當坩鍋內的原材料化清后，合金液在1560℃的溫度范圍內精煉4min；4)合金冷凝精煉結束后，停電冷凝；5)升溫加料重新送電熔化后加入料斗中的Mn和Si；6)啟動電磁裝置調節電磁場強度為0.052T；7)啟動離心裝置調節離心轉速為1450r/min；8)澆注調節合金液溫度，在高于熔點(澆注溫度為1680℃)澆注于離心鑄模中，得到外徑150mm，壁厚15mm的電磁離心鑄管。
圖1a-b為鑄管的金相組織，可見加磁場的鑄管組織要比不加磁場的組織細化程度要好。
表1給出了鑄管的性能，可見其性能與熱軋態的合金性能相當。
表1鑄管的性能及熱軋態標準
實施例2與實施例1相比不同之處在于采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造1025合金鑄管，抽真空至1.6Pa，精煉溫度1550℃精煉5min，磁場強度為0.115T，離心轉速為1200r/min，1690℃澆注。
圖2為鑄管的金相組織，晶粒全為等軸晶，與實施例1金相組織相比柱狀晶完全沒有了，晶粒細化十分明顯。
表2給出了鑄管的性能，與熱軋態的合金性能相當。
表2鑄管的性能及熱軋態標準
實施例3與實施例2相比不同之處在于采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造1025合金鑄管，精煉溫度1570℃精煉3min，磁場強度為0.05T，離心轉速為850r/min，1691℃澆注于外徑300mm，壁厚25mm的鑄模中。
圖3a-b為鑄管的金相組織，可見，加磁場的組織中已完全沒有柱狀晶，晶粒全為等軸晶，達到了晶粒的細化。
表3給出了鑄管的成分和性能，與熱軋態的合金性能相當。
表3鑄管的性能及熱軋態標準
實施例4與實施例3相比不同之處在于采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造1025合金鑄管，精煉溫度1568℃精煉3min，磁場強度為0.085T，離心轉速為200r/min，1697℃澆注。
圖4為鑄管的鑄態組織，晶粒全為等軸晶，與實施例3相比晶粒細化程度更加明顯。
表4給出了鑄管的性能，與熱軋態的合金性能相當。
表4鑄管的性能及熱軋態標準
經試驗，本發明同樣適用于Ni-Cr-W-Al高溫合金或Hastelloy C合金鑄管的鑄造，只是裝料次序隨料而定。對于Ni-Cr-W-Al高溫合金的裝料順序為Ni、Cr和W直接裝入所述坩鍋中，剩余的Al加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Al。對于Hastelloy C合金的裝料順序為Ni、Cr、Mo、W、Fe和Co直接裝入所述坩鍋中，剩余的Mn和V加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Mn和V。
權利要求
1.一種真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造，操作步驟如下1)合金原材料的裝料；2)真空抽真空至爐內壓力低于2Pa，開始送電；3)合金的熔化送電，熔化裝入坩鍋內原材料，當坩鍋內的原材料化清后，合金液在高于熔點20～80℃的溫度范圍內精煉3～7min；4)合金冷凝精煉結束后，停電冷凝；5)升溫加料；6)啟動電磁裝置調節電磁場強度為0＜H≤0.2T；7)啟動離心裝置調節離心轉速為0＜V≤1450r/min；8)澆注調節合金液溫度，在高于熔點120～200℃的溫度范圍內澆注于離心鑄模中，得到電磁離心鑄管。
2.按照權利要求1所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于所得電磁離心鑄管的外徑140～350mm，壁厚3～30mm。
3.按照權利要求1所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于所述步驟6)中的電磁場強度為0.02～0.2T。
4.按照權利要求1所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于所述步驟7)中的離心轉速為100～1450r/min。
5.按照權利要求1所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于所述鑄管材質為1025碳鋼、Ni-Cr-W-Al高溫合金或Hastelloy C合金。
6.按照權利要求5所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于對于1025碳鋼的裝料順序為Fe和C直接裝入所述坩鍋中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Mn和Si。
7.按照權利要求5所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于對于Ni-Cr-W-Al高溫合金的裝料順序為Ni、Cr和W直接裝入所述坩鍋中，剩余的Al加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Al。
8.按照權利要求5所述真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，其特征在于對于Hastelloy C合金的裝料順序為Ni、Cr、Mo、W、Fe和Co直接裝入所述坩鍋中，剩余的Mn和V加入合金的料斗內，在升溫加料時，重新送電熔化后加入料斗中的Mn和V。
全文摘要
本發明屬于真空冶金鑄造領域，具體是真空電磁離心鑄造鑄管的工藝，采用CaO坩鍋熔煉，真空電磁離心鑄造鑄管，采用如下工藝制度裝料→抽真空→合金熔化、精煉→合金冷凝→升溫加料→啟動電磁裝置和臥式離心裝置→調溫澆注于鑄管模具中。本發明用磁封閉線圈內熱力學穩定性好的CaO坩鍋熔煉合金，通過臥式離心鑄造鑄管的工藝，在合金液離心成型的同時，電磁場的作用細化合金的晶粒，從而提高合金的性能。該技術可有效的細化鑄造合金的晶粒，同時能準確控制合金的成分，使合金的雜質含量低于200ppm，鑄管的結晶組織均勻、細小，具有與熱軋態相同的性能。
文檔編號B22D13/08GK1796022SQ20041010046
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月24日 優先權日2004年12月24日
發明者劉奎, 馬穎澈, 高明, 王利來, 趙秀娟, 張順南 申請人:中國科學院金屬研究所