专利名称：真空电磁离心铸造铸管的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于真空冶金铸造领域，具体是一种真空电磁离心铸造1025碳钢及相似合金铸管的工艺。
背景技术：
离心铸造是一门较成熟的铸造技术，利用该铸造技术主要生产结构不太复杂的铸件，具有流程短、成品率高、铸件的致密性好，气孔、夹渣少等优点，还可以利用该技术来生产难以充型的薄壁铸件。但铸件粗大的柱状晶以及离心所带来的重度偏析一直是离心铸造难以克服的弊病，而且对于易氧化的金属材料，普通离心铸造也是难以发挥其优点。而电磁铸造技术通过对合金液的有效搅拌，能使合金的组织细化，减少偏析，提高合金的性能，电磁铸造主要应用在轻金属的铸造上。
发明内容
为了简便工艺，提高效率，熔炼铸造活性强、易氧化的金属材料铸管，同时提高铸管的性能，本发明的目的是提供一种流程短，成品率高，能细化铸造组织、减小铸造偏析，提高铸件的性能的真空电磁离心铸造铸管的工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造铸管，采用如下工艺制度装料→抽真空→合金熔化、精炼→合金冷凝→升温加料→启动电磁装置和卧式离心装置→调温浇注于铸管模具中，操作步骤如下1)合金原材料的装料；2)真空抽真空至炉内压力低于2Pa，开始送电；3)合金的熔化送电，熔化装入坩锅内原材料，当坩锅内的原材料化清后，合金液在高于熔点20～80℃的温度范围内精炼3～7min；4)合金冷凝精炼结束后，停电冷凝；5)升温加料；6)启动电磁装置调节电磁场强度在0～0.2T范围；7)启动离心装置调节离心转速在0～1450r/min范围；8)浇注调节合金液温度，在高于熔点120～200℃的温度范围内浇注于离心铸模中，得到外径140～350mm，壁厚3～30mm的电磁离心铸管。
所述步骤6)中的电磁场强度较佳为0.02～0.2T；所述步骤7)中的离心转速较佳为100～1450r/min。
本发明适用于1025碳钢、Ni-Cr-W-Al高温合金和Hastelloy C合金。对于1025碳钢的装料顺序为Fe和C直接装入所述坩锅中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Mn和Si；对于其他合金，装料次序随料而定。
本发明的优点1、本发明用磁封闭线圈内热力学稳定性好的CaO坩锅熔炼合金，通过卧式离心铸造铸管的工艺，在合金液离心成型的同时，通过电磁场的作用细化合金的晶粒，从而提高合金的性能。该技术可有效的细化铸造合金的晶粒，同时能准确控制合金的成分，使合金的杂质含量低于200ppm，铸管的结晶组织均匀、细小，具有与热轧态相同的性能。
2、本发明与传统的生产管材的工艺相比，具有工艺简便，成品率高的特点，可以大大降低生产成本。
3、本发明在真空中将电磁铸造与离心铸造相结合，铸出的铸管致密性好，气孔、夹渣少，可生产难以充型的薄壁铸件，使合金的组织细化，减少偏析，提高合金的性能。
4、本发明同时在真空中电磁离心铸造铸管，减少合金的污染，降低合金的杂质含量，提高合金的纯净度。
图1a-b为本发明实施例1铸管的金相组织；图1a中电磁场强度为0T，图1b中电磁场强度为0.052T。
图2为本发明实施例2铸管的金相组织。
图3a-b为本发明实施例3铸管的金相组织；图3a中电磁场强度为0T，图3b中电磁场强度为0.05T。
图4为本发明实施例4铸管的金相组织。
具体的实施方式实施例1采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造1025铸管，采用如下工艺制度装料→抽真空→合金熔化、精炼→合金冷凝→升温加料→启动电磁装置和卧式离心装置→调温浇注于铸管模具中，操作步骤如下1)原材料的装料对于1025碳钢的装料顺序为Fe和C直接装入所述坩锅中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗内；2)真空抽真空至炉内压力为1.5Pa，开始送电。
3)合金的熔化送电，熔化装入坩锅内原材料，当坩锅内的原材料化清后，合金液在1560℃的温度范围内精炼4min；4)合金冷凝精炼结束后，停电冷凝；5)升温加料重新送电熔化后加入料斗中的Mn和Si；6)启动电磁装置调节电磁场强度为0.052T；7)启动离心装置调节离心转速为1450r/min；8)浇注调节合金液温度，在高于熔点(浇注温度为1680℃)浇注于离心铸模中，得到外径150mm，壁厚15mm的电磁离心铸管。
图1a-b为铸管的金相组织，可见加磁场的铸管组织要比不加磁场的组织细化程度要好。
表1给出了铸管的性能，可见其性能与热轧态的合金性能相当。
表1铸管的性能及热轧态标准
实施例2与实施例1相比不同之处在于采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造1025合金铸管，抽真空至1.6Pa，精炼温度1550℃精炼5min，磁场强度为0.115T，离心转速为1200r/min，1690℃浇注。
图2为铸管的金相组织，晶粒全为等轴晶，与实施例1金相组织相比柱状晶完全没有了，晶粒细化十分明显。
表2给出了铸管的性能，与热轧态的合金性能相当。
表2铸管的性能及热轧态标准
实施例3与实施例2相比不同之处在于采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造1025合金铸管，精炼温度1570℃精炼3min，磁场强度为0.05T，离心转速为850r/min，1691℃浇注于外径300mm，壁厚25mm的铸模中。
图3a-b为铸管的金相组织，可见，加磁场的组织中已完全没有柱状晶，晶粒全为等轴晶，达到了晶粒的细化。
表3给出了铸管的成分和性能，与热轧态的合金性能相当。
表3铸管的性能及热轧态标准
实施例4与实施例3相比不同之处在于采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造1025合金铸管，精炼温度1568℃精炼3min，磁场强度为0.085T，离心转速为200r/min，1697℃浇注。
图4为铸管的铸态组织，晶粒全为等轴晶，与实施例3相比晶粒细化程度更加明显。
表4给出了铸管的性能，与热轧态的合金性能相当。
表4铸管的性能及热轧态标准
经试验，本发明同样适用于Ni-Cr-W-Al高温合金或Hastelloy C合金铸管的铸造，只是装料次序随料而定。对于Ni-Cr-W-Al高温合金的装料顺序为Ni、Cr和W直接装入所述坩锅中，剩余的Al加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Al。对于Hastelloy C合金的装料顺序为Ni、Cr、Mo、W、Fe和Co直接装入所述坩锅中，剩余的Mn和V加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Mn和V。
权利要求
1.一种真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造，操作步骤如下1)合金原材料的装料；2)真空抽真空至炉内压力低于2Pa，开始送电；3)合金的熔化送电，熔化装入坩锅内原材料，当坩锅内的原材料化清后，合金液在高于熔点20～80℃的温度范围内精炼3～7min；4)合金冷凝精炼结束后，停电冷凝；5)升温加料；6)启动电磁装置调节电磁场强度为0＜H≤0.2T；7)启动离心装置调节离心转速为0＜V≤1450r/min；8)浇注调节合金液温度，在高于熔点120～200℃的温度范围内浇注于离心铸模中，得到电磁离心铸管。
2.按照权利要求1所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于所得电磁离心铸管的外径140～350mm，壁厚3～30mm。
3.按照权利要求1所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于所述步骤6)中的电磁场强度为0.02～0.2T。
4.按照权利要求1所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于所述步骤7)中的离心转速为100～1450r/min。
5.按照权利要求1所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于所述铸管材质为1025碳钢、Ni-Cr-W-Al高温合金或Hastelloy C合金。
6.按照权利要求5所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于对于1025碳钢的装料顺序为Fe和C直接装入所述坩锅中，剩余的Mn和Si加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Mn和Si。
7.按照权利要求5所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于对于Ni-Cr-W-Al高温合金的装料顺序为Ni、Cr和W直接装入所述坩锅中，剩余的Al加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Al。
8.按照权利要求5所述真空电磁离心铸造铸管的工艺，其特征在于对于Hastelloy C合金的装料顺序为Ni、Cr、Mo、W、Fe和Co直接装入所述坩锅中，剩余的Mn和V加入合金的料斗内，在升温加料时，重新送电熔化后加入料斗中的Mn和V。
全文摘要
本发明属于真空冶金铸造领域，具体是真空电磁离心铸造铸管的工艺，采用CaO坩锅熔炼，真空电磁离心铸造铸管，采用如下工艺制度装料→抽真空→合金熔化、精炼→合金冷凝→升温加料→启动电磁装置和卧式离心装置→调温浇注于铸管模具中。本发明用磁封闭线圈内热力学稳定性好的CaO坩锅熔炼合金，通过卧式离心铸造铸管的工艺，在合金液离心成型的同时，电磁场的作用细化合金的晶粒，从而提高合金的性能。该技术可有效的细化铸造合金的晶粒，同时能准确控制合金的成分，使合金的杂质含量低于200ppm，铸管的结晶组织均匀、细小，具有与热轧态相同的性能。
文档编号B22D13/08GK1796022SQ20041010046
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者刘奎, 马颖澈, 高明, 王利来, 赵秀娟, 张顺南 申请人:中国科学院金属研究所