铸造用合金材料及用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种铸造用合金材料及用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，所述合金材料为ZG32CrNiMo，用所述G32CrNiMo铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其工艺步骤包括：a、树脂砂造型；b、设置浇注系统、冒口及冷铁；c、浇注金属液；d、正火+回火预处理；e：调质热处理。通过上述方式，本发明合金材料G32CrNiMo配方合理，尤其熔炼而成的金属液具有流动性好的特点，使铸态的铸件具有很好的抗拉强度和很好的延展性，同时用其铸造大型轴承壳铸件的工艺合理，通过底注式浇注系统、冒口及冷铁的合理配置，使浇注而成的铸件无裂纹，成品率高。
【专利说明】铸造用合金材料及用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属铸造【技术领域】，特别是涉及一种铸造用合金材料及用其铸造海洋 平台大齿轮箱铸件的工艺。
【背景技术】
[0002] 壳体类铸件的收缩率受铸造合金材料熔炼而成的金属液的化学成分、浇注温度、 铸件本身结构特征、铸型的退让性和泥芯的退让性等多种因素的影响，尤其是金属液的化 学成分、浇注温度的影响使浇得同一种铸件在每一炉次甚至同一炉次的尺寸都有差异。
[0003] 海洋平台大齿轮箱铸件重达800kg，要求机械性能达到：屈服强度彡600MPa，抗拉 强度彡740MPa，伸长度彡17%，断面收缩率彡35%，-40冲击值彡34J，单个最小值27J，硬度 210-234HBW，其无损检测要求不允许有裂纹，调质后不允许焊补。
[0004] 由于该海洋平台大齿轮箱的结构形状比较复杂，壁厚差异大，以致铸件在铸造过 程中各部分的冷却程度不均匀，而极易在壁厚部分产生缩松和缩孔，在薄壁部分又易产生 金属液充型不良，故铸造过程中极易造成裂纹、气孔和砂眼等致命缺陷，使得铸件的正品率 低；同时为了消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和内部质量，热处理工艺也很关键。
【发明内容】
[0005] 本发明主要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种铸造用合金材料 及用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，该合金材料配方合理，具有流动性好的特点，使 铸态的铸件具有很好的抗拉强度和很好的延展性，同时用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的 工艺合理，通过底注式浇注系统、冒口及冷铁的合理配置，使浇注而成的铸件无裂纹，成品 率高。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种铸造用合金材料， 用于大型铸件的铸造，所述合金材料为ZG32CrNiMo,其成分及质量配比为：C :0. 26-0. 35%、 Si ：0. 20-0. 40%, Μη ：0. 90-1. 10% , Cr ：0. 5〇-〇. 80% , Ν? ：0. 7〇-〇. 90% , Μο ：0. 3〇-〇. 40%, Ρ 彡 0· 025%、S 彡 0· 020%，其余为 Fe。
[0007] 用所述ZG32CrNiMo铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其铸造及热处理工艺包括如下 步骤： a、 树脂砂造型：以所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面为分型面，用树脂砂造型分 别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模； b、 设置浇注系统、冒口及冷铁：所述浇注系统为底注式浇注系统，包括相互贯通的浇口 杯、直浇道、横浇道和2道内浇道，所述直浇道、横浇道、2道内浇道的直径均为60mm ;在所 述上型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面上设置明冒口，所述明冒口有 3个，包括2个圆柱形明冒口和1个腰圆柱形明冒口，其中所述2个圆柱形明冒口的结构相 同、尺寸相等；在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件的热节处布置成型冷 铁，所述成型冷铁有2块，左右对称放置在所述热节处； C、浇注金属液：浇注所述ZG32CrNiM〇熔炼而成的金属液，注孔直径为45mm，浇注过程 中浇注温度为1550±10°C，浇重1200kg所述金属液，浇注完成后即得所述海洋平台大齿轮 箱铸件，将铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒口； d、正火+回火预处理：将所述海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至 620± 10°C，保温2小时，继续正火升温至900± 10°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火 炉，回火升温至620±10°C，炉冷至500°C出炉； e :调质热处理：对预处理后的所述海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将铸件放 入正火炉，升温至880± 10°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至650± 10°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中，所述2个圆柱形明冒口的尺寸为：〇200mmX300mm， 所述1个腰圆柱形明冒口的尺寸为腰200_X 300_。根据海洋平台大齿轮箱铸件的结构及 大小设置尺寸合理的明冒口，使明冒口内有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固补缩 以及浇注后型腔扩大的体积。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中，所述浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口高 度的1/2-2/3时，在所述各个明冒口内加入保温剂，每个明冒口加保温剂2kg。用于延长明 冒口中金属液保持液态的时间，提高明冒口的补缩效率，并能节约金属液用量、降低铸造成 本。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，所述气割明冒口温度不低于150°c。以免产生明冒口 根部局部应力集中而造成铸件裂纹现象。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述淬火采用水淬方式。成本低，淬火时需加强水的 循环，便于冷却均匀。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，所述正火、回火的升温速度彡100°C /小时。控制升 温速度，能提高热处理效果，消除铸件的铸造应力、稳定尺寸并提高铸件的机械性能。
[0013] 本发明的有益效果是：本发明自行配方的ZG32CrNiM〇铸造用合金材料，配方合 理，由该材料熔炼而成的金属液具有流动性好的特点，使铸态的铸件具有很好的抗拉强度 和很好的延展性；同时用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺合理，通过底注式浇注系统、 冒口及冷铁的合理配置，使浇注而成的铸件无裂纹，成品率高；此外浇注成型后铸件经正 火、回火预处理和调质热处理，能消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和内在质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺主视结构示意图； 图2是图1所示俯视结构示意图； 附图中各部件的标记如下：1、法兰平面，2、明冒口，3、成型冷铁，4、浇口杯，5、直浇道， 6、横浇道，7、内浇道。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0016] 请参阅图1和图2,本发明实施例包括： 一种铸造用合金材料，用于大型铸件的铸造，所述合金材料为ZG32CrNiM〇,其成分及 质量配比为：：C :0· 26-0. 35%、Si :0· 20-0. 40%、Μη :0· 90-1. 10%、Cr :0· 50-0. 80%、Ni : 0· 70-0. 90%、Mo :0· 30-0. 40%、P 彡 0· 025%、S 彡 0· 020%，其余为 Fe。该合金材料熔炼而成 的金属液具有流动性好的特点，使铸态的铸件具有很好的抗拉强度和延展性。
[0017] 用所述ZG32CrNiMo铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其铸造及热处理工艺包括如下 步骤： a、 树脂砂造型：以所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面1为分型面，用树脂砂造型 分别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模； b、 设置浇注系统、冒口及冷铁：所述浇注系统为底注式浇注系统，包括相互贯通的浇口 杯4、直浇道5、横浇道6和2道内浇道7,所述直浇道5、横浇道6、2道内浇道7的直径均为 60mm ;在所述上型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面1上设置明冒口 2， 所述明冒口 2有3个，包括2个尺寸为：Φ200πιπιΧ300mm的圆柱形明冒口和1个尺寸为：腰 200mmX300mm的腰圆柱形明冒口；在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件 的热节处布置成型冷铁3,所述成型冷铁3有2块，其厚度均为50_、左右对称放置在所述 热节处；通过底注式浇注系统、明冒口 2和成型冷铁3合理配合，控制铸件的凝固次序，细化 晶粒组织，防止铸件出现裂纹； c、 浇注金属液：浇注所述ZG32CrNiM〇熔炼而成的金属液，注孔直径为45mm，浇注过程 中浇注温度为1550± 10°C，浇重1200kg所述金属液，浇注完成后即得所述海洋平台大齿轮 箱铸件，将铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒口 2,并且气隔明冒口 2的温度 不低于150°C，以免产生明冒口 2根部局部应力集中而造成铸件裂纹现象； 其中，所述浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口 2高度的1/2-2/3时，在所述各 个明冒口 2内加入保温剂，每个明冒口 2加保温剂2kg。用于延长明冒口 2中金属液保持液 态的时间，提高明冒口 2的补缩效率，并能节约金属液用量、降低铸造成本； d、 正火+回火预处理：将所述海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至 620± 10°C，保温2小时，继续正火升温至900± 10°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火 炉，回火升温至620± 10°C，炉冷至500°C出炉； e :调质热处理：对预处理后的所述海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将铸件放 入正火炉，升温至880± 10°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至650± 10°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
[0018] 其中，所述淬火采用水淬方式，成本低，淬火时需加强水的循环，便于冷却均匀。
[0019] 所述正火、回火的升温速度< 100°C /小时，控制升温速度，能提高热处理效果，消 除铸件的铸造应力、稳定尺寸并提高铸件的机械性能。
[0020] 实施例一： 配制用于铸造海洋平台大齿轮箱铸件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及质量配比为： C :0. 26%、Si :0. 40%、Μη :0. 90%、Cr :0. 50%、Ni :0. 80%、Mo :0. 30%、P :0. 015%、S :0. 02%、 Fe ：96.805%〇
[0021] 用上述配制而成的ZG32CrNiMo合金材料铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其铸造及 热处理工艺包括如下步骤： a、将上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔炼成金属液； b、 按上述方法进行树脂砂造型、设置底注式浇注系统、明冒口和成型冷铁，浇注1200kg 金属液，浇注温度为1550°C，浇注完成后铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒 口，气割明冒口的温度为150°C，浇注而成的海洋平台大齿轮箱铸件毛重800kg ; c、 将上述制得的海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至620°C，保温2小 时，继续正火升温至890°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至610°C，炉冷 至500°C出炉； d、 对上述预处理后的海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将所述海洋平台大齿轮 箱铸件放入正火炉，升温至870°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至640°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
[0022] 实施例二： 配制用于铸造海洋平台大齿轮箱铸件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及质量配比为： C :0. 35%、Si :0. 20%、Mn :1. 00%、Cr :0. 80%、Ni :0. 70%、Mo :0. 38%、P :0. 01%、S :0. 01%、 Fe :96. 55%。
[0023] 用上述配制而成的ZG32CrNiMo合金材料铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其铸造及 热处理工艺包括如下步骤： a、 将上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔炼成金属液； b、 按上述方法进行树脂砂造型、设置底注式浇注系统、明冒口和成型冷铁，浇注1200kg 金属液，浇注温度为1540°C，浇注完成后铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒 口，气割明冒口的温度为160°C，浇注而成的海洋平台大齿轮箱铸件毛重800kg ; c、 将上述制得的海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至610°C，保温2小 时，继续正火升温至900°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至620°C，炉冷 至500°C出炉； d、 对上述预处理后的海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将所述海洋平台大齿轮 箱铸件放入正火炉，升温至880°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至660°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
[0024] 实施例三： 配制用于铸造海洋平台大齿轮箱铸件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及质量配比为： C :0. 32%、Si :0. 40%、Μη :0. 90%、Cr :0. 70%、Ni :0. 70%、Mo :0. 34%、P :0. 025%、S :0. 01%、 Fe :96.605%〇
[0025] 用上述配制而成的ZG32CrNiMo合金材料铸造海洋平台大齿轮箱铸件，其铸造及 热处理工艺包括如下步骤： a、 将上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔炼成金属液； b、 按上述方法进行树脂砂造型、设置底注式浇注系统、明冒口和成型冷铁，浇注1200kg 金属液，浇注温度为1560°C，浇注完成后铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒 口，气割明冒口的温度为160°C，浇注而成的海洋平台大齿轮箱铸件毛重800kg ; c、 将上述制得的海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至630°C，保温2小 时，继续正火升温至910°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火炉，回火升温至630°C，炉冷 至500°C出炉； d、 对上述预处理后的海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将所述海洋平台大齿轮 箱铸件放入正火炉，升温至890°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至650°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
[0026] 本发明揭示了一种铸造用合金材料，为自行配方的ZG32CrNiM〇合金材料，其配方 合理，由该材料熔炼而成的金属液具有流动性好的特点，使铸态的铸件具有很好的抗拉强 度和很好的延展性；同时揭示了用其铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，该工艺简单合理， 通过底注式浇注系统、冒口及冷铁的合理配置，使浇注而成的铸件无裂纹，成品率高；此外 浇注成型后铸件经正火、回火预处理和调质热处理，能消除铸造应力，提高铸件尺寸精度和 内在质量。
[0027] 铸造而成的海洋平台大齿轮箱铸件机械性能满足：屈服强度> 600MPa、抗拉强 度彡740MPa、伸长度彡17%、断面收缩率彡35%、-40冲击值彡34J、单个最小值27J、硬度 210-234HBW ； 该海洋平台大齿轮箱铸件无损检测满足：100%MT探伤，无裂纹；100%UT，满足GB/T 7233. 1-2009 2 级要求。
[0028] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种铸造用合金材料，用于大型铸件的铸造，其特征在于，所述合金材料为 ZG32CrNiMo,其成分及质量配比为：C :0· 26-0. 35%、Si :0· 20-0. 40%、Μη :0· 90-1. 10%、 Cr :0· 50-0. 80%、Ni :0· 70-0. 90%、Mo :0· 30-0. 40%、Ρ 彡 0· 025%、S 彡 0· 020%，其余为 Fe。
2. -种用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征在于，包括铸造工艺 和热处理工艺，其加工步骤如下： a、 树脂砂造型：以所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面为分型面，用树脂砂造型分 别构成上、下对合的上型腔树脂砂模和下型腔树脂砂模； b、 设置浇注系统、冒口及冷铁：所述浇注系统为底注式浇注系统，包括相互贯通的浇口 杯、直浇道、横浇道和2道内浇道，所述直浇道、横浇道、2道内浇道的直径均为60mm ;在所 述上型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件的法兰平面上设置明冒口，所述明冒口有 3个，包括2个圆柱形明冒口和1个腰圆柱形明冒口，其中所述2个圆柱形明冒口的结构相 同、尺寸相等；在所述下型腔树脂砂模的所述海洋平台大齿轮箱铸件的热节处布置成型冷 铁，所述成型冷铁有2块，左右对称放置在所述热节处； c、 浇注金属液：浇注所述ZG32CrNiM〇熔炼而成的金属液，注孔直径为45mm，浇注过程 中浇注温度为1550± 10°C，浇重1200kg所述金属液，浇注完成后即得所述海洋平台大齿轮 箱铸件，将铸件在砂型中保温48小时，然后清砂并气割明冒口； d、 正火+回火预处理：将所述海洋平台大齿轮箱铸件放入正火炉中，正火升温至 620± 10°C，保温2小时，继续正火升温至900± 10°C，保温4小时，空冷至室温后放入回火 炉，回火升温至620± 10°C，炉冷至500°C出炉； e :调质热处理：对预处理后的所述海洋平台大齿轮箱铸件进行初加工，然后将铸件放 入正火炉，升温至880± 10°C，保温6小时，淬火后放入回火炉，回火升温至650± 10°C，保温 8小时，炉冷至550°C出炉。
3. 根据权利要求2所述的用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征 在于，所述2个圆柱形明冒口的尺寸为：Φ 200mmX 300mm，所述1个腰圆柱形明冒口的尺寸 为：腰 200mmX 300mm。
4. 根据权利要求2所述的用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征在 于，所述浇注过程中，当金属液面上升至所述明冒口高度的1/2-2/3时，在所述明冒口内加 入保温剂，每个明冒口加保温剂2kg。
5. 根据权利要求2所述的用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征在 于，所述气割明冒口温度不低于150°C。
6. 根据权利要求2所述的用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征在 于，所述淬火采用水淬方式。
7. 根据权利要求2所述的用ZG32CrNiM〇铸造海洋平台大齿轮箱铸件的工艺，其特征在 于，所述正火、回火的升温速度彡l〇〇°C /小时。
【文档编号】C22C38/44GK104195448SQ201410416329
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈学忠, 张明均 申请人:常熟市虹桥铸钢有限公司