CN104959535A - 筒状司太立零件精密铸造成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种筒状司太立零件精密铸造成型方法，包括下列步骤：1）.根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；2）.将陶瓷模壳在温度为900～1200℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；3）.清理模壳；将筒状铸件在1000～1200℃的条件下保温1～4小时后，淬火处理，然后将筒状铸件在870～980℃的条件下保温3～6小时后空冷。它对筒状司太立零件以低成本实现了标准化、批量化的生产成型，具有非常可观的经济效益和社会效益，可靠实用。

Description

筒状司太立零件精密铸造成型方法

技术领域

本发明涉及精密铸造技术，具体是一种筒状司太立零件精密铸造成型方法。

背景技术

汽轮机阀芯零部件要求其密封面具有一定的硬度，以保证耐磨性，延长零件使用寿命。

目前，对于汽轮机阀芯零部件密封面的耐磨层成型主要有两种方式。其一，是采用等离子喷焊工艺在阀芯零部件表面堆焊司太立合金层，以此在汽轮机阀芯零部件的密封面上形成司太立合金的耐磨层，该工艺需要根据阀芯零部件的不同内孔直径，来设计制作高性能的系列内孔等离子喷焊枪，并且其对操作者技术和周围环境要求苛刻，工序复杂，成品率很低，无法实现标准化、规模化成型。其二，是采用离心浇注方法制得整体的司太立内衬套，然后将整体内衬与外套过盈装配后，端面封焊，使其达到密封、耐磨的作用；此技术只有极少数厂家具备生产能力，因而所成型的汽轮机阀芯零部件价格昂贵。

综上所述，汽轮机阀芯零部件用司太立耐磨层作为筒状司太立零件、尤其是薄壁的筒状司太立零件，目前没有一种合理、有效、经济的方法对其进行单独的标准化成型。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对司太立耐磨层在工业设备零件上的存在需求，以及现有成型技术的不足，自主研发一种筒状司太立零件精密铸造成型方法， 

本发明所采用的技术方案是，一种筒状司太立零件精密铸造成型方法，包括下列步骤：

1）. 根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；

2）. 将陶瓷模壳在温度为900～1200℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；

3）. 清理模壳；将筒状铸件在1000～1200℃的条件下保温1～4小时后，淬火处理，然后将筒状铸件在870～980℃的条件下保温3～6小时后空冷。

进一步的，所述陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注***上；所述浇注***包括浇口杯和浇道，所述浇口杯与浇道相通，所述浇道上设有至少一个陶瓷模壳，所述陶瓷模壳主要由环状布置的内层模壳和外层模壳组成，内、外层模壳之间形成匹配筒状零件设计形状的环空型腔。

再进一步的，所述浇道主要由一体的横浇道和内浇道构成，所述横浇道的顶面用于设置浇口杯，所述内浇道的内径一致于环空型腔的内径，内浇道的外径大于环空型腔的外径。

所述内层模壳为筒状结构，内层模壳和外层模壳以同心圆方式布置成型。

作为优选方案，所述陶瓷模壳的外壁上以由下而上顺序递增的方式，设有保温性递增的保温层。所述司太立合金熔液为重熔熔液。进一步的，所述司太立合金熔液为司太立6#合金熔液。

所述淬火处理的冷却介质为水。

上述陶瓷的浇注***的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据筒状司太立零件的设计形状和所要浇注的数量，准备对应的、筒状结构的型腔蜡模，并准备浇口杯蜡模和浇道蜡模；

②. 将所准备的浇口杯蜡模和型腔蜡模按上、下顺序对应组合在浇道蜡模上，以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷的浇注***。

进一步的，所述浇道蜡模上开设有组合型腔蜡模的圆孔，该圆孔的直径匹配于型腔蜡模的外径。

作为优选方案，在步骤③所成型的陶瓷模壳外壁上以由下而上顺序递增的方式，设有保温性递增的保温层。

本发明的有益效果是：本发明以熔模铸造技术可靠地实现了筒状司太立零件的标准化成型，成型成本低，成型操作容易，成品率高；本发明所成型的筒状司太立零件的组织均匀，基本无疏松缺陷，能够有效满足工业设备零件的技术要求；本发明可以对筒状司太立零件实现规模、批量化的生产成型，具有非常可观的经济效益和社会效益，可靠实用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明浇注***模壳的一种结构剖面图。

图2是成型图1所示浇注***的蜡树结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图中代号含义：1—浇口杯；2—横浇道；3—内浇道；4—环空型腔；5—内层模壳；6—外层模壳；7—浇口杯蜡模；8—浇道蜡模；9—型腔蜡模。

具体实施方式

实施例1

本发明为筒状司太立零件的精密铸造成型方法，其包括下列步骤：

1）. 根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的（参见图1所示），本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注***上，该浇注***包括一个浇口杯1、一个浇道和两个陶瓷环空型腔模壳。

其中，浇口杯1成型于浇道的顶部，最好处在浇道的顶面中央。浇口杯1与浇道的内空相通。浇道主要由一体的横浇道2和内浇道3构成；内浇道3为两个，它们以圆环状成型于横浇道2的两端处。整个浇道的轮廓大小应当能够确保两个陶瓷模壳的并列布置空间。

每个陶瓷模壳主要由环状布置的内层模壳5和外层模壳6组成，内层模壳5为筒状结构，内层模壳5和外层模壳6以同心圆方式布置成型，内、外层模壳之间形成匹配筒状零件设计形状的环空型腔4。两个陶瓷模壳分别对应成型在浇道两端的内浇道3处。陶瓷模壳的内层模壳5的顶端延伸至内浇道3处的顶面，外层模壳6的顶端仅延伸至内浇道3处的底面，内浇道3应与对应的陶瓷模壳的环空型腔4相通。基于上述和前述浇注***结构，每个内浇道3的内径应一致于对应的环空型腔4的内径，内浇道3的外径应大于环空型腔4的外径，这样很好地保证了所成型铸件的同轴度，最大限度地防止铸件的变形。

参见图2和图3，上述陶瓷浇注***的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据筒状司太立零件的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）和所要浇注的产品数量（即本批次所要成型的筒状司太立零件数量，本实施例为两个），准备对应的、筒状结构的型腔蜡模9，该型腔蜡模9为匹配筒状司太立零件设计形状的筒状结构蜡模，即型腔蜡模9是由压蜡机按照筒状司太立零件的设计形状压制而成；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模7和浇道蜡模8，该浇道蜡模8为两端分别呈圆弧状的长条蜡模，在浇道蜡模8的两端处分别开设与端部圆弧状同心的圆孔，前述圆孔用于连接型腔蜡模9；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 将所准备的浇口杯蜡模7焊接组合在浇道蜡模8的顶面中央，将两个型腔蜡模9的顶端分别对应焊接在浇道蜡模8的两端的圆孔处，使型腔蜡模9与浇道蜡模8上对应的圆孔同心布置；以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模7的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷浇注***。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注***放置进电阻炉中，在温度为900℃的条件下预热、并保温5小时，以此保证浇注***各部位的温度均匀。

在浇注***预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1500℃的条件下进行重熔熔化，直至其充分熔化。

浇注***预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注***中，具体的，司太立合金熔液从浇注***的浇口杯1进入浇道，再由浇道分散进入陶瓷模壳的环空型腔4内，合金熔液由上而下灌满环空型腔4；浇注***中的合金熔液凝固成铸件。

3）. 浇注***中的铸件凝固完毕后，将浇注***的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的筒状铸件从铸件树上整理切下来，形成筒状司太立铸件单体。

接着将所成型的各筒状司太立铸件单体进行热处理。具体的，将筒状司太立铸件放置进热处理炉中，在温度为1000℃的条件下，保温3小时后，淬火处理，冷却介质为水，然后将筒状司太立铸件在870℃的条件下保温6小时后空冷，得筒状的司太立零件。

实施例2

本发明为筒状司太立零件的精密铸造成型方法，其包括下列步骤：

1）. 根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的，本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注***上，该浇注***包括一个浇口杯、一个浇道和三个陶瓷环空型腔模壳。

其中，浇口杯成型于浇道的顶部，最好处在浇道的顶面中央。浇口杯与浇道的内空相通。浇道呈人字状结构，该浇道主要由一体的横浇道和内浇道构成；内浇道为三个，它们以圆环状成型于人字形横浇道的三端处。整个浇道的轮廓大小应当能够确保三个陶瓷模壳的三角布置空间。

每个陶瓷模壳主要由环状布置的内层模壳和外层模壳组成，内层模壳为筒状结构，内层模壳和外层模壳以同心圆方式布置成型，内、外层模壳之间形成匹配筒状零件设计形状的环空型腔。三个陶瓷模壳分别对应成型在浇道三端的内浇道处。陶瓷模壳的内层模壳的顶端延伸至内浇道处的顶面，外层模壳的顶端仅延伸至内浇道处的底面，内浇道应与对应的陶瓷模壳的环空型腔相通。基于上述和前述浇注***结构，每个内浇道的内径应一致于对应的环空型腔的内径，内浇道的外径应大于环空型腔的外径，这样很好地保证了所成型铸件的同轴度，最大限度的防止铸件的变形。

上述陶瓷的浇注***的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据筒状司太立零件的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）和所要浇注产品的数量（即本批次所要成型的筒状司太立零件数量，本实施例为三个），准备对应的、筒状结构的型腔蜡模，该型腔蜡模为匹配筒状司太立零件设计形状的筒状结构蜡模，即型腔蜡模是由压蜡机按照筒状司太立零件的设计形状压制而成；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模和浇道蜡模，该浇道蜡模为三端分别呈圆弧状的人字形蜡模，在浇道蜡模的三端处分别开设与端部圆弧状同心的圆孔，前述圆孔用于连接型腔蜡模；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 将所准备的浇口杯蜡模焊接组合在浇道蜡模的顶面中央，将三个型腔蜡模的顶端分别对应焊接在浇道蜡模的三端的圆孔处，使型腔蜡模与浇道蜡模上对应的圆孔同心布置；以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷浇注***。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注***放置进电阻炉中，在温度为1100℃的条件下预热、并保温4小时，以此保证浇注***各部位的温度均匀。

在浇注***预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1450℃的条件下进行重熔，直至其充分熔化。

浇注***预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注***中，具体的，司太立合金熔液从浇注***的浇口杯进入浇道，再由浇道分散进入陶瓷模壳的环空型腔内，合金熔液由上而下灌满环空型腔；浇注***中的合金熔液凝固成铸件。 

3）. 浇注***中的铸件凝固完毕后，将浇注***的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的筒状铸件从铸件树上整理下来，形成筒状司太立铸件单体。

接着将所成型的各筒状司太立铸件单体进行热处理。具体的，将筒状司太立铸件放置进热处理炉中，在温度为1100℃的条件下，保温2小时后，淬火处理，冷却介质为水，然后将筒状司太立铸件在920℃的条件下保温4小时后空冷，得筒状的司太立零件。

实施例3

本发明为筒状司太立零件的精密铸造成型方法，其包括下列步骤：

1）. 根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的，本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注***上，该浇注***包括一个浇口杯、一个浇道和四个陶瓷环空型腔模壳。

其中，浇口杯成型于浇道的顶部，最好处在浇道的顶面中央。浇口杯与浇道的内空相通。浇道呈十字状结构，该浇道主要由一体的横浇道和内浇道构成；内浇道为四个，它们以圆环状成型于横浇道的四端处。整个浇道的轮廓大小应当能够确保四个陶瓷模壳的四角布置空间。

每个陶瓷模壳主要由环状布置的内层模壳和外层模壳组成，内层模壳为筒状结构，内层模壳和外层模壳以同心圆方式布置成型，内、外层模壳之间形成匹配筒状零件设计形状的环空型腔。四个陶瓷模壳分别对应成型在浇道四端的内浇道处。陶瓷模壳的内层模壳的顶端延伸至内浇道处的顶面，外层模壳的顶端仅延伸至内浇道处的底面，内浇道应与对应的陶瓷模壳的环空型腔相通。基于上述和前述浇注***结构，每个内浇道的内径应一致于对应的环空型腔的内径，内浇道的外径应大于环空型腔的外径，这样很好地保证了所成型铸件的同轴度，并最大限度的防止铸件的变形。

上述陶瓷的浇注***的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据筒状司太立零件的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）和所要浇注产品的数量（即本批次所要成型的筒状司太立零件数量，本实施例为四个），准备对应的、筒状结构的型腔蜡模，该型腔蜡模为匹配筒状司太立零件设计形状的筒状结构蜡模，即型腔蜡模是由压蜡机按照筒状司太立零件的设计形状压制而成；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模和浇道蜡模，该浇道蜡模为四端分别呈圆弧状的十字形蜡模，在浇道蜡模的四端处分别开设有与端部圆弧状同心的圆孔，前述圆孔用于连接型腔蜡模；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 将所准备的浇口杯蜡模焊接组合在浇道蜡模的顶面中央，将四个型腔蜡模的顶端分别对应焊接在浇道蜡模的四端的圆孔处，使型腔蜡模与浇道蜡模上对应的圆孔同心布置；以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，然后将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷浇注***。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注***放置进电阻炉中，在温度为1200℃的条件下预热、并保温2.5小时，以此保证浇注***各部位的温度均匀。

在浇注***预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1500℃的条件下进行重熔，直至其充分熔化。

浇注***预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注***中，具体的，司太立合金熔液从浇注***的浇口杯进入浇道，再由浇道分散进入陶瓷模壳的环空型腔内，合金熔液由上而下灌满环空型腔；浇注***中的合金熔液凝固成铸件。 

3）. 浇注***中的铸件凝固完毕后，将浇注***的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的筒状铸件从铸件树上整理下来，形成筒状司太立铸件单体。

接着将所成型的各筒状司太立铸件单体进行热处理。具体的，将筒状司太立铸件放置进热处理炉中，在温度为1200℃的条件下，保温1小时后，淬火处理，冷却介质为水，然后将筒状司太立铸件在980℃的条件下保温5小时后空冷，得筒状的司太立零件。

需要在此说明的是，在上述三个实施例中，若陶瓷环空型腔模壳的轴向高度大于15cm时，需要对陶瓷模壳进行保温处理。具体的，根据所成型陶瓷环空型腔模壳的长度（大于15cm），在陶瓷模壳的外壁上设置保温性能呈梯度变化的保温层，该保温性能应在陶瓷模壳上以由下而上顺序递增的方式设置，即在陶瓷模壳的外壁下部设置保温性差一些的保温层，在陶瓷模壳的外壁中部设置保温性高一些的保温层，在陶瓷模壳的外壁上部设置保温性更高一些的保温层，各保温层之间的保温性能尽可能的以渐变的梯度变化设置。在陶瓷模壳外壁上所设置的这种保温性能呈由下而上顺序递增的保温层，有利于陶瓷模壳内实现良好的凝固顺序，消除铸件内部的疏松缺陷。

若陶瓷模壳的轴向高度在15cm范围内时，无需在陶瓷模壳外壁上设置梯度变化的保温层。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1. 一种筒状司太立零件精密铸造成型方法，包括下列步骤：

1）. 根据筒状司太立零件的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；

2）. 将陶瓷模壳在温度为900～1200℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；

3）. 清理模壳；将筒状铸件在1000～1200℃的条件下保温1～4小时后，淬火处理，然后将筒状铸件在870～980℃的条件下保温3～6小时后空冷。

2. 根据权利要求1所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注***上；所述浇注***包括浇口杯（1）和浇道，所述浇口杯（1）与浇道相通，所述浇道上设有至少一个陶瓷模壳，所述陶瓷模壳主要由环状布置的内层模壳（5）和外层模壳（6）组成，内、外层模壳之间形成匹配筒状零件设计形状的环空型腔（4）。

3. 根据权利要求2所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述浇道主要由一体的横浇道（2）和内浇道（3）构成，所述横浇道（2）的顶面用于设置浇口杯（1），所述内浇道（3）的内径一致于环空型腔（4）的内径，内浇道（3）的外径大于环空型腔（4）的外径。

4.根据权利要求2所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述内层模壳（5）为筒状结构，内层模壳（5）和外层模壳（6）以同心圆方式布置成型。

5. 根据权利要求1或2所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述陶瓷模壳的外壁上以由下而上顺序递增的方式，设有保温性递增的保温层。

6. 根据权利要求1所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述司太立合金熔液为重熔熔液。

7.根据权利要求1或6所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述司太立合金熔液为司太立6#合金熔液。

8.根据权利要求1所述筒状司太立零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述淬火处理的冷却介质为水。