一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法.pdf

一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法，采用熔模陶瓷型壳精密铸造和热等静压方法生产锆及锆合金泵、阀精密铸件，熔模陶瓷型壳精密铸造是指在真空自耗凝壳炉中采用熔模陶瓷型壳进行铸件的近净成型铸造，熔模陶瓷型壳按照与泵阀构件几何形状尺寸一致的蜡型翻制而成，其内表面前两层型壳材料由特种氧化物构成，整个型壳经压蜡、涂料、挂壳、脱腊、焙烧等工艺环节制成；热等静压，是将要处理的铸件置于密闭耐高压和可加热至高温的容器内，先抽真空后充入高压惰性气体，加热升温至预定温度。本发明在高温和各向等静高解决了材料利用率偏低问题、无焊缝引发的隐患；铸件表面光洁度高；铸件内部缺陷少，成分纯净；性能稳定。

1、  一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法，其特征在于：采用熔模陶瓷型壳精密铸造和热等静压方法生产锆及锆合金泵、阀精密铸件，熔模陶瓷型壳精密铸造是指在真空自耗凝壳炉中采用熔模陶瓷型壳进行铸件的近净成型铸造，熔模陶瓷型壳按照与泵阀构件几何形状尺寸一致的蜡型翻制而成，其内表面前两层型壳材料由特种氧化物构成，整个型壳经压蜡、涂料、挂壳、脱腊、焙烧等工艺环节制成；热等静压，是将要处理的铸件置于密闭耐高压和可加热至高温的容器内，先抽真空后充入高压惰性气体，加热升温至预定温度，在高温和各向等静高压的作用下，铸件内部封闭的气孔和疏松被压实闭合；
其工艺步骤：首先，选用工业级海绵锆作为产品原材料；采用2500-3000吨油压机挤压成电极设备，将电极装入母合金熔炼制备真空自耗炉二次熔炼，制备成电极备用；用射蜡机将蜡摄入模具中，将蜡型进行涂层、沾沙、烘干、出蜡工序制成陶瓷模具；将陶瓷型模具和备用电极装入真空凝壳炉，并进行浇注；将铸件进行热等静压；将热等静压后的铸件进行修整和喷砂；喷砂后进行热处理。

2、  根据权利要求1所述的一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法，其特征在于：所述的合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf 95.5～99.5；Fe+Cr 0.16～0.40；H 0.001～0.005；N 0.021～0.025；C 0.02～0.05；Nb 2.0-3.0；O 0.14～0.18。

一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种化工用锆及锆合金泵、阀精密铸件，特别是一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法。
背景技术
目前，锆及锆合金泵、阀的制造技术主要有锻件切削加工+焊接成型和铸造成型两种。锆及锆合金泵阀生产中大多采用锻件切削加工+焊接成型技术。但是这一方法因材料切削量大而使材料利用率偏低，由于锆及锆合金材料价格昂贵而使成本过高，同时焊缝的存在大大增加了泵阀使用中的隐患。因此开发锆及锆合金泵阀铸造成型技术越来越受到重视，正在逐步取代切削加工+焊接成型技术。
锆及锆合金泵阀铸造成型技术因型模不同分为两种。采用石墨型铸造的泵阀构件表面粗糙，因无法近净成型而仍需保留较大的切削加工余量，造成材料的浪费；同时铸件因易产生内部冶金缺陷明而使质量难以控制。目前这一方法仅用于非高压泵阀构件的生产。
发明内容
本发明的目的是为解决已有技术的缺陷，提出一种采用熔模陶瓷型壳铸的造成型的技术可使铸件表面光洁度显著改善，同时可实现近净成型而避免材料浪费，铸件内部缺陷也有所减少。这使得它在化工、石化、农药、化肥、染料、食品等行业的设备中有着广泛的用途的一种处理锆及锆合金高压泵、阀精密铸件的工艺方法。是制造这些行业设备中诸如压力容器、换热器等高温、高压、强腐蚀装置部分的理想材料。
为解决上述问题，所采取的技术方案是：一种生产锆及锆合金泵、阀精密铸件的工艺方法，其特征在于：采用熔模陶瓷型壳精密铸造和热等静压方法生产锆及锆合金泵、阀精密铸件，熔模陶瓷型壳精密铸造是指在真空自耗凝壳炉中采用熔模陶瓷型壳进行铸件的近净成型铸造，熔模陶瓷型壳按照与泵阀构件几何形状尺寸一致的蜡型翻制而成，其内表面前两层型壳材料由特种氧化物构成，整个型壳经压蜡、涂料、挂壳、脱腊、焙烧等工艺环节制成；热等静压，是将要处理的铸件置于密闭耐高压和可加热至高温的容器内，先抽真空后充入高压惰性气体，加热升温至预定温度，在高温和各向等静高压的作用下，铸件内部封闭的气孔和疏松被压实闭合；其工艺步骤：首先，选用工业级海绵锆作为产品原材料；采用2500-3000吨油压机挤压成电极设备，将电极装入母合金熔炼制备真空自耗炉二次熔炼，制备成电极备用；用射蜡机将蜡摄入磨具中，将蜡型进行涂层、沾沙、烘干、出蜡工序制成陶瓷型模具；将陶瓷模具和备用电极装入真空凝壳炉，并进行浇注；将铸件进行热等静压；将热等静压后的铸件进行修整和喷砂；喷砂后进行热处理。所述的合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf 95.5～99.5；Fe+Cr 0.16～0.40；H 0.001～0.005；N 0.021～0.025；C 0.02～0.05；Nb 2.0-3.0；O 0.14～0.18。
本发明的有益效果是：以真空自耗电弧熔炼方法保证了材料成分的纯净度；以熔模陶瓷型壳精密铸造方法实现了构件的近净成型，解决了材料利用率偏低问题；以热等静压方法显著减少构件内部的冶金缺陷；以热处理方法改善构件最终的组织性能。即可以有效地解决由于锆及锆合金材料价格昂贵而使成本过高问题；同时也完全解决了焊缝的存在大大增加了泵阀使用中的隐患问题，可保证在高压等恶劣工作环境中的正常使用。本发明具有明显的产品优势，主要表现为：解决了材料利用率偏低问题、无焊缝引发的隐患；铸件表面光洁度高；铸件内部缺陷少，成分纯净；性能稳定。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
下面结合工艺流程图和实施例对本发明做进一步说明。
具体实施方式
实施本发明采用的是Zr705合金，该合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf～95.5、Fe+Cr～0.20、H～0.005、N～0.025、C～0.05、Nb～2.0-3.0、0～0.18、合金中含有的杂质符合标准性能要求。
锆及锆合金高压泵阀铸件生产工艺方法，其主要内容包括真空自耗电弧熔炼、熔模陶瓷型壳精密铸造和热等静压等环节，所涉及的技术原理如下：采取真空自耗电弧熔炼，包括原材料经真空自耗炉熔炼制备成母合金铸锭和铸造前的真空自耗凝壳炉重熔过程，技术原理均是在真空和在惰性气氛中，原材料电极棒在直流电弧的高温作用下迅速熔化，液态金属易熔滴形式推广高温电弧区，进入水冷铜坩埚并进行搅拌。过程中材料得到了均匀化、纯净化和致密化。
熔模陶瓷型壳精密铸造是指在真空自耗凝壳炉中采用熔模陶瓷型壳进行铸件的近净成型铸造。熔模陶瓷型壳按照与泵阀构件几何形状尺寸一致的蜡型翻制而成，其内表面前两层型壳材料由特种氧化物构成，整个型壳经压蜡、涂料、挂壳、脱腊、焙烧等工艺环节制成。
热等静压技术原理是将要处理的铸件置于密闭耐高压和可加热至高温的容器内，先抽真空后充入高压惰性气体，加热升温至预定温度，在高温和各向等静高压的作用下，铸件内部封闭的气孔和疏松被压实闭合。
工艺流程为：
1、选原材料：选用工业级海绵锆作为产品原材料；
2、采用电极制备：用2500-3000吨油压机挤压成电极；
3、采用母合金熔炼制备：将电极装入真空自耗炉二次熔炼(工艺要求：真空度＜0.1帕，熔炼电流3000-6500A，时间25-50min)，制备成电极备用；
4、采用陶瓷模具的制备：首先用射蜡机将蜡摄入磨具中，(工艺要求：压力0.2-1兆帕，保压时间2-6min)；将蜡型进行涂层、沾沙、烘干、出蜡工序制成陶瓷型；
5、铸造：将陶瓷型和备用电极装入真空凝壳炉，并浇注(工艺要求：真空度＜0.01帕，熔炼电流14000-26000A，时间4-15min)；
6、热等静压：将铸件进行热等静压(工艺要求：温度900-1260摄氏度，压力100-160兆帕，保压时间0.5-2h)；
7、整修及喷砂：将热等静压后的铸件进行修整和喷砂(工艺要求：喷淋压力0.05-0.4兆帕，喷嘴直径Φ25-Φ70)；
8、热处理：喷砂后进行热处理(工艺要求：温度500-600摄氏度，保温时间0.5-2h，冷却方式空冷或炉冷)；
9检验：热处理后进行产品检验(用X光透视检验)，检验合格后出厂。
实施例1
合金泵，该合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf～99.2、Fe+Cr～0.20、H～0.005、N～0.025、C～0.05、0～0.14、合金中含有的杂质符合标准性能要求。将各化学成分用传统制备合金的工艺将其制成合金，即Zr702合金。如图工艺，按上述化学成分重量比制备成合金铸件数据如下：
铸件尺寸精度：≤±0.1％；
铸件内部质量：无裂纹和夹杂，无连续分布的疏松和气孔，
单个疏松和气孔尺寸：≤0.5mm；
铸件力学性能：
σ_b≥483MPa，σ_0.2≥342MPa，δ₅≥12％
实施例2
合金阀，该合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf～99.4、Fe+Cr～0.19、H～0.005、N～0.024、C～0.05、0～0.15、合金中含有的杂质符合标准性能要求。将各化学成分用传统制备合金的工艺将其制成合金，即Zr702合金，即可用于各种普通阀门铸件设备的生产。
实施例3
合金高压阀，该合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf～96.3、Fe+Cr～0.20、H～0.003、N～0.025、C～0.04、Nb～2.5、O～0.17、合金中含有的杂质符合标准性能要求。将各化学成分用传统制备合金的工艺将其制成合金，即Zr705合金，即可用于各种高压阀门铸件设备生的产。
实施例4
本产品是Zr705合金离心泵，该合金由下述化学成分按重量百分比组成：Zr+Hf～97.5、Fe+Cr～0.19、H～0.005、N～0.025、C～0.05、Nb～2.8、O～0.18、合金中含有的杂质符合标准性能要求。将各化学成分用传统制备合金的工艺将其制成合金，即Zr705合金，即可用于各种泵体铸件设备生产。