一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法 【技术领域】
本发明属于金属铸造技术，特别涉及一种精密铸造成型方法，尤其是一种适用 于复杂薄壁铸件的精密铸造成型方法。背景技术
核燃料反应堆上管座其底部具有一百多个异型流水孔及安装孔，任意两孔之间 壁厚 2 ～ 3mm，孔壁高 18 ～ 24mm，且管座顶部具有四个厚大管脚，属典型的复杂薄壁 构件。 目前，核反应堆上管座普遍采用整块不锈钢经精密数控加工而成，造成金属材料 浪费严重、生产效率低、成品率低，消耗大量的能源及工时，这不仅使上管座的成本特 别高昂，而且不能保证生产急用的难题。 发明内容 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种复杂薄壁件的精密铸造 成型方法，该方法采用直接铸造的方式，获得接近所要求几何尺寸的核反应堆管座，经 过本方法后只需少量机械加工即可完成管座制造，使其制造成本显著降低。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的 ：
这种复杂薄壁件的精密铸造成型方法，包括以下步骤 ：
1) 蜡模模具制造 ：
根据复杂薄壁件的结构制作金属蜡模模具 ；
2) 压制蜡模 ：
采用上一步制作的蜡模模具利用压蜡机压制复杂薄壁件蜡模，压制温度 70 ～ 80℃，压制压力 0.4 ～ 0.7MPa ；
3) 浇注系统设计及制作 ：
采用压蜡机分别压制浇口杯、十字形横浇道、直浇道及内浇口 ；
4) 组型 ：
采用液体蜡将第 2) 步压制的蜡模及第 3) 步压制的浇口杯、十字形横浇道、直浇 道及内浇口进行粘结，形成整体 ；
5) 挂砂 ：
对以上整体进行多层挂砂，挂砂完成后用浆料进行封严，形成模壳 ；
6) 模壳焙烧 ：
在箱式电阻炉中焙烧模壳，焙烧完成后取出模壳清理内腔残留物 ；
7) 熔炼及浇注 ：
重熔不锈钢成品铸锭，熔化后将钢液倒入浇包中进行铸件浇注，浇注前将模壳 预热以备浇注 ；
8) 铸件清理 ：
采用水力清壳或干吹砂清壳 ；采用锯床切割浇注，内浇口采用铣床铣削至铸件
平面，采用吹砂机进行吹砂 ；
9) 热处理 ：
将清理后的铸件在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处理，完成后制得复杂 薄壁件成品。
上述步骤 5) 中，多层挂砂时，首先用 70 目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥 8 ～ 16 小时后再用 35 目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥 4 ～ 8 小时 ；第五至八层用 20 目上店砂和浆挂砂后放入干燥至少 4 ～ 8 小时。
上述步骤 6) 中，焙烧模壳时，将电阻炉升温至 450 ～ 500℃，将准备焙烧的模壳 放入炉内，继续升温至 800 ～ 1100℃保温 1 ～ 3 小时，然后停电炉冷至 200℃。
上述步骤 7) 中，熔化前以质量百分比浓度计，首先称量 0.13 ～ 0.17 ％硅钙粉 作为精炼期扩散脱氧剂，0.08％～ 0.12％铝块作炉内脱氧剂，0.08％～ 0.12％硅钙块作包 内脱氧剂，以 R6 为熔剂，经 850 ～ 950℃烘烤 3h ；精炼用熔剂中外加 15％～ 25％硅钙 粉 ；熔化时首先在炉底加入 R6 熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起 装入炉内 ；以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待 新渣形成后保持 10 ～ 20min，再扒渣 ；扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂 分 3 ～ 4 次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在 30 ～ 40min 内 ；当钢液温度达到 1580 ～ 1590℃时，插入 0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面 ；当钢液 温度升到 1590 ～ 1640℃时，扒渣，在 15kg 镁质浇包中加入 0.1％硅钙粉。
上述步骤 9) 中，使铸件在 1050 ～ 1100℃保温 30 分钟后淬火，冷却介质为水， 从炉中转移到水中的时间不大于 25 秒。
本发明具有以下有益效果 ：
本发明采用精密铸造成型的方法替代整块材料机加工的方法生产核反应堆管 座，只需少量机械切削加工或仅进行磨削加工即可完成生产，不仅节约大量材料、提高 工效，而且可有效提高产品性价比，可产生巨大经济效益。 附图说明
图 1 为本发明的工艺流程图 ；
图 2 为本发明的浇注系统设计方案。
图中，1 为浇口杯 ；2 为十字形横浇道 ；3 为直浇道 ；4 为内浇口。 具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细描述 ：
实施例 1
本实施例按照图 1 所示的工艺流程图进行，具体如下步骤 ：
1) 蜡模模具设计及制造 ：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体 上是确定拔模斜度为 3′，铸件收缩量为 1.5％ ；
2) 压制蜡模 ：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模， 压制温度 70℃，压制压力 0.4MPa ；
3) 浇注系统设计及制作 ：浇注系统结构如图 2 所示，采用压蜡机压制上述分别压制浇口杯 1、十字形横浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 ；
4) 组型 ：采用液体蜡将第 2) 步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯 1、十字形横 浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 按照图 2 所示的结构进行粘结，形成整体 ；
5) 挂砂 ：用 70 目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥 8 小时后再用 35 目的上 店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥 4 小时 ；第五至八层用 20 目上店 砂和浆挂砂后放入干燥至少 4 小时 ；最后用浆料进行封严 ；
6) 模壳焙烧 ：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至 450℃，将准备焙烧 的模壳放入炉内，继续升温至 800℃保温 1 小时，然后停电炉冷至 200℃ ；取出模壳清理 内腔残留物 ；浇注前将模壳预热以备浇注 ；
7) 熔炼及浇注 ：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔 ；以质量百分比浓度计， 熔化前首先称量 0.13％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.08％铝块作炉内脱氧剂，0.08％ 硅钙块作包内脱氧剂。 准备 R6 熔剂，经 850 ℃烘烤 3h。 精炼用熔剂中外加 15 ％硅钙 粉。 熔化时首先在炉底加入 R6 熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一 起装入炉内。 以最大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂， 待新渣形成后保持 10min，再扒渣。 扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分 3 次，每次加入后应搅动渣液，精炼时间控制在 30min 内。 当钢液温度达到 1580℃时，插 入 0.08％铝脱氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。 当钢液温度升到 1590℃时， 扒渣，在 15kg 镁质浇包中加入 0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注 ； 8) 铸件清理 ：采用水力清壳或干吹砂清壳 ；采用锯床切割浇注系统，内浇口采 用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂 ；
9) 热处理 ：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处 理。 核反应堆管座在 1050℃保温 30 分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时 间不大于 25 秒 ；完成后制得复杂薄壁件成品。
对以上制得的铸件成品经 X 射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能 测试后结果如下 ：
检测项目 1# 试样 2# 试样
拉伸强度 (σb) 屈服强度 (σ0.2) 577 578 286 307延伸率 (δ4D) 56 58.1实施例 2 ：
1) 蜡模模具设计及制造 ：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体 上是确定拔模斜度为 1.5°，铸件收缩量为 2.3％ ；
2) 压制蜡模 ：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模， 压制温度 75℃，压制压力 0.55MPa ；
3) 浇注系统设计及制作 ：浇注系统结构如附图 2 所示，采用压蜡机压制上述分 别压制浇口杯 1、十字形横浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 ；
4) 组型 ：采用液体蜡将第 2) 步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯 1、十字形横浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 按照附图 2 所示的结构进行粘结，形成整体 ；
5) 挂砂 ：用 70 目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥 12 小时后再用 35 目的上 店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥 6 小时 ；第五至八层用 20 目上店 砂和浆挂砂后放入干燥至少 6 小时 ；最后用浆料进行封严 ；
6) 模壳焙烧 ：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至 475℃，将准备焙烧 的模壳放入炉内，继续升温至 950℃保温 2 小时，然后停电炉冷至 200℃ ；取出模壳清理 内腔残留物 ；浇注前将模壳预热以备浇注 ；
7) 熔炼及浇注 ：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔 ；熔化前首先称量 0.13 ～ 0.17％硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.1％铝块作炉内脱氧剂，0.1％硅钙块作包内脱氧 剂。 准备 R6 熔剂，经 900℃烘烤 3h。 精炼用熔剂中外加 20％硅钙粉。 熔化时首先在 炉底加入 R6 熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内。 以最 大功率熔化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持 15min，再扒渣。 扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分 3 ～ 4 次，每次加入 后应搅动渣液，精炼时间控制在 35min 内。 当钢液温度达到 1585℃时，插入 0.08％铝脱 氧剂，待铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。 当钢液温度升到 1610℃时，扒渣，在 15kg 镁质浇包中加入 0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注 ； 8) 铸件清理 ：采用水力清壳或干吹砂清壳 ；采用锯床切割浇注系统，内浇口采 用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂 ；
9) 热处理 ：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处 理。 核反应堆管座在 1075℃保温 30 分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时 间不大于 25 秒 ；
将以上制得的成品铸件经 X 射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能 测试后结果如下 ：
检测项目 1# 试样 2# 试样
拉伸强度 (σb) 屈服强度 (σ0.2) 610 610 300 309延伸率 (δ4D) 59 63实施例 3 ：
1) 蜡模模具设计及制造 ：根据核反应堆上管座设计并制作金属蜡模模具，具体 上是确定拔模斜度为 3°，铸件收缩量为 3％ ；
2) 蜡模压制 ：采用上一步制作的蜡模模具及压蜡机压制核反应堆上管座蜡模， 压制温度 80℃，压制压力 0.7MPa ；
3) 浇注系统设计及制作 ：浇注系统结构如附图 2 所示，采用压蜡机压制上述分 别压制浇口杯 1、十字形横浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 ；
4) 组型 ：采用液体蜡将第 2) 步压制的蜡模及第三步压制的浇口杯 1、十字形横 浇道 2、直浇道 3 及内浇口 4 按照附图 2 所示的结构进行粘结，形成整体 ；
5) 挂砂 ：用 70 目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥 16 小时后再用 35 目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥 8 小时 ；第五至八层用 20 目上店 砂和浆挂砂后放入干燥至少 8 小时 ；最后用浆料进行封严 ；
6) 模壳焙烧 ：在箱式电阻炉中焙烧模壳，将电阻炉升温至 500℃，将准备焙烧 的模壳放入炉内，继续升温至 1100℃保温 3 小时，然后停电炉冷至 200℃；取出模壳清理 内腔残留物 ；浇注前将模壳预热以备浇注 ；
7) 熔炼及浇注 ：采用合格的不锈钢成品铸锭进行重熔 ；熔化前首先称量 0.17％ 硅钙粉作为精炼期扩散脱氧剂，0.12％铝块作炉内脱氧剂，0.12％硅钙块作包内脱氧剂。 准备 R6 熔剂，经 950℃烘烤 3h。 精炼用熔剂中外加 25％硅钙粉。 熔化时首先在炉底加 入 R6 熔剂，再装炉料，熔炼合金时锰铁和铬铁与基体炉料一起装入炉内。 以最大功率熔 化，开化后加入熔剂覆盖，全熔化后扒渣，再加入新熔剂，待新渣形成后保持 20min，再 扒渣。 扒渣后加入精炼剂，进行扩散脱氧，精炼用熔剂分 3 ～ 4 次，每次加入后应搅动 渣液，精炼时间控制在 40min 内。 当钢液温度达到 1590℃时，插入 0.08％铝脱氧剂，待 铝反应后，在加熔剂覆盖钢液表面。 当钢液温度升到 1640℃时，扒渣，在 15kg 镁质浇包 中加入 0.1％硅钙粉，将钢液倒入浇包中进行铸件浇注 ；
8) 铸件清理 ：采用水力清壳或干吹砂清壳 ；采用锯床切割浇注系统，内浇口采 用铣床铣削至铸件平面，采用吹砂机进行吹砂 ； 9) 热处理 ：将清理后的核反应堆管座在热处理盐浴或者箱式电阻炉中进行热处 理。 核反应堆管座在 1100℃保温 30 分钟后淬火，冷却介质为水，从炉中转移到水中的时 间不大于 25 秒 ；
10) 铸件经 X 射线探伤后，内部质量符合规定的要求，力学性能测试后结果如 下：
检测项目 1# 试样 2# 试样拉伸强度 (σ 屈服强度 (σ0.2) 延伸率 (δ4D) 585 570 294 303 64 65