專利名稱：離心鑄管模具及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種離心鑄管模具及其制作工藝。
背景技術(shù)：
目前，冷模法離心鑄管技術(shù)已經(jīng)非常成熟，加之它生產(chǎn)節(jié)奏快，效率高，基本上所有的中、小規(guī)格球墨鑄管均采用此項技術(shù)。離心澆注法生產(chǎn)球墨鑄鐵管所使用的模具中，最重要的部件就是管模。由于管模直接與高溫鐵水接觸，工作條件相當(dāng)惡劣。因此，管模的壽命相對較短。 據(jù)統(tǒng)計， 一般的管模的壽命只有6000-8000支，即一個管模直至損壞可以使用6000-8000次左右。因而管模的費用在鑄管銷售價格中占有相當(dāng)比例。傳統(tǒng)的冷模法管模采用的是單一材質(zhì)的21CrMo10管模，其疲勞失效形式一般均為管模內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致澆注過程中產(chǎn)生廢品而報廢。管摸的壽命直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種離心鑄管模具結(jié)構(gòu)及其制作工藝，以提
高管模的使用壽命和減少生產(chǎn)中鑄鋼產(chǎn)生廢品的概率。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案 所述鑄管模具的管壁內(nèi)表面上復(fù)合有耐熱模具鋼層，形成內(nèi)外兩層合金的管壁，管壁內(nèi)外兩層完全冶金結(jié)合。 耐熱模具鋼復(fù)合層是采用20CrMoWV材料，厚度不小于20mm。
外層管壁采用普通耐熱鋼或低合金耐熱鋼。 外層管壁采用低合金耐熱鋼時是在普通耐熱鋼中加入鉻、鉬、釩元素，以上元素占
合金耐熱鋼重量百分比為鉻1.0_2.0%，鉬< 0.4%，釩0. 03-0. 05%。 配套的離心鑄管模具的制作工藝，包括采用離心澆注工藝、借助金屬型腔、完成鑄
管模具毛坯的成型，關(guān)鍵在于鑄管模具的外管壁層冷卻到液相線溫度以下20 10(TC時，
內(nèi)表面澆上形成復(fù)合層的耐熱模具鋼熔融體，借助金屬型腔高速旋轉(zhuǎn)和物理化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)
復(fù)合層離心成型 待金屬液冷卻并完全凝固后進(jìn)行推管，生成具有完全冶金結(jié)合層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)的鑄管模具毛坯。 對鑄管模具毛坯內(nèi)外表面處理和性能檢驗后，經(jīng)周期軋制及熱擴口工藝變形，最終加工成為鑄管模具。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的主要思路為在鑄管模具內(nèi)層合金通過增加一些合金元素，提高鑄管模具的耐熱疲勞性能，延緩內(nèi)壁的開裂，就能大大提高管模的使用壽命。這樣，只要保證內(nèi)表層金屬以外的管坯具有足夠的強度支撐，就能保證鑄管模具的使用壽命。以上的構(gòu)思通過鑄管模具的內(nèi)表面復(fù)合優(yōu)良性能的合金層，形成鑄管模具內(nèi)表面抗熱疲勞優(yōu)良性能，實現(xiàn)延長使用壽命的效果是完全可能的。在保證復(fù)合層過渡界面的結(jié)合強度的原則下，適當(dāng)降低外層管壁中耐熱合金中貴金屬元素的百分比含量，可以有效的抵消工藝 成本復(fù)雜化和鑄管模具管壁內(nèi)表面復(fù)合層貴金屬用量比例加大造成的成本升高。再考慮到 鑄管模具壽命的大幅度延長帶來的效果，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。 從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明中通過在管模內(nèi)層加入合金化元素，主要是 鉻、鎢、釩元素，成功開發(fā)出管壁層支持下的、表層抗熱疲勞性能優(yōu)良的復(fù)合型鑄管模具。鑄 管模具內(nèi)層采用耐熱合金模具鋼，直接提高鑄管模具的耐熱疲勞性能，延緩內(nèi)壁的開裂，就 能大大提高管模的使用壽命。本發(fā)明與現(xiàn)有管模試驗對比，使用壽命可以延長30 50%成 為最有力的佐證。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本發(fā)明實施例提供的金屬管模結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為為本發(fā)明實施例提供的金屬管模熱擴口后結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1為鑄管模具的外層管壁，2為鑄管模具的復(fù)合層。
具體實施例方式
本發(fā)明公開了一種鑄管模具的結(jié)構(gòu)和制作工藝，以提高離心鑄造中管模的使用壽
命和減少生產(chǎn)中鋼管產(chǎn)生廢品的概率。
本發(fā)明中的鑄管模具結(jié)構(gòu)具有以下的特點 鑄管模具用金屬材料制造，所述鑄管模具的管壁內(nèi)表面上附有耐熱模具鋼復(fù)合 層。 耐熱模具鋼復(fù)合層是采用20CrMoWV材料，該材料中所包括各合金元素在耐熱 模具鋼所占的的重量百分比為C :0. 16 0. 24 ;Si :0. 20 0. 50 ;Mn :0. 30 0. 60 ;P : 《0. 015 ;S《0. 012 ;Cr :2. 0 2. 6 ;Mo :0. 40 1. 0 ;W :0. 60 1. 10 ;V :0. 03 0. 06，復(fù)
合層的厚度不小于20毫米。 外層管壁采用普通耐熱鋼，或低合金耐熱鋼。 外層管壁采用低合金耐熱鋼時是在普通耐熱鋼中加入鉻、鉬、釩元素，以上元素在 合金耐熱鋼所占的重量百分比為鉻1.0-2.0%，鉬< 0.4%，釩0. 03-0. 05%。
離心鑄管模具配套制作工藝包括以下步驟 包括采用離心澆注工藝、借助金屬型腔、完成鑄管模具毛坯的成型，其特征在于
待鑄管模具的外層管壁冷卻到液相線溫度以下20 IO(TC時，內(nèi)表面澆上形成復(fù) 合層的耐熱模具鋼熔融液，借助金屬型腔高速旋轉(zhuǎn)和物理化學(xué)變化實現(xiàn)復(fù)合層離心成型
待金屬液冷卻后進(jìn)行推管，生成具有復(fù)合層結(jié)構(gòu)的鑄管模具毛坯；
對鑄管模具毛坯內(nèi)外表面處理和性能檢驗。
然后對鑄管模具毛坯進(jìn)行以下工藝加工 對鑄管模具毛坯進(jìn)行預(yù)熱，將鑄管模具毛坯加熱到1100 125(TC，該溫度可根據(jù) 所選用的合金的性能進(jìn)行確定，一般加熱到完全奧氏體化即可。 對鑄管模具毛坯進(jìn)行周期軋制，即在軋機上將鑄管模具毛坯軋制到一定的外形尺 寸，具體的管坯尺寸由想要加工的具體管模規(guī)格來確定；
4
對鑄管模具毛坯進(jìn)行擴口處理，即將鑄管模具毛坯加熱到880 100(TC后，在擴
口機上將鑄管模具毛坯的一端擴大為喇叭形，生成鑄管模具； 對鑄管模具表面進(jìn)行最終物理、化學(xué)處理，然后進(jìn)行性能檢驗。 上述的鑄管模具的制作工藝中，在對金屬型腔進(jìn)行預(yù)熱加工時，在其內(nèi)表面噴涂
熱脫模涂料，涂層厚度一般控制在1. 5 2. 8毫米，并保證涂層平整，均勻。另外在離心澆
注過程中采用了保護(hù)渣和渣洗技術(shù)，申請人曾于2008年7月24日申請了名稱為"具有過渡
層的雙金屬復(fù)合管坯、其生產(chǎn)方法及其生產(chǎn)設(shè)備"的專利，在該專利申請文件中對離心澆注
過程中的保護(hù)渣和渣洗技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。 綜上所述，本發(fā)明通過鑄管模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，增加與高溫接觸表面材質(zhì)的耐熱疲 勞性能，延緩內(nèi)表面的開裂，大大提高了使用壽命。這樣，只要保證模具外層管壁具有足夠 的支撐強度即可。本發(fā)明只需在鑄管模具內(nèi)表面金屬材料中增加高含量耐熱合金元素，就 能保證管模的使用壽命，在管模成本維持原來水平或略微提高的情況下，使管模的使用壽 命明顯提高。
權(quán)利要求
一種離心鑄管模具，用金屬材料制造，其特征在于，所述鑄管模具的管壁內(nèi)表面上附有耐熱模具鋼復(fù)合層，形成內(nèi)外兩層合金的管壁，兩層合金完全冶金結(jié)合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的離心鑄管模具，其特征在于耐熱模具鋼復(fù)合層是采用 20CrMoWV材料，厚度不小于20mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離心鑄管模具，其特征在于外層管壁采用普通耐熱鋼或低合 金耐熱鋼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的離心鑄管模具，其特征在于外層管壁采用低合金耐熱鋼時 是在普通耐熱鋼中添加鉻、鉬、釩元素，以上元素在合金耐熱鋼所占的重量百分比為鉻 1. 0-2. 0%，鉬小于0. 4%，釩0. 03-0. 05%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)項所述的離心鑄管模具的制作工藝，包括采用離心澆注 工藝、借助金屬型腔、完成鑄管模具毛坯的成型，其特征在于待鑄管模具的外管壁層冷卻到液相線溫度以下20 IO(TC時，內(nèi)表面澆上形成復(fù)合層 的耐熱模具鋼熔融液，借助金屬型腔高速旋轉(zhuǎn)和物理化學(xué)變化實現(xiàn)復(fù)合層離心成型待金屬液冷卻并完全凝固后進(jìn)行推管，生成具有完全冶金結(jié)合復(fù)合層結(jié)構(gòu)的鑄管模具 毛坯；對鑄管模具毛坯內(nèi)外表面進(jìn)行處理和性能檢驗后，經(jīng)周期軋制及熱擴口工藝變形，最 終加工成為鑄管模具。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離心鑄管模具的制作工藝，其特征在于對鑄管模具毛坯進(jìn)行 周期軋制及熱擴口工藝包括將鑄管模具毛坯加熱到完全奧氏體化； 在軋機上對鑄管模具毛坯進(jìn)行軋制；鑄管模具毛坯加熱后，在擴口機上將鑄管模具毛坯的一端擴大成為喇叭形，生成鑄管 模具；對鑄管模具內(nèi)外表面進(jìn)行物理、化學(xué)處理，性能檢驗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離心鑄管模具的制作工藝，其特征在于在澆注前對金屬型 腔進(jìn)行預(yù)熱，并在其內(nèi)表面噴涂熱模法涂料，涂層厚度一般控制在1. 5 2. 8毫米，并保證 涂層平整，均勻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離心鑄管模具的制作工藝，其特征在于在澆注過程中采用 了保護(hù)渣和渣洗技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心鑄管模具及其制作工藝。離心鑄管模具用金屬材料制造，管壁內(nèi)層合金為耐熱模具鋼復(fù)合層。配套的工藝方法包括采用離心澆注工藝，借助金屬型腔完成離心鑄管模具的外層管壁的成型；待離心鑄管模具的外層管壁金屬冷卻到液相線溫度以下20～100℃時，內(nèi)表面澆上形成復(fù)合層的耐熱模具鋼熔融液，借助金屬型腔高速旋轉(zhuǎn)和內(nèi)外層金屬之間的物理化學(xué)變化，實現(xiàn)復(fù)合管坯的離心成型；待合金完全凝固后進(jìn)行推管，形成具有完全冶金結(jié)合層的復(fù)合鑄管模具毛坯；對鑄管模具毛坯內(nèi)外表面進(jìn)行處理和性能檢驗后，經(jīng)周期軋制及熱擴口工藝變形后，最終加工成為鑄管模具。本發(fā)明制作的鑄管模具耐熱疲勞性能明顯提高，顯著延緩內(nèi)表面的開裂，大大提高了管模的使用壽命。
文檔編號B22D13/10GK101704084SQ20091007588
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者宋亞峰, 崔新亮, 龐于思, 王黎暉, 申勇, 陳建波, 陳睿 申請人:新興鑄管股份有限公司