鑄造用合金材料及用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鑄造用合金材料及用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，所述合金材料為ZG32CrNiMo，用所述G32CrNiMo鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其工藝步驟包括：a、樹脂砂造型；b、設(shè)置澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵；c、澆注金屬液；d、正火+回火預(yù)處理；e：調(diào)質(zhì)熱處理。通過上述方式，本發(fā)明合金材料G32CrNiMo配方合理，尤其熔煉而成的金屬液具有流動性好的特點，使鑄態(tài)的鑄件具有很好的抗拉強度和很好的延展性，同時用其鑄造大型軸承殼鑄件的工藝合理，通過底注式澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵的合理配置，使?jié)沧⒍傻蔫T件無裂紋，成品率高。
【專利說明】鑄造用合金材料及用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種鑄造用合金材料及用其鑄造海洋 平臺大齒輪箱鑄件的工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 殼體類鑄件的收縮率受鑄造合金材料熔煉而成的金屬液的化學(xué)成分、澆注溫度、 鑄件本身結(jié)構(gòu)特征、鑄型的退讓性和泥芯的退讓性等多種因素的影響，尤其是金屬液的化 學(xué)成分、澆注溫度的影響使?jié)驳猛环N鑄件在每一爐次甚至同一爐次的尺寸都有差異。
[0003] 海洋平臺大齒輪箱鑄件重達800kg，要求機械性能達到：屈服強度彡600MPa，抗拉 強度彡740MPa，伸長度彡17%，斷面收縮率彡35%，-40沖擊值彡34J，單個最小值27J，硬度 210-234HBW，其無損檢測要求不允許有裂紋，調(diào)質(zhì)后不允許焊補。
[0004] 由于該海洋平臺大齒輪箱的結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜，壁厚差異大，以致鑄件在鑄造過 程中各部分的冷卻程度不均勻，而極易在壁厚部分產(chǎn)生縮松和縮孔，在薄壁部分又易產(chǎn)生 金屬液充型不良，故鑄造過程中極易造成裂紋、氣孔和砂眼等致命缺陷，使得鑄件的正品率 低；同時為了消除鑄造應(yīng)力，提高鑄件尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量，熱處理工藝也很關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鑄造用合金材料 及用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，該合金材料配方合理，具有流動性好的特點，使 鑄態(tài)的鑄件具有很好的抗拉強度和很好的延展性，同時用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的 工藝合理，通過底注式澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵的合理配置，使?jié)沧⒍傻蔫T件無裂紋，成品 率高。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種鑄造用合金材料， 用于大型鑄件的鑄造，所述合金材料為ZG32CrNiMo,其成分及質(zhì)量配比為：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%，其余為 Fe。
[0007] 用所述ZG32CrNiMo鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其鑄造及熱處理工藝包括如下 步驟： a、 樹脂砂造型：以所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面為分型面，用樹脂砂造型分 別構(gòu)成上、下對合的上型腔樹脂砂模和下型腔樹脂砂模； b、 設(shè)置澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵：所述澆注系統(tǒng)為底注式澆注系統(tǒng)，包括相互貫通的澆口 杯、直澆道、橫澆道和2道內(nèi)澆道，所述直澆道、橫澆道、2道內(nèi)澆道的直徑均為60mm ;在所 述上型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面上設(shè)置明冒口，所述明冒口有 3個，包括2個圓柱形明冒口和1個腰圓柱形明冒口，其中所述2個圓柱形明冒口的結(jié)構(gòu)相 同、尺寸相等；在所述下型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的熱節(jié)處布置成型冷 鐵，所述成型冷鐵有2塊，左右對稱放置在所述熱節(jié)處； C、澆注金屬液：澆注所述ZG32CrNiM〇熔煉而成的金屬液，注孔直徑為45mm，澆注過程 中澆注溫度為1550±10°C，澆重1200kg所述金屬液，澆注完成后即得所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件，將鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒口； d、正火+回火預(yù)處理：將所述海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至 620± 10°C，保溫2小時，繼續(xù)正火升溫至900± 10°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火 爐，回火升溫至620±10°C，爐冷至500°C出爐； e :調(diào)質(zhì)熱處理：對預(yù)處理后的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將鑄件放 入正火爐，升溫至880± 10°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至650± 10°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
[0008] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述2個圓柱形明冒口的尺寸為：〇200mmX300mm， 所述1個腰圓柱形明冒口的尺寸為腰200_X 300_。根據(jù)海洋平臺大齒輪箱鑄件的結(jié)構(gòu)及 大小設(shè)置尺寸合理的明冒口，使明冒口內(nèi)有足夠的金屬液補充鑄件的液態(tài)收縮和凝固補縮 以及澆注后型腔擴大的體積。
[0009] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述澆注過程中，當金屬液面上升至所述明冒口高 度的1/2-2/3時，在所述各個明冒口內(nèi)加入保溫劑，每個明冒口加保溫劑2kg。用于延長明 冒口中金屬液保持液態(tài)的時間，提高明冒口的補縮效率，并能節(jié)約金屬液用量、降低鑄造成 本。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述氣割明冒口溫度不低于150°c。以免產(chǎn)生明冒口 根部局部應(yīng)力集中而造成鑄件裂紋現(xiàn)象。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述淬火采用水淬方式。成本低，淬火時需加強水的 循環(huán)，便于冷卻均勻。
[0012] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述正火、回火的升溫速度彡100°C /小時?？刂粕?溫速度，能提高熱處理效果，消除鑄件的鑄造應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸并提高鑄件的機械性能。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明自行配方的ZG32CrNiM〇鑄造用合金材料，配方合 理，由該材料熔煉而成的金屬液具有流動性好的特點，使鑄態(tài)的鑄件具有很好的抗拉強度 和很好的延展性；同時用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝合理，通過底注式澆注系統(tǒng)、 冒口及冷鐵的合理配置，使?jié)沧⒍傻蔫T件無裂紋，成品率高；此外澆注成型后鑄件經(jīng)正 火、回火預(yù)處理和調(diào)質(zhì)熱處理，能消除鑄造應(yīng)力，提高鑄件尺寸精度和內(nèi)在質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝主視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖中各部件的標記如下：1、法蘭平面，2、明冒口，3、成型冷鐵，4、澆口杯，5、直澆道， 6、橫澆道，7、內(nèi)澆道。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0016] 請參閱圖1和圖2,本發(fā)明實施例包括： 一種鑄造用合金材料，用于大型鑄件的鑄造，所述合金材料為ZG32CrNiM〇,其成分及 質(zhì)量配比為：：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%，其余為 Fe。該合金材料熔煉而成 的金屬液具有流動性好的特點，使鑄態(tài)的鑄件具有很好的抗拉強度和延展性。
[0017] 用所述ZG32CrNiMo鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其鑄造及熱處理工藝包括如下 步驟： a、 樹脂砂造型：以所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面1為分型面，用樹脂砂造型 分別構(gòu)成上、下對合的上型腔樹脂砂模和下型腔樹脂砂模； b、 設(shè)置澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵：所述澆注系統(tǒng)為底注式澆注系統(tǒng)，包括相互貫通的澆口 杯4、直澆道5、橫澆道6和2道內(nèi)澆道7,所述直澆道5、橫澆道6、2道內(nèi)澆道7的直徑均為 60mm ;在所述上型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面1上設(shè)置明冒口 2， 所述明冒口 2有3個，包括2個尺寸為：Φ200πιπιΧ300mm的圓柱形明冒口和1個尺寸為：腰 200mmX300mm的腰圓柱形明冒口；在所述下型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件 的熱節(jié)處布置成型冷鐵3,所述成型冷鐵3有2塊，其厚度均為50_、左右對稱放置在所述 熱節(jié)處；通過底注式澆注系統(tǒng)、明冒口 2和成型冷鐵3合理配合，控制鑄件的凝固次序，細化 晶粒組織，防止鑄件出現(xiàn)裂紋； c、 澆注金屬液：澆注所述ZG32CrNiM〇熔煉而成的金屬液，注孔直徑為45mm，澆注過程 中澆注溫度為1550± 10°C，澆重1200kg所述金屬液，澆注完成后即得所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件，將鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒口 2,并且氣隔明冒口 2的溫度 不低于150°C，以免產(chǎn)生明冒口 2根部局部應(yīng)力集中而造成鑄件裂紋現(xiàn)象； 其中，所述澆注過程中，當金屬液面上升至所述明冒口 2高度的1/2-2/3時，在所述各 個明冒口 2內(nèi)加入保溫劑，每個明冒口 2加保溫劑2kg。用于延長明冒口 2中金屬液保持液 態(tài)的時間，提高明冒口 2的補縮效率，并能節(jié)約金屬液用量、降低鑄造成本； d、 正火+回火預(yù)處理：將所述海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至 620± 10°C，保溫2小時，繼續(xù)正火升溫至900± 10°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火 爐，回火升溫至620± 10°C，爐冷至500°C出爐； e :調(diào)質(zhì)熱處理：對預(yù)處理后的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將鑄件放 入正火爐，升溫至880± 10°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至650± 10°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
[0018] 其中，所述淬火采用水淬方式，成本低，淬火時需加強水的循環(huán)，便于冷卻均勻。
[0019] 所述正火、回火的升溫速度< 100°C /小時，控制升溫速度，能提高熱處理效果，消 除鑄件的鑄造應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸并提高鑄件的機械性能。
[0020] 實施例一： 配制用于鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及質(zhì)量配比為： 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合金材料鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其鑄造及 熱處理工藝包括如下步驟： a、將上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔煉成金屬液； b、 按上述方法進行樹脂砂造型、設(shè)置底注式澆注系統(tǒng)、明冒口和成型冷鐵，澆注1200kg 金屬液，澆注溫度為1550°C，澆注完成后鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒 口，氣割明冒口的溫度為150°C，澆注而成的海洋平臺大齒輪箱鑄件毛重800kg ; c、 將上述制得的海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至620°C，保溫2小 時，繼續(xù)正火升溫至890°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火爐，回火升溫至610°C，爐冷 至500°C出爐； d、 對上述預(yù)處理后的海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件放入正火爐，升溫至870°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至640°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
[0022] 實施例二： 配制用于鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及質(zhì)量配比為： 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合金材料鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其鑄造及 熱處理工藝包括如下步驟： a、 將上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔煉成金屬液； b、 按上述方法進行樹脂砂造型、設(shè)置底注式澆注系統(tǒng)、明冒口和成型冷鐵，澆注1200kg 金屬液，澆注溫度為1540°C，澆注完成后鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒 口，氣割明冒口的溫度為160°C，澆注而成的海洋平臺大齒輪箱鑄件毛重800kg ; c、 將上述制得的海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至610°C，保溫2小 時，繼續(xù)正火升溫至900°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火爐，回火升溫至620°C，爐冷 至500°C出爐； d、 對上述預(yù)處理后的海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件放入正火爐，升溫至880°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至660°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
[0024] 實施例三： 配制用于鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的ZG32CrNiM〇合金材料，其成分及質(zhì)量配比為： 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合金材料鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件，其鑄造及 熱處理工藝包括如下步驟： a、 將上述配制得到的ZG32CrNiM〇合金材料熔煉成金屬液； b、 按上述方法進行樹脂砂造型、設(shè)置底注式澆注系統(tǒng)、明冒口和成型冷鐵，澆注1200kg 金屬液，澆注溫度為1560°C，澆注完成后鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒 口，氣割明冒口的溫度為160°C，澆注而成的海洋平臺大齒輪箱鑄件毛重800kg ; c、 將上述制得的海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至630°C，保溫2小 時，繼續(xù)正火升溫至910°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火爐，回火升溫至630°C，爐冷 至500°C出爐； d、 對上述預(yù)處理后的海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件放入正火爐，升溫至890°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至650°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
[0026] 本發(fā)明揭示了一種鑄造用合金材料，為自行配方的ZG32CrNiM〇合金材料，其配方 合理，由該材料熔煉而成的金屬液具有流動性好的特點，使鑄態(tài)的鑄件具有很好的抗拉強 度和很好的延展性；同時揭示了用其鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，該工藝簡單合理， 通過底注式澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵的合理配置，使?jié)沧⒍傻蔫T件無裂紋，成品率高；此外 澆注成型后鑄件經(jīng)正火、回火預(yù)處理和調(diào)質(zhì)熱處理，能消除鑄造應(yīng)力，提高鑄件尺寸精度和 內(nèi)在質(zhì)量。
[0027] 鑄造而成的海洋平臺大齒輪箱鑄件機械性能滿足：屈服強度> 600MPa、抗拉強 度彡740MPa、伸長度彡17%、斷面收縮率彡35%、-40沖擊值彡34J、單個最小值27J、硬度 210-234HBW ； 該海洋平臺大齒輪箱鑄件無損檢測滿足：100%MT探傷，無裂紋；100%UT，滿足GB/T 7233. 1-2009 2 級要求。
[0028] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鑄造用合金材料，用于大型鑄件的鑄造，其特征在于，所述合金材料為 ZG32CrNiMo,其成分及質(zhì)量配比為：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%，其余為 Fe。
2. -種用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征在于，包括鑄造工藝 和熱處理工藝，其加工步驟如下： a、 樹脂砂造型：以所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面為分型面，用樹脂砂造型分 別構(gòu)成上、下對合的上型腔樹脂砂模和下型腔樹脂砂模； b、 設(shè)置澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵：所述澆注系統(tǒng)為底注式澆注系統(tǒng)，包括相互貫通的澆口 杯、直澆道、橫澆道和2道內(nèi)澆道，所述直澆道、橫澆道、2道內(nèi)澆道的直徑均為60mm ;在所 述上型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的法蘭平面上設(shè)置明冒口，所述明冒口有 3個，包括2個圓柱形明冒口和1個腰圓柱形明冒口，其中所述2個圓柱形明冒口的結(jié)構(gòu)相 同、尺寸相等；在所述下型腔樹脂砂模的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件的熱節(jié)處布置成型冷 鐵，所述成型冷鐵有2塊，左右對稱放置在所述熱節(jié)處； c、 澆注金屬液：澆注所述ZG32CrNiM〇熔煉而成的金屬液，注孔直徑為45mm，澆注過程 中澆注溫度為1550± 10°C，澆重1200kg所述金屬液，澆注完成后即得所述海洋平臺大齒輪 箱鑄件，將鑄件在砂型中保溫48小時，然后清砂并氣割明冒口； d、 正火+回火預(yù)處理：將所述海洋平臺大齒輪箱鑄件放入正火爐中，正火升溫至 620± 10°C，保溫2小時，繼續(xù)正火升溫至900± 10°C，保溫4小時，空冷至室溫后放入回火 爐，回火升溫至620± 10°C，爐冷至500°C出爐； e :調(diào)質(zhì)熱處理：對預(yù)處理后的所述海洋平臺大齒輪箱鑄件進行初加工，然后將鑄件放 入正火爐，升溫至880± 10°C，保溫6小時，淬火后放入回火爐，回火升溫至650± 10°C，保溫 8小時，爐冷至550°C出爐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征 在于，所述2個圓柱形明冒口的尺寸為：Φ 200mmX 300mm，所述1個腰圓柱形明冒口的尺寸 為：腰 200mmX 300mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征在 于，所述澆注過程中，當金屬液面上升至所述明冒口高度的1/2-2/3時，在所述明冒口內(nèi)加 入保溫劑，每個明冒口加保溫劑2kg。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征在 于，所述氣割明冒口溫度不低于150°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征在 于，所述淬火采用水淬方式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用ZG32CrNiM〇鑄造海洋平臺大齒輪箱鑄件的工藝，其特征在 于，所述正火、回火的升溫速度彡l〇〇°C /小時。
【文檔編號】C22C38/44GK104195448SQ201410416329
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳學(xué)忠, 張明均 申請人:常熟市虹橋鑄鋼有限公司