大型軸套及其鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及軸套制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種大型軸套及其鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于高度直徑比為0.3~0.6的大型軸套，是海上起重船上起重機(jī)的關(guān)鍵部件，海 浪洶涌的環(huán)境使其工作條件極為惡劣。該批產(chǎn)品需要通過PT探傷及乂 CS"船檢，質(zhì)量要求 高，主要有兩種型號，鑄件尺寸分別為（Φ 1138mmX62mm) Φ 1012mm/〇860mmX 540mm及（Φ 1010mmX60mm)Φ900mm/Φ762mmX520mm。
[0003] 大型軸套的立式離屯、鑄造通常具有W下Ξ個特點：一是由于鑄件高度越高，內(nèi)圓 拋物面的開口越大，即上下端面的內(nèi)圓半徑差越大，在設(shè)計加工余量時要充分考慮;二是由 于軸套外圓的表面積較大，金屬液若不能很快地鋪滿鑄型表面，容易產(chǎn)生冷隔，在設(shè)計誘注 系統(tǒng)時要認(rèn)真對待;Ξ是不論是侶黃銅還是侶青銅，吸氣傾向大，氣渣往往相伴，容易產(chǎn)生 夾雜，在誘注前對金屬液的質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格控制。
[0004] 現(xiàn)有大型軸套的原材質(zhì)為侶黃銅ZCuai25A16Fe3Mn3((5b^40Mpa，S5^%)，而對 于運種高強(qiáng)度合金，在受較大沖擊載荷的條件下，塑性指標(biāo)尤為重要，甚至比抗拉強(qiáng)度更為 重要，需要保證伸長率δ5 > 15 %，同時抗拉強(qiáng)度〇b要盡可能接近740Mpa。
[000引由于當(dāng)時國家標(biāo)準(zhǔn)中還沒有納入力學(xué)性能達(dá)到化> 7351口曰，85>15%的高車孟侶青 銅ZCuA18Mnl4化3Ni2牌號（2014年6月才納入實施），開始時擬用船標(biāo)中力學(xué)性能達(dá)到0b> 735Mpa，S5含15%的高儘侶青銅ZQA114-8-3-2(見船標(biāo)《螺旋獎用銅合金技術(shù)條件》CB818- 84)，但對高儘侶青銅數(shù)據(jù)詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，船標(biāo)中ZQA114-8-3-2的化學(xué)成份不夠合理，侶 含量及儘含量兩者的下限都較高，導(dǎo)致該牌號化學(xué)成份與力學(xué)性能之間的對應(yīng)關(guān)系不好， 在達(dá)到0b含735Mpa的條件下，很難保證δ5含15%。考慮到該產(chǎn)品需要通過乂CS"船檢，對化學(xué) 成份與力學(xué)性能的驗收均十分嚴(yán)格，因此上述材質(zhì)并不合適。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種大型軸套，采用合適的材質(zhì)制成，組分合 理，伸長率和抗拉強(qiáng)度比較合適。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供W下技術(shù)方案：一種大型軸套，采用 ZCuA18Mnl3化3Ni2制作而成。
[000引進(jìn)一步地，所述 ZCuA18Mnl3 化 3Ni2 材質(zhì)的 0b>670Mpa，S5M8%。
[0009] 進(jìn)一步地，所述2加41811113。63化2材質(zhì)的組分百分含量分別為417.0~8.5、 11111.5~14.0、尸62.5~4.0、化1.8~2.5和余量的〇1。
[0010] 進(jìn)一步地，所述2加41811113。63化2材質(zhì)的組分百分含量分別為417.3~7.8、 11112.3~13.3、尸62.9~3.3、化1.9~2.2和余量的〇1。
[0011] -種如上所述大型軸套的鑄造方法，采用立式離屯、鑄造法制作。
[0012] 進(jìn)一步地，采用帶彎嘴誘口的漏斗側(cè)流式誘注系統(tǒng)，金屬液在誘注最初3秒內(nèi)能均 勻鋪型，且鋪型厚度7mm。
[0013] 進(jìn)一步地，所述離屯、轉(zhuǎn)速為372.化/min~434.71·/min。
[0014] 進(jìn)一步地，所述立式離屯、鑄造法中鑄型烘干工藝為:對鑄型進(jìn)行初次烘干，烘干溫 度450°C~480°C ;在室溫下涂刷石墨粉水基涂料，其厚度為0.7mm~1.2mm;再次烘干，溫度 400°C~450°C，鑄型烘干時間 > 化。
[0015] -種誘注系統(tǒng)，包括誘口，所述誘口為彎嘴誘口，朝向金屬筒套。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0017] 1、用高儘侶青銅來取代侶黃銅，不僅能獲得更優(yōu)的綜合力學(xué)性能，而且大大提高 了軸套的使用壽命，本文給出了ZCuA18Mnl3Fe3Ni2的化學(xué)成分優(yōu)選范圍，獲得了高強(qiáng)初的 綜合力學(xué)性能。
[0018] 2、立式離屯、鑄造時，在離屯、力與重力的共同作用下，金屬液的內(nèi)圓表面呈拋物面， 可計算出鑄件上下端的內(nèi)圓半徑差，較為準(zhǔn)確地設(shè)計鑄件內(nèi)圓表面的加工余量，對高度較 高的鑄件尤為重要。
[0019] 3、對于侶青銅的立式離屯、鑄造，采用帶彎嘴誘口的漏斗側(cè)流式誘注系統(tǒng)，使金屬 液在誘注最初3秒內(nèi)能均勻鋪型，且鋪型厚度δ ^ 7mm，能有效地避免產(chǎn)生重皮、冷隔缺陷。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明立式離屯、鑄造中所采用的誘注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 其中：1.蓋板2.金屬筒套3.鎖緊螺栓4.底板5.離屯、機(jī)底盤6.花形壓板7.誘 注口。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng) 對本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
[0023] 一種大型軸套，采用ZCuA18Mnl3Fe3Ni2(〇b>670Mpa，S5M8%)的高儘侶青銅材質(zhì) 制成，來替代傳統(tǒng)的侶黃銅ZCuZn25A16Fe3Mn3(〇b ^40Mpa，S5 ^%)，但希望在達(dá)到δ5 > 18%的同時，〇b能接近、最好能達(dá)到〇b> 735Mpa的指標(biāo)。
[0024] 高儘侶青銅的化學(xué)成分與侶黃銅的比較見表1，高儘侶青銅的力學(xué)性能與侶黃銅 的比較見表2。
[0025] 表1高儘侶青銅的化學(xué)成分與侶黃銅的比較
[0026]
[0027]
[0030] 從表1及表2中可知，對于ZCuA18Mnl3化3Ni2牌號，在滿足化學(xué)成分、且力學(xué)性能同 時滿足Ss > 18%的條件下，曰b要達(dá)到曰b > 735Mpa的指標(biāo)是十分困難的。
[0031] 在很多時候，對于含儀高儘侶青銅產(chǎn)品，用戶有著特殊期望一-在滿足 ZCuA18Mnl3Fe3Ni2化學(xué)成分的前提下，希望在延伸率δ5> 18%達(dá)標(biāo)的條件下，不僅能確保 ZCuA18Mnl3化3Ni2的抗拉強(qiáng)度〇b含670(Mpa)，最好也能滿足ZQA114-8-3-2的抗拉強(qiáng)度〇b > 735(Mpa)，運是一個很高的要求。業(yè)內(nèi)人±都很清楚，含儀高儘侶青銅的機(jī)械性能對化學(xué)成 分的細(xì)微變化十分敏感，而其強(qiáng)度Ob和初性δ5互為反向且調(diào)節(jié)空間較小，運樣的期望如同 于一一魚與熊掌都要兼得。
[0032] 合金材料的力學(xué)性能與組成該合金的各元素密切相關(guān)。高儘侶青銅的力學(xué)性能則 主要取決于Α1的含量，而化、Ni、Mn對其力學(xué)性能也有一定影響，可通過A ha反映出來。
[0033] Alia=Al -0.35Fe+0. ：MNi+0.19Mn.....................(7)
[0034] 過去人們主要通過控制Ala*來控制Z化A18Mnl3化3Ni2的力學(xué)性能，但運種方法較 為粗糖。
[0035] 我們通過對大量的離屯、鑄造條件下高儘侶青銅數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，建立多元 線性回歸模型，找出了化學(xué)成份的優(yōu)選范圍及化學(xué)元素之間的匹配關(guān)系W，運對于含儀高 儘侶青銅在烙煉過程中的配料、性能預(yù)測、成分調(diào)整及獲得高的綜合機(jī)械性能都有著重要 的意義。
[0036] 〇b = 211.1819+17.3144x1+3.9：M9x2+2.6808x3+37.5966x4.....................(8)
[0037] 〇s = -843.67+38.51x1+33.47x2+103.68x3+56x4.....................(9)
[0038] δ5 = 68.6128-0.3685x1-0.0840x2-0.2509x3-5.3783x4.....................(10)
[0039] 皿=11.03+8.2271x1-3.3383x2+3.8751x3+11.9066x4.....................(11)
[0040] 式中扎趴亂料分別代表1]1^0、化、41的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[0041 ] 在此基礎(chǔ)上對ZCuA18Mnl3Fe3Ni2的化學(xué)成分給出了推薦范圍和優(yōu)選范圍，如表3 所示。
[0042] 表3 ZCuA18Mnl3化3Ni2化學(xué)成分、機(jī)械性能控制范圍
[0043]
[0044] 除表4化學(xué)成分范圍外還要注意元素匹配關(guān)系的控制：
[0045] 推薦范圍：Aha, 9.20 ~10.30;化/Ni，1.35 ~1.70 ;Mn+Al，19.50 ~21.50。
[0046] 優(yōu)選范圍：Alia，9.40~9.95;化/Ni，1.45~1.55 ;Mn+Al，20.00~21.00。
[0047] 而對于大型軸套是在受沖擊的工況下工作，其尺寸參數(shù)為一一高度/外徑= 0.475，宜采用立式離屯、鑄造;外徑/內(nèi)徑=1.18，可用等離屯、轉(zhuǎn)速;厚度為76mm，鑄件內(nèi)圓縮 凹輕微。
[004引1離屯、鑄造工藝參數(shù)的確定
[0049] 1.1加工余量的初步確定
[0050] 立式離屯、鑄造條件下，對于高度較高的離屯、鑄件，因拋物面造成鑄件上下端面的 內(nèi)圓半徑差，在設(shè)計加工余量時應(yīng)特別注意。軸套單面加工余量:軸套上端面為16mm，軸套 下端(帶法蘭)面為15mm，軸套外圓為11mm，軸套法蘭面外圓為11mm。軸套內(nèi)圓的單面加工余 量先初步定為17mm，根據(jù)后面計算出因拋物面造成的鑄件上下端的內(nèi)圓半徑差，再進(jìn)行調(diào) 整。
[005。 1.2鑄型轉(zhuǎn)速
[0052]根據(jù)康氏公式，鑄型所需轉(zhuǎn)速為：
[005引
.........-..-(1)
[0054] 式中：η為鑄型轉(zhuǎn)速，r/min; 丫為誘注合金的密度，N/m3;R〇為鑄件的內(nèi)半徑，πι;β為 調(diào)整系數(shù)，對于立式侶青銅軸套，可取0= 1.2~1.4。
[0055] 本鑄件材質(zhì)為高儘侶青銅ZCuA18Mnl3化3化2, 丫 =7.35X 104N/m3,軸套內(nèi)徑R〇 = 0.43m，鑄型所需的離屯、轉(zhuǎn)速為
[0056]
[0057] 為避免產(chǎn)生合金液飛瓣，導(dǎo)致產(chǎn)生氧化夾雜及防止產(chǎn)生裂紋，取η = 40化/min，此 時 B = 1.29。
[0058] 1.3鑄件內(nèi)圓加工余量的核算
[0059] 在立式離屯、鑄造時，金屬液自由表面的形狀為一拋物面，垂直剖面則為拋物線，方 程為y= ?2x2/2g。
[0060]