阅读说明：本技术 一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺 (Investment casting process for heat-resistant steel connecting pipe shell ) 是由 董晟全 高云鹏 王睿仪 何子博 梁艳峰 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺,包括以下步骤：S1、石蜡注射成型即得蜡型,电烙铁焊粘组装成蜡模；S2、以硅溶胶为粘接剂,掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂,制得浆料,将蜡模浸入浆料中进行挂浆,撒锆英石耐火材料,形成型壳,硬化后反复操作4次即得模壳；S3、将模壳置于脱蜡炉中,通蒸汽,至石蜡完全流出,置于造型机中填砂,焙烧即得高强度模壳；S4、将耐热钢连接管原材料放入熔炼炉,保温,即得金属液；S5、成分检测；S6、浇注；S7、热处理；S8、铸件检验,即完成耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。本发明提出的熔模铸造工艺,可生产高质量铸件,铸件合格率高,不易出现夹杂、冷隔的现象。(The invention discloses a heat-resistant steel connecting pipe shell investment casting process, which comprises the following steps: s1, paraffin is injected and molded to obtain a wax pattern, and the wax pattern is assembled by welding and bonding an electric soldering iron; s2, taking silica sol as a bonding agent, doping zirconium powder filler, an anti-cracking agent, a wetting agent and a defoaming agent to prepare slurry, immersing a wax mould into the slurry for slurry hanging, spreading a zircon refractory material to form a shell, and repeatedly operating for 4 times after hardening to obtain the mould shell; s3, placing the formwork in a dewaxing furnace, introducing steam until paraffin completely flows out, placing the formwork in a molding machine for sand filling, and roasting to obtain a high-strength formwork; s4, putting the raw material of the heat-resistant steel connecting pipe into a smelting furnace, and preserving heat to obtain molten metal; s5, detecting components; s6, pouring; s7, heat treatment; and S8, inspecting the casting, namely completing the investment casting process of the heat-resistant steel connecting pipe shell. The investment casting process provided by the invention can produce high-quality castings, the casting yield is high, and the phenomena of inclusion and cold shut are not easy to occur.)

一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术领域，尤其涉及一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

背景技术

耐热钢在高温条件下具有较高的强度和化学稳定性，大量应用在动力机械、锅炉、汽轮机等高温条件下工作的零部件。这些部件除要求高温、高强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。所以耐热钢是铸件常用的材料之一，但由于有些结构的铸件，结构较复杂，薄壁的连接管铸件，质量要求较高，如果使用传统的铸造工艺，生产出的连接管铸件容易出现夹杂、冷隔等现象，质量无法达到要求。基于现有技术存在的不足，本发明提出一种种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有连接管铸件生产过程中易出现夹杂、冷隔的现象，且生产的铸件质量不理想的问题，而提出的一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺，包括以下步骤：

S1、蜡模制作：选用半固态石蜡为蜡模材料，采用射蜡机向蜡模模具中注射半固体石蜡，再经成型即得蜡型，采用人工的方式，使用平头型的电烙铁逐件热焊蜡型，焊粘组装成蜡模；

S2、制备模壳：以硅溶胶为粘接剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂，搅拌8～10h，制得浆料，将步骤S1制得的蜡模浸入浆料中进行挂浆，再撒锆英石耐火材料，形成型壳，型壳硬化后即在蜡模外包覆一层硬化型壳，反复在蜡模外包覆4层硬化型壳，即得模壳；

S3、脱蜡焙烧：将步骤S2制备得到的模壳置于脱蜡炉中，向脱蜡炉中通入温度为145～155℃的蒸汽，至模壳中的石蜡熔化并完全流出，用50～60℃的热水清洗模壳内腔，同时冲洗干净模壳外壁粘附的蜡膜，经干燥后置于造型机中填砂，然后升温至1000℃，并在1000℃条件下焙烧25～35min，冷却后即得高强度模壳；

S4、熔炼：预设熔炼炉的炉温为1555～1565℃，开始升温，每30min监测一次炉温，当熔炼炉的炉温达到预设温度后，将耐热钢连接管原材料放入熔炼炉中，保温40～60min，即得金属液；

S5、成分检测：用小浇包取金属液，浇注到用于制作光谱检测试样的金属模具中，冷却后得到试样，用车床将试样断面车平，再用直读光谱仪进行成分检测，检测结果满足耐热钢连接管铸造要求则进行下一步骤，若检测结果不满足耐热钢连接管铸造要求，则根据检测结果调整步骤S4中金属液的成分，直至成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求；

S6、浇注：将步骤S5中成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求的金属液，在1555～1565℃下保温10min、静置，待杂质沉淀完全，上浮的浮渣用扒渣勺去除，后将金属液浇注到步骤S3制备得到的高强度模壳内，速度为先慢后快再慢的原则，浇注时间为25s，即得铸件；

S7、热处理：将步骤S6得到的铸件放到笼架内，预设退火炉温度为1055～1065℃，开始升温退火炉，待退火炉温度升至预设温度，将铸件同笼架一起放入退火炉中，于1055～1065℃保温40～60min，取出材料，与空气接触自然冷却至室温，即得耐热钢连接管壳体；

S8、铸件检验：用X光射线对步骤S7得到的耐热钢连接管壳体进行探伤，未发现缺陷，且铸件尺寸满足要求，即完成耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

优选的，步骤S1中，所述注射的压力为15kg/cm²、温度为58～62℃。

优选的，步骤S2中，所述硅溶胶、锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂的质量比为5﹕16～20﹕0.01～0.02﹕8～10﹕8～12，进一步优选的，所述硅溶胶、锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂的质量比为5﹕18﹕0.015﹕9﹕10。

优选的，所述防裂剂为N-苯基-2-萘胺、N,N-二苯基对苯二胺、N-对苯甲基-2-萘胺、N-异丙基-N-苯基对苯二胺中的一种；所述润湿剂为十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的复配物，且十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的质量比为10﹕6～8﹕3～5；所述消泡剂为脂肪酸甘油脂或聚二甲基硅氧烷。

优选的，步骤S2中，所述硬化的温度为20～25℃、相对湿度为55％～65％、时间为1～2h，进一步优选的，所述硬化的温度为23℃、相对湿度为60％、时间为1.5h。

优选的，步骤S5中，所述金属模具预先在热处理炉中预热到195～205℃。

优选的，步骤S7中，在退火炉升温过程中，每1h监测一次炉温，待铸件放入退火炉中后改为每5min监测一次炉温，在退火炉冷却过程中，每10min监测一次炉温。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出的熔模铸造工艺，流程完整，内容详细，由蜡模制作—制备模壳—脱蜡焙烧—熔炼—成分检测—浇注—热处理—铸件检验构成熔模铸造的整个工艺，通过本发明提出的熔模铸造工艺可以制得铸件结构复杂、质量要求高的薄壁零件耐热钢连接管壳体，并能有效解决连接管壳体生产过程中易出现夹杂、冷隔的现象，且生产的铸件质量不理想的问题；

2、通过本发明提出的熔模铸造工艺制得的连接管壳体精度高、品质高、质量好、耐热性优异，且不易出现夹杂、冷隔的现象，使连接管壳体的综合性能好，经试验证明，通过本发明提出的熔模铸造工艺制得的铸件使用X射线探伤未发现质量问题，光谱仪进行成分检验均达标；

3、本发明中制备模壳时，以硅溶胶为粘接剂，通过掺入合理比例的锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂，以提高铸件整体的精度和产品合格率，相比于使用传统模壳生产铸件，合格率提高10.6％～13.2％，可以有效降低铸件的生产成本，具有良好的经济效益，值得推广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

本发明提出的一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺，包括以下步骤：

S1、蜡模制作：选用半固态石蜡为蜡模材料，采用射蜡机向蜡模模具中注射半固体石蜡，再经成型即得蜡型，所述注射的压力为15kg/cm²、温度为58℃，采用人工的方式，使用平头型的电烙铁逐件热焊蜡型，焊粘组装成蜡模；

S2、制备模壳：以硅溶胶为粘接剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂，搅拌8h，制得浆料，将步骤S1制得的蜡模浸入浆料中进行挂浆，再撒锆英石耐火材料，形成型壳，型壳硬化后即在蜡模外包覆一层硬化型壳，反复在蜡模外包覆4层硬化型壳，即得模壳；

所述硅溶胶、锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂的质量比为5﹕20﹕0.02﹕10﹕12；所述防裂剂为N-苯基-2-萘胺；所述润湿剂为十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的复配物，且十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的质量比为10﹕6﹕3；所述消泡剂为脂肪酸甘油脂；

所述硬化的温度为20℃、相对湿度为65％、时间为2h；

S3、脱蜡焙烧：将步骤S2制备得到的模壳置于脱蜡炉中，向脱蜡炉中通入温度为145℃的蒸汽，至模壳中的石蜡熔化并完全流出，用50℃的热水清洗模壳内腔，同时冲洗干净模壳外壁粘附的蜡膜，经干燥后置于造型机中填砂，然后升温至1000℃，并在1000℃条件下焙烧25min，冷却后即得高强度模壳；

S4、熔炼：预设熔炼炉的炉温为1555℃，开始升温，每30min监测一次炉温，当熔炼炉的炉温达到预设温度后，将耐热钢连接管原材料放入熔炼炉中，保温60min，即得金属液；

S5、成分检测：用小浇包取金属液，浇注到预先在热处理炉中预热到195℃的用于制作光谱检测试样的金属模具中，冷却后得到试样，用车床将试样断面车平，再用直读光谱仪进行成分检测，检测结果满足耐热钢连接管铸造要求则进行下一步骤，若检测结果不满足耐热钢连接管铸造要求，则根据检测结果调整步骤S4中金属液的成分，直至成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求；

S6、浇注：将步骤S5中成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求的金属液，在1555℃下保温10min、静置，待杂质沉淀完全，上浮的浮渣用扒渣勺去除，后将金属液浇注到步骤S3制备得到的高强度模壳内，速度为先慢后快再慢的原则，浇注时间为25s，即得铸件；

S7、热处理：将步骤S6得到的铸件放到笼架内，预设退火炉温度为1055℃，开始升温退火炉，待退火炉温度升至预设温度，将铸件同笼架一起放入退火炉中，于1055℃保温60min，取出材料，与空气接触自然冷却至室温，即得耐热钢连接管壳体；

在退火炉升温过程中，每1h监测一次炉温，待铸件放入退火炉中后改为每5min监测一次炉温，在退火炉冷却过程中，每10min监测一次炉温；

S8、铸件检验：用X光射线对步骤S7得到的耐热钢连接管壳体进行探伤，未发现缺陷，且铸件尺寸满足要求，即完成耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

实施例2

本发明提出的一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺，包括以下步骤：

S1、蜡模制作：选用半固态石蜡为蜡模材料，采用射蜡机向蜡模模具中注射半固体石蜡，再经成型即得蜡型，所述注射的压力为15kg/cm²、温度为60℃，采用人工的方式，使用平头型的电烙铁逐件热焊蜡型，焊粘组装成蜡模；

S2、制备模壳：以硅溶胶为粘接剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂，搅拌9h，制得浆料，将步骤S1制得的蜡模浸入浆料中进行挂浆，再撒锆英石耐火材料，形成型壳，型壳硬化后即在蜡模外包覆一层硬化型壳，反复在蜡模外包覆4层硬化型壳，即得模壳；

所述硅溶胶、锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂的质量比为5﹕18﹕0.015﹕9﹕10；所述防裂剂为N-对苯甲基-2-萘胺；所述润湿剂为十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的复配物，且十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的质量比为10﹕7﹕4；所述消泡剂为脂肪酸甘油脂；

所述硬化的温度为25℃、相对湿度为65％、时间为1h；

S3、脱蜡焙烧：将步骤S2制备得到的模壳置于脱蜡炉中，向脱蜡炉中通入温度为150℃的蒸汽，至模壳中的石蜡熔化并完全流出，用55℃的热水清洗模壳内腔，同时冲洗干净模壳外壁粘附的蜡膜，经干燥后置于造型机中填砂，然后升温至1000℃，并在1000℃条件下焙烧30min，冷却后即得高强度模壳；

S4、熔炼：预设熔炼炉的炉温为1560℃，开始升温，每30min监测一次炉温，当熔炼炉的炉温达到预设温度后，将耐热钢连接管原材料放入熔炼炉中，保温50min，即得金属液；

S5、成分检测：用小浇包取金属液，浇注到预先在热处理炉中预热到200℃的用于制作光谱检测试样的金属模具中，冷却后得到试样，用车床将试样断面车平，再用直读光谱仪进行成分检测，检测结果满足耐热钢连接管铸造要求则进行下一步骤，若检测结果不满足耐热钢连接管铸造要求，则根据检测结果调整步骤S4中金属液的成分，直至成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求；

S6、浇注：将步骤S5中成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求的金属液，在1560℃下保温10min、静置，待杂质沉淀完全，上浮的浮渣用扒渣勺去除，后将金属液浇注到步骤S3制备得到的高强度模壳内，速度为先慢后快再慢的原则，浇注时间为25s，即得铸件；

S7、热处理：将步骤S6得到的铸件放到笼架内，预设退火炉温度为1060℃，开始升温退火炉，待退火炉温度升至预设温度，将铸件同笼架一起放入退火炉中，于1060℃保温50min，取出材料，与空气接触自然冷却至室温，即得耐热钢连接管壳体；

在退火炉升温过程中，每1h监测一次炉温，待铸件放入退火炉中后改为每5min监测一次炉温，在退火炉冷却过程中，每10min监测一次炉温；

S8、铸件检验：用X光射线对步骤S7得到的耐热钢连接管壳体进行探伤，未发现缺陷，且铸件尺寸满足要求，即完成耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

实施例3

本发明提出的一种耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺，包括以下步骤：

S1、蜡模制作：选用半固态石蜡为蜡模材料，采用射蜡机向蜡模模具中注射半固体石蜡，再经成型即得蜡型，所述注射的压力为15kg/cm²、温度为62℃，采用人工的方式，使用平头型的电烙铁逐件热焊蜡型，焊粘组装成蜡模；

S2、制备模壳：以硅溶胶为粘接剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂，搅拌10h，制得浆料，将步骤S1制得的蜡模浸入浆料中进行挂浆，再撒锆英石耐火材料，形成型壳，型壳硬化后即在蜡模外包覆一层硬化型壳，反复在蜡模外包覆4层硬化型壳，即得模壳；

所述硅溶胶、锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂的质量比为5﹕16﹕0.01﹕8﹕8；所述防裂剂为N-异丙基-N-苯基对苯二胺；所述润湿剂为十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的复配物，且十七烷基咪唑啉、聚氧乙烯脂肪醇醚和丙二醇的质量比为10﹕8﹕5；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷；

所述硬化的温度为25℃、相对湿度为55％、时间为1h；

S3、脱蜡焙烧：将步骤S2制备得到的模壳置于脱蜡炉中，向脱蜡炉中通入温度为155℃的蒸汽，至模壳中的石蜡熔化并完全流出，用60℃的热水清洗模壳内腔，同时冲洗干净模壳外壁粘附的蜡膜，经干燥后置于造型机中填砂，然后升温至1000℃，并在1000℃条件下焙烧35min，冷却后即得高强度模壳；

S4、熔炼：预设熔炼炉的炉温为1565℃，开始升温，每30min监测一次炉温，当熔炼炉的炉温达到预设温度后，将耐热钢连接管原材料放入熔炼炉中，保温40min，即得金属液；

S5、成分检测：用小浇包取金属液，浇注到预先在热处理炉中预热到205℃的用于制作光谱检测试样的金属模具中，冷却后得到试样，用车床将试样断面车平，再用直读光谱仪进行成分检测，检测结果满足耐热钢连接管铸造要求则进行下一步骤，若检测结果不满足耐热钢连接管铸造要求，则根据检测结果调整步骤S4中金属液的成分，直至成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求；

S6、浇注：将步骤S5中成分检测结果满足耐热钢连接管铸造要求的金属液，在1565℃下保温10min、静置，待杂质沉淀完全，上浮的浮渣用扒渣勺去除，后将金属液浇注到步骤S3制备得到的高强度模壳内，速度为先慢后快再慢的原则，浇注时间为25s，即得铸件；

S7、热处理：将步骤S6得到的铸件放到笼架内，预设退火炉温度为1065℃，开始升温退火炉，待退火炉温度升至预设温度，将铸件同笼架一起放入退火炉中，于1065℃保温40min，取出材料，与空气接触自然冷却至室温，即得耐热钢连接管壳体；

在退火炉升温过程中，每1h监测一次炉温，待铸件放入退火炉中后改为每5min监测一次炉温，在退火炉冷却过程中，每10min监测一次炉温；

S8、铸件检验：用X光射线对步骤S7得到的耐热钢连接管壳体进行探伤，未发现缺陷，且铸件尺寸满足要求，即完成耐热钢连接管壳体熔模铸造工艺。

本发明实施例1～实施例3中，所述耐热钢连接管原材料为1Cr20Ni14Si2。

实施例1～实施例3制得的耐热钢连接管壳体在步骤S8的铸件检验中，用X光射线进行探伤，均未发现缺陷，制得的耐热钢连接管壳体尺寸均能满足要求。而同时进行的对比例(使用传统熔模铸造工艺生产连接管)制得的连接管壳体用X光射线进行探伤，存在缺陷；两者产品合格率相比，本发明实施例1、实施例2、实施例3的产品合格率相比于对比例分别高10.6％、13.2％、11.3％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。