阅读说明：本技术 一种高强度耐磨型不锈钢铸件及其制备工艺 (High-strength wear-resistant stainless steel casting and preparation process thereof ) 是由 王洪年 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明属于合金钢铸造技术领域,具体地,涉及一种高强度耐磨型不锈钢铸件及其制备工艺。本发明提供的高强度耐磨型不锈钢铸件包括以下成分,Cr：16.30~24.50%、Ni：10.00~12.75%、Mo：2.00~3.35%、C：0.01~0.03%、Fe：余量。通过射蜡、组树、制壳、脱蜡、烧结成型、熔炼浇注等多个步骤进行铸造。本发明提供的高强度耐磨型不锈钢铸件,通过对组成和工艺的调控,综合性能稳定优异,兼具优异的力学性能和耐磨性能；本发明提供的高强度耐磨型不锈钢铸件的制备工艺,操作简单便捷,步骤合理紧凑,成本经济可控,实现了高强度耐磨型不锈钢铸件的高效生产。(The invention belongs to the technical field of alloy steel casting, and particularly relates to a high-strength wear-resistant stainless steel casting and a preparation process thereof. The high-strength wear-resistant stainless steel casting provided by the invention comprises the following components in parts by weight: 16.30 to 24.50%, Ni: 10.00-12.75%, Mo: 2.00-3.35%, C: 0.01-0.03%, Fe: and (4) the balance. The casting is carried out through a plurality of steps of wax injection, tree combination, shell making, dewaxing, sintering and forming, smelting and pouring and the like. The high-strength wear-resistant stainless steel casting provided by the invention has stable and excellent comprehensive performance, excellent mechanical property and wear resistance through regulation and control of composition and process; the preparation process of the high-strength wear-resistant stainless steel casting provided by the invention is simple and convenient to operate, reasonable and compact in steps, economic and controllable in cost, and realizes efficient production of the high-strength wear-resistant stainless steel casting.)

一种高强度耐磨型不锈钢铸件及其制备工艺

技术领域

本发明属于合金钢铸造技术领域，具体地，涉及一种高强度耐磨型不锈钢铸件及其制备工艺。

背景技术

不锈钢具有优良的耐弱腐蚀性能和机械性能，是一类受到广泛应用的钢材。不锈钢铸件是指将不锈钢金属液浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得的零件，这种零件制造的方法称为铸造。这种方法具有广泛的适用性，能够制造形状复杂的、特别是具有复杂内腔的铸件，且几乎不受尺寸限制；同时，可以利用废机件和切屑作为原料，成本较低；另外，铸件的形状、尺寸与零件接近，因而可以减少切削加工的工作量，节省大量原材料。

在许多使用场景中，要求不锈钢铸件既具有优良的力学性能，又具有优良的耐磨性能，典型的应该用场景包括离心泵叶轮和汽轮机叶轮等。力学性能主要体现在铸件的抗拉强度、屈服强度、延伸率等性能参数，耐磨性能与硬度直接相关。不锈钢所表现出的性质主要由钢材的微观状态决定，包括组成和组织结构等，通过控制组成和加工工艺可以对性能进行调变。然而，在实践过程中，发现力学性能与耐磨性能存在一定的矛盾性，例如可以通过增加碳、氮的含量来提高硬度，并且非常廉价，但是碳氮含量过，会导致韧塑性降低，还可能造成局部贫铬，导致耐蚀性能下降。如何克服上述矛盾以实现优良的综合性能是一项十分有意义的挑战。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高强度耐磨型不锈钢铸件及其制备工艺。该高强度耐磨型不锈钢铸件包括以下组分：

Cr：16.30~24.50%；

Ni：10.00~12.75%；

Mo：2.00~3.35%；

C：0.01~0.03%；

Fe：余量。

进一步地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件，还包括以下组分：

Mn：0.05~0.40%；

Nb：0.15~0.25%；

Si：0.10~0.25%。

进一步地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件，金相组织为奥氏体与铁素体的混合相，其中奥氏体占72~5%。

进一步地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

优选地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，步骤S1中，设蜡压力为2.5~3.0atm，保压时间为8~12min。

优选地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥3～4次，制成型壳；

优选地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

优选地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，步骤S5中，烧结温度为：1000~1100℃，烧结时间为：1~1.5h。

优选地，上述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为900~1000℃。

有益效果：本发明提供的高强度耐磨型不锈钢铸件，通过对组成和工艺的调控，综合性能稳定优异，兼具优异的力学性能和耐磨性能；本发明提供的高强度耐磨型不锈钢铸件的制备工艺，操作简单便捷，步骤合理紧凑，成本经济可控，实现了高强度耐磨型不锈钢铸件的高效生产。

具体实施方式

实施例1

一种高强度耐磨型不锈钢铸件，包括以下组分：

Cr：16.30%；

Ni：10.00%；

Mo：2.00%；

C：0.01%；

Fe：余量。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

本实施例中，步骤S1中，设蜡压力为2.5atm，保压时间为12min。

本实施例中，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥3次，制成型壳；

本实施例中，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

本实施例中，步骤S5中，烧结温度为：1000℃，烧结时间为： 1.5h。

本实施例中，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为900℃。

本实施例所述的高强度耐磨型不锈钢铸件，抗拉强度1580MPa， 屈服强度1285MPa，延伸率16.4%，维氏硬度653HV。

实施例2

一种高强度耐磨型不锈钢铸件，包括以下组分：

Cr：24.50%；

Ni： 12.75%；

Mo：3.35%；

C：0.03%；

Fe：余量。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

本实施例中，步骤S1中，设蜡压力为3.0atm，保压时间为8min。

本实施例中，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥4次，制成型壳；

本实施例中，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

本实施例中，步骤S5中，烧结温度为： 1100℃，烧结时间为：1h。

本实施例中，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为1000℃。

本实施例所述的高强度耐磨型不锈钢铸件，抗拉强度1650MPa， 屈服强度1365MPa，延伸率15.7%，维氏硬度685HV。

实施例3

一种高强度耐磨型不锈钢铸件，包括以下组分：

Cr：16.30%；

Ni：10.00%；

Mo：2.00%；

C：0.01%；

Mn：0.40%；

Nb：0.25%；

Si：0.25%；

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件金相组织为奥氏体与铁素体的混合相，奥氏体占72%。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

本实施例中，步骤S1中，设蜡压力为2.5atm，保压时间为12min。

本实施例中，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥3次，制成型壳；

本实施例中，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

本实施例中，步骤S5中，烧结温度为： 1100℃，烧结时间为：1h。

本实施例中，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为1000℃。

本实施例所述的高强度耐磨型不锈钢铸件，抗拉强度1765MPa， 屈服强度1390MPa，延伸率15.2%，维氏硬度839HV。

实施例4

一种高强度耐磨型不锈钢铸件，包括以下组分：

Cr：24.50%；

Ni：12.75%；

Mo：3.35%；

C：0.03%；

Mn：0.05%；

Nb：0.15%；

Si：0.10%；

Fe：余量。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件金相组织为奥氏体与铁素体的混合相，奥氏体占85%。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

本实施例中，步骤S1中，设蜡压力为3.0atm，保压时间为8min。

本实施例中，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥4次，制成型壳；

本实施例中，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

本实施例中，步骤S5中，烧结温度为：1000℃，烧结时间为：1.5h。

本实施例中，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为900℃。

本实施例所述的高强度耐磨型不锈钢铸件，抗拉强度1750MPa， 屈服强度1365MPa，延伸率18.1%，维氏硬度967HV。

实施例5

一种高强度耐磨型不锈钢铸件，包括以下组分：

Cr：19.20%；

Ni：11.25%；

Mo：2.70%；

C：0.02%；

Mn：0.05%；

Nb：0.15%；

Si：0.10%；

Fe：余量。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件金相组织为奥氏体与铁素体的混合相，奥氏体占74%。

本实施例中，所述的高强度耐磨型不锈钢铸件的其制备工艺，包括以下步骤：

S1射蜡：使用射蜡机将蜡料注入模箱形成铸件模型，然后脱模，将脱出的铸件模型置于水中冷却；

S2组树：用电烙铁片将铸件模型与浇口棒融化粘合；

S3制壳：将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆浆料，并包裹砂层，制成型壳；

S4脱蜡：使用蒸汽将型壳加热，脱出蜡料；

S5烧结成型：将脱蜡后的型壳置于烧结炉中，烧结成型；

S6熔炼浇注：将重熔不锈钢成品铸锭熔化后浇入型壳成型。

本实施例中，步骤S1中，设蜡压力为2.5atm，保压时间为12min。

本实施例中，步骤S3中，将铸件模型放入硅熔胶中预湿，在铸件模型表面涂覆面层浆料，沾上面层砂，使砂料完全包覆蜡型，然后干燥；将干燥后的铸件模型放入硅熔胶中预湿，然后涂覆背层浆料，使砂粉浸润表面，晾干；重复表面涂浆干燥4次，制成型壳；

本实施例中，步骤S4中，蒸汽温度为170℃。

本实施例中，步骤S5中，烧结温度为：1050℃，烧结时间为：1.5h。

本实施例中，步骤S6中，浇注前将模壳预热，预热温度为1000℃。

本实施例中，完成浇铸后对一次铸件进行以下处理：

热处理：将铸件加热至1120℃ ~1150℃，保温4.5h；

冷处理：将铸件从室温冷却至-115℃，降温速率8℃/min；

回火处理：将铸件加热至525-545℃，保温3.5h。

本实施例所述的高强度耐磨型不锈钢铸件，抗拉强度1935MPa， 屈服强度1410MPa，延伸率15.4%，维氏硬度815HV。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。