阅读说明：本技术 一种径向震动离心铸造方法 (Radial vibration centrifugal casting method ) 是由 毛凯田 张新宇 吴玉同 李慧 刘立国 封艳 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种径向震动离心铸造方法。该方法包括以下步骤：1)管模烘烤、喷涂涂层、安装管模两端挡板；2)从管模的浇注端浇注金属液,当金属液充型到管模的非浇注端时,启动震动动力装置,管模产生径向震动；3)金属液浇注完,喷水冷却管模,当金属液凝固厚度达到离心铸钢管厚度的一半时,关闭震动装置；4)金属液全部凝固,推管或拔管,实现铸钢管与管模的分离。对于奥氏体材质铸钢管而言,管模的径向震动打断铸态树枝晶,改善铸态组织晶粒度。对中低碳铸钢管而言,该方法对铸钢管的碳偏析有很好的抑制作用。(The invention discloses a radial vibration centrifugal casting method. The method comprises the following steps: 1) baking a pipe die, spraying a coating and installing baffles at two ends of the pipe die; 2) pouring molten metal from the pouring end of the pipe die, and starting a vibration power device when the molten metal is filled to the non-pouring end of the pipe die, so that the pipe die generates radial vibration; 3) after the molten metal is poured, spraying water to cool the pipe die, and closing the vibration device when the solidification thickness of the molten metal reaches half of the thickness of the centrifugal casting steel pipe; 4) and (4) completely solidifying the molten metal, and pushing or pulling the pipe to realize the separation of the cast steel pipe and the pipe die. For the austenite cast steel pipe, the cast dendrite is broken by the radial vibration of the pipe die, and the grain size of the cast structure is improved. For medium-low carbon cast steel pipes, the method has good inhibition effect on the carbon segregation of the cast steel pipes.)

一种径向震动离心铸造方法

技术领域

本发明应用于离心铸造领域，具体涉及一种管模径向震动的离心铸造方法。

背景技术

离心铸造工艺在我国属于成熟的工艺，无论离心制造球铁管、灰铁管和铸钢管，不仅生产厂家多，而且产量也大。但对于奥氏体不锈钢无缝管或镍基耐热无缝管而言，多采用铸锭、锻造、热挤压、冷轧成管的工艺路线，很少使用离心铸钢管作为原料坯。实际上，奥氏体不锈钢无缝管或镍基耐热无缝管可以采用离心铸管坯料经热挤压成挤压管，然后冷轧的工艺生产而成。该工艺路线短，节约制造成本。之所以这类无缝管很少采用离心坯料作为原料坯，一是离心机的生产节奏无法满足冶炼生产要求，二是离心铸管坯的晶粒度无法满足要求。由于奥氏体不锈钢和镍基耐热钢从高温到室温均是奥氏体组织，该组织的晶粒度无法经过热处理改变，晶粒的细化只有通过变形加工，如挤压、锻造、冷轧等，从而改善晶粒度，提高其性能。奥氏体不锈钢和镍基耐热钢无缝管为获得满意的晶粒度，采用铸钢管作为原料坯时，由于离心铸钢管坯料的铸态晶粒尺寸较大，需要多次或大变形量加工，若能够减小铸钢管原料坯的铸态晶粒尺寸，改善晶粒度，可为后续加工减轻压力，节约生产成本。

已经公开的专利材料CN109014110A和CN206839085U，给出了立式离心铸造的震动方法，这些适用于批量小件的离心生产，不适用于几百公斤以上大重量的离心铸钢管卧式离心铸造。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种径向震动离心铸造方法，在离心铸造奥氏体材质铸钢管时，可减小其铸态晶粒，改善晶粒度。

本发明所采用的技术方案是：径向震动离心铸造方法使用包括震动托轮的离心机进行离心铸造，所述震动托轮包括震动从动轮和震动装置，所述震动装置通过离合器连接电机动力装置，该震动装置包括包括转轴和安装在转轴上的偏心组件；所述震动从动轮包括安装在转轴上的轴承Ⅱ和震动轮。该离心铸造方法包括下列步骤：1）管模烘烤、喷涂涂层、安装管模两端挡板；2）从管模的浇注端浇注金属液，当金属液充型到管模的非浇注端时，启动电机动力装置，合上离合器，转轴旋转，其旋转方向和旋转角速度与震动轮一致，轴承Ⅱ相对静止，转轴带动偏心组件旋转，偏心组件带动震动轮产生径向震动，使得管模产生径向震动；3）金属液浇注完，喷水冷却管模，当金属液凝固厚度达到离心铸钢管厚度的一半时，松开离合器，关闭电机动力装置，转轴静止，震动轮在轴承Ⅱ的作用下，继续旋转，保持管模旋转；4）金属液全部凝固，推管或拔管，实现铸钢管与管模的分离。若轴承Ⅱ震坏，或其他情况，不执行所述步骤3），即步骤2）一致保持到金属液凝固，然后执行步骤4）。

本发明的有益效果是：对于奥氏体不锈钢或镍基耐热钢离心铸钢管而言，采用该铸造方法，管模的径向震动可以打断铸态树枝晶，改善铸态组织晶粒度，为后续的变形加工减轻压力。对中低碳铸钢管而言，该方法对铸钢管的碳偏析有很好的抑制作用。

附图说明

图1为径向震动离心机结构示意图；

图2为震动托轮结构示意图；

图3为图2的A-A截面示意图；

图4为管模无震动镍基合金铸钢管铸态组织；

图5为管模径向震动镍基合金铸钢管铸态组织；

其中：1-管模、2-从动轮组、3-主动轮组、4-托轮支座、5-离合器、6-转轴、7-轴承Ⅰ、8-铜套、9-轴承Ⅱ、10-震动轮、11-轴承Ⅰ端盖、12-偏心组件、13-支撑钢板。

具体实施方式

附图1为本发明所使用的径向震动离心机结构示意图，径向震动离心机包括主动轮组3和从动轮组2，主动轮组3包括一个由电机带动旋转的主动轮，和一个从动轮，从动轮组2包括两个从动轮，其中一个从动轮带有震动装置，为震动托轮，该震动托轮可使得管模产生径向方向的震动。管模1的滚带放置在主动轮组3和从动轮组2之上，主动轮组3可带动管模高速旋转，完成铸钢管的离心浇注。

附图2为震动托轮的结构示意图，该震动托轮包括托轮支座4、震动从动轮和震动装置，震动从动轮包括轴承Ⅱ9和震动轮10，轴承Ⅱ9安装在震动轮10内，由轴承Ⅱ端盖密封，该结构与其他从动轮一致。震动装置通过离合器5与电机动力装置连接，从设备安全角度考虑，离合器5与电机动力装置采用皮带柔性连接，即使当管模停转或发生事故，可通过皮带打滑保护电机。震动装置包括转轴6、轴承Ⅰ7、铜套8和偏心组件12，离合器5与转轴6柔性连接，离合器5连接工作时，电机动力装置可带动转轴6旋转，在转轴6的两端固定连接两组偏心组件12，每组偏心组件12由两个偏心块组成，可通过调整一组两个偏心块之间的角度，调整偏心震动力。轴承Ⅰ7安装在铜套8内，由轴承Ⅰ端盖11密封，其内孔过盈连接转轴6。铜套8安装在托轮支座4两侧支撑钢板13的长圆孔内，如附图3所示，该长圆孔两个半圆的中心距为e，也就是给铜套8留出高度为e的上下活动余量，铜套8的震动幅度不得超过该高度e。

径向震动离心机使用时，启动与离合器5皮带连接的电机动力装置，带动转轴6旋转，转轴6上的偏心组件12在旋转的过程中产生偏心震动，带动铜套8和轴承Ⅰ7在支撑钢板13的长圆孔内震动，同时转轴6和震动从动轮一起震动，震动从动轮的震动传递给管模1，使得管模1产生径向方向的震动。

由于长时间的震动会损伤轴承，该震动托轮的设计和使用满足以下要求：1）铜套8与轴承Ⅰ7安装前加入润滑剂；2）转轴6的旋转方向和旋转角速度与震动轮10一致；3）偏振力可调，可根据管模和铸钢管的重量提前调整好偏心块的角度；4）离合器5与其电机动力装置柔性连接，如皮带连接，防止出现设备事故。

采用上述径向震动离心机，径向震动离心铸造方法包括以下步骤：1）管模烘烤、喷涂涂层、安装管模两端挡板；2）从管模的一端（即浇注端）浇注金属液，当金属液充型到管模的另一端（即非浇注端）时，启动电机动力装置，合上离合器5，转轴6旋转，其旋转方向和旋转角速度与震动轮10一致，轴承Ⅱ9相对静止，转轴6带动偏心组件12旋转，偏心组件12带动震动轮10产生径向震动，从而使得管模1产生径向震动；3）金属液浇注完，喷水冷却管模，当金属液凝固厚度达到离心铸钢管厚度的一半时，松开离合器5，关闭电机动力装置，转轴6静止，震动轮10在轴承Ⅱ9的支撑下，继续旋转，从而保持管模旋转。震动时间可以通过模拟确定，或根据金属液离心时的内表面温度确定，也可以根据经验确定。4）金属液全部凝固，推管或拔管，实现铸钢管与管模的分离。

若轴承Ⅱ9在管模旋转过程中震坏，则不执行上述步骤3），即步骤2）一致保持到金属液凝固，然后执行步骤4）。若轴承Ⅰ7被震坏，轴承Ⅱ9能够正常工作的情况下，可以停止震动装置。若轴承Ⅰ7和轴承Ⅱ9同时震坏，则保持转轴6的旋转，轴承Ⅰ7与铜套8产生的滑动摩擦，可以继续保持管模旋转，完成铸钢管的浇注。推管或拔管后，更换轴承。所以上述结构保证了离心铸管在径向震动时，不会因轴承震坏造成设备事故。

除上述轴承Ⅱ9震坏的情况外，其他正常或非正常情况也可以省去步骤3），即执行步骤2）后执行步骤4）。

对于奥氏体不锈钢或镍基耐热钢离心铸钢管而言，离心浇注金属液后，管模的径向震动可以打断铸态树枝晶，改善铸态组织晶粒度，为后续的变形加工减轻压力。附图4为某镍基合金在管模无震动时的铸钢管铸态组织，铸钢管厚度约70mm，树枝晶基本贯穿铸钢管的整个厚度，附图5为该镍基合金在管模径向震动后铸钢管铸态组织，铸钢管厚度约72mm，树枝晶长度只有10mm左右，其余60mm后均为等轴晶，与附图4相比，树枝晶长度大大减小，等轴晶比例从基本没有提升到80%，产生了截然不同的效果，大大超出了预期。

该径向震动离心铸造方法也可用于其他碳钢或合金钢等铸钢管生产，对于16Mn或40Cr之类的含碳量为中低碳的铸钢管，该离心机同样具有改善其晶粒度的作用。另外研究发现，这种径向震动离心铸造方法，还改善了铸钢管的碳偏析。对于奥氏体不锈钢或镍基耐热钢来说，由于其碳含量很低，为超低碳含量，碳偏析不明显。下表为16Mn或40Cr离心铸钢管碳偏析数据，表中取样位置栏中的数字表示自内表面向外表面逐层取样，按厚度平均分为10层，逐层取样后做碳分析，结果证明，径向震动后碳偏析无论最大值和差值均明显降低，尤其是差值，降低幅度达到50%，可见该径向震动离心铸造方法对中低碳铸钢管的碳偏析有很好的抑制作用。