耐300℃~350℃高温压缩机承压部件的铸造方法
技术领域
本发明涉及一种耐300℃~350℃高温压缩机承压部件用合金材料，还涉及一种耐300℃~350℃高温的压缩机承压部件的铸造方法。
背景技术：
高温气体压缩机械承压部件的进气温度为300℃，排气温度为350℃，吸排气压力范围在1.2~7.5MPa之间，要求承压部件在350℃的高温工况下有很高的机械性能。对承压部件的材料要求特殊，如何使其能在恶劣的工作环境中具有良好的耐高温稳定性、耐腐蚀性、较高的延伸率、承压性，同时具有很小的线性膨胀系数和很高的高温冲击韧性，是高温气体压缩机械承压部件制造的关键。
现行的常温气体压缩机械部件材质主要是灰铸铁、合金铸铁以及普通球墨铸铁，由于在力学性能、耐高温稳定性等方面的缺陷，无法满足高温气体压缩机械的使用工况。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种耐300℃~350℃高温的合金材料，同时提供一种耐300℃~350℃高温压缩机承压部件的铸造方法，使用本发明铸造方法铸造的高镍球铁承压部件能够满足300℃~350℃高温气体工况环境中使用。
为解决上述技术问题，本发明耐300℃~350℃高温的合金材料，其组份和含量（重量百分比）为：26%~28%的Ni，2.2%~2.4%的C，2.0%~2.2%的Si，0.7%~0.9%的Mn，S≤0.02%，0.03%~0.05%的P，1.8%~2.5%的Cr，0.5%~0.8%的Mo，0.01%~0.015%的N，0.3%~0.5%的Cu，余量为Fe。
本发明耐300℃~350℃高温压缩机承压部件的铸造方法，包括以下步骤：
与所述承压部件的形状、构造相应的造型制芯的步骤；
对铸造所述承压部件用金属材料进行熔炼的步骤；
对熔炼后所得金属熔液进行炉前球化、炉前孕育的步骤；
把炉前球化、炉前孕育后所得的金属熔液在造型制芯后所得砂型内进行浇注的步骤，浇注步骤包括随流孕育和瞬时孕育的步骤；
对浇注后的承压部件进行压火打箱的步骤；
对所得承压部件进行除砂、清理、打磨及抛丸的步骤；
对除砂、清理、打磨及抛丸后所得承压部件进行正火处理及深冷定型处理的步骤；
所述对铸造所述承压部件用金属材料熔炼的步骤中的金属材料为高纯生铁、废钢和电解镍，重量份分别为45~50份、20~25份和30份，所述高纯生铁中C的含量≥4.1%（重量百分比）、Si的含量≤1.0%（重量百分比）、Mn的含量≤0.08%（重量百分比）、P的含量≤0.04%（重量百分比）、S的含量≤0.02%（重量百分比），所述废钢中C的含量≥0.040%（重量百分比）、Si的含量为（0.034~0.036）%（重量百分比）、Mn的含量为（0.11~0.13）%（重量百分比）、P的含量≤0.02%（重量百分比）、S的含量≤0.01%（重量百分比）；所述熔炼采用的设备为中频感应电炉，熔炼过程包括先把所述电解镍30重量份加到中频感应电炉炉底，再放入所述高纯生铁45~50重量份通电熔炼，炉温达到1320~1350℃时投入所述废钢20~25重量份，升温至1560~1580℃时，静置10分钟净化所得金属熔液，吹入0.05MPa氮气净化铁水；
对铸造所述承压部件用金属材料进行熔炼的步骤中还包括调整所得金属熔液中化学组份的步骤，采用全谱直读光谱分析仪检测金属熔液中各化学组份的含量（重量百分比），补充添加Si、Mn、Cr、Mo、N和Cu元素，使各组份含量（重量百分比）达到：Si占2.0%~2.2%，Mn占0.7%~0.9%的，Cr占1.8%~2.5%，Mo占0.5%~0.8%，N占0.01%~0.015%，Cu占0.3%~0.5%。
所述炉前球化、炉前孕育的步骤中选用的球化剂为合金包芯线球化剂，包底加入量为0.5~0.7重量份，选用的孕育剂为硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂，包底加入量为0.1~0.3重量份，其中硅锶长效孕育剂中Si的含量为70%~76%，硅钙孕育剂中Si的含量为30%~40%，Ca的含量为3%~7%，粒度3-8；所述浇注步骤中的随流孕育和瞬时孕育步骤中选用的孕育剂为所述的硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂，随流孕育硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂加入量为0.6~0.9重量份，瞬时孕育硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂加入量为0.1~0.15重量份。
本发明耐300℃~350℃高温的合金材料性能优越，经检测铸态下成品件本体试块各项性能指标如下：
具体实施方式
本发明耐300℃~350℃高温的合金材料，其组份和含量（重量百分比）为：26%~28%的Ni，2.2%~2.4%的C，2.0%~2.2%的Si，0.7%~0.9%的Mn，S≤0.02%，0.03%~0.05%的P，1.8%~2.5%的Cr，0.5%~0.8%的Mo，0.01%~0.015%的N，0.3%~0.5%的Cu，余量为Fe。
本发明耐300℃~350℃高温压缩机承压部件的铸造方法，包括以下步骤：
与所述承压部件的形状、构造相应的造型制芯的步骤。选用含硅量95%以上的呋喃树脂与对甲苯磺酸自硬砂充型，制芯选用铬铁矿砂60%、高纯度工业用碳化硅40%，以呋喃树脂以及对甲苯磺酸为溶剂搅拌而成。在适当的位置放置尼龙透气绳，在热节部位放置随型冷铁，砂型表面涂刷两遍锆英粉涂料，涂层厚度0.8~1.1mm，依据球铁石墨化二次膨胀补缩原理在顶面设置相应的出气冒口，浇注系统直浇道、横浇道、内浇道的尺寸比例为6:9:4，演箱检验各部尺寸比例是否合适，合格后加封箱泥条合箱、夹紧，安放带挡脏板、水口堵的浇口杯，安放二次随流孕育漏斗，放入相应比例的孕育剂，等待浇注。
对铸造所述承压部件用金属材料进行熔炼的步骤；
对熔炼后所得金属熔液进行炉前球化、炉前孕育的步骤；
把炉前球化、炉前孕育后所得的金属熔液在造型制芯后所得砂型内进行浇注的步骤，浇注步骤包括随流孕育和瞬时孕育的步骤。采用喂线法盖包球化处理，浇注在8.5~10分钟浇注完毕。先出60%铁水，待反应结束后再出40%铁水进行二次炉前孕育，打脏、浇注温度控制在1480~1520℃之间，浇注时做随流孕育，引火引气。
对浇注后的承压部件进行压火打箱的步骤。3吨以下的铸件压火48小时开箱，3.5~7吨的铸件压火72小时开箱，7吨以上的铸件压火96小时开箱。
对所得承压部件进行除砂、清理、打磨及抛丸的步骤；
对除砂、清理、打磨及抛丸后所得承压部件进行正火处理及深冷定型处理的步骤。采用液氮浸泡法制冷，将工件直接放入装有液氮的容器中，密封，使工件骤冷至液氮温度，并在此温度下停留24小时，最后复温而完成整个处理过程，并检测线、面收缩率，稳定铸件的几何尺寸，深冷处理的最低温度为-196℃。
所述对铸造所述承压部件用金属材料熔炼的步骤中的金属材料为高纯生铁、废钢和电解镍，重量份分别为45~50份、20~25份和30份，所述高纯生铁中C的含量≥4.1%（重量百分比）、Si的含量≤1.0%（重量百分比）、Mn的含量≤0.08%（重量百分比）、P的含量≤0.04%（重量百分比）、S的含量≤0.02%（重量百分比），所述废钢中C的含量≥0.040%（重量百分比）、Si的含量为（0.034~0.036）%（重量百分比）、Mn的含量为（0.11~0.13）%（重量百分比）、P的含量≤0.02%（重量百分比）、S的含量≤0.01%（重量百分比）；所述熔炼采用的设备为中频感应电炉，熔炼过程包括先把所述电解镍30重量份加到中频感应电炉炉底，再放入所述高纯生铁45~50重量份通电熔炼，炉温达到1320~1350℃时投入所述废钢20~25重量份，升温至1560~1580℃时，静置10分钟净化所得金属熔液，吹入0.05MPa氮气净化铁水；
对铸造所述承压部件用金属材料进行熔炼的步骤中还包括调整所得金属熔液中化学组份的步骤，采用全谱直读光谱分析仪检测金属熔液中各化学组份的含量（重量百分比），补充添加Si、Mn、Cr、Mo、N和Cu元素，使各组份含量（重量百分比）达到：Si占2.0%~2.2%，Mn占0.7%~0.9%的，Cr占1.8%~2.5%，Mo占0.5%~0.8%，N占0.01%~0.015%，Cu占0.3%~0.5%。
所述炉前球化、炉前孕育的步骤中选用的球化剂为合金包芯线球化剂，包底加入量为0.5~0.7重量份，选用的孕育剂为硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂，包底加入量为0.1~0.3重量份，其中硅锶长效孕育剂中Si的含量为70%~76%，硅钙孕育剂中Si的含量为30%~40%，Ca的含量为3%~7%，粒度3-8；所述浇注步骤中的随流孕育和瞬时孕育步骤中选用的孕育剂为所述的硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂，随流孕育硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂加入量为0.6~0.9重量份，瞬时孕育硅锶长效孕育剂和硅钙孕育剂加入量为0.1~0.15重量份。
本发明耐300℃~350℃高温的合金材料性能优越，经检测铸态下成品件本体试块各项性能指标如下：