本发明涉及合金铸造
技术领域：
，具体涉及一种离心机环形铸件及其制备工艺。
背景技术：
：随着一些极端工况对离心机零部件材料性能要求的提高，哈氏合金逐渐成为离心机零部件的一种主要材料，而哈氏合金产品经过机加工后产生的车屑料由于含有大量乳化液及油污，不便于再次利用；如果按照传统冶炼工艺进行生产无法保证零部件材料的化学成分且气孔夹杂多。而传统的静态铸造工艺则不能保证产品力学性能指标。技术实现要素：为了解决现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种离心机环形铸件的制备工艺，其能够直接将制备哈氏合金的切头和铁屑等合金返回料在非真空条件下制备出符合合金新料技术要求的离心机环形铸件。本发明的另一个目的在于提供一种离心机环形铸件，其以制备哈氏合金的切头和铁屑等合金返回料为原料，成本低、节能环保，并且其强度高、致密性好，能够满足离心机的使用要求。本发明的技术方案如下：一种离心机环形铸件的制备工艺，包括：(1)将制备哈氏合金的合金返回料依次进行烘干和熔炼处理；(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.15wt％以上，然后在供氧压力为200-250nm3/min、供氩压力为180-200nm3/min、温度为1680-1730℃、处理时间为30-80min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为200-250nm3/min的条件下吹炼20min以上；(2.3)调节钢水成分，使之符合哈氏合金离心机环形铸件化学成分要求；(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。本发明以哈氏合金的切头和铁屑等合金返回料为原料制备离心机环形铸件，既能够将资源回收利用，节约成本；由于原料本身为哈氏合金，其化学成分与标准产品一致，因此又更有利于制备出符合要求的离心机环形铸件。同时，本发明特有的精炼脱碳工艺能够有效去除杂质，使得合金成分满足产品标准。具体地，本发明在熔炼后获得的钢水中加入增碳剂，调节钢水中碳的含量，使之达到15wt％以上，从而提高炉温、加速高温脱碳；并且用压力为200-250nm3/min的氧气进行氧化脱碳，进一步加速反应的进行，提高脱碳效率；此外，在脱碳过程中，本发明还通入压力为180-200nm3/min的氩气，避免产物被还原，最大限度去除钢水中的杂质；通过加入增碳剂、通入压力为200-250nm3/min的氧气和压力为180-200nm3/min的氩气，使得初始钢液在氩氧精炼炉内在氧化期阶段能够得到有效精炼，以有效去除夹渣、杂质气体、硫等杂质。再者，在脱碳完成以后，本发明加入金属硅进行还原，用金属硅代替硅铁，以控制钢水中铁的含量，避免其含量高于标准含量，而且在还原阶段杂质能有充分的时间上浮，使钢水净化。同时在还原时，本发明还通入压力为200-250nm3/min的氩气，避免还原的产物再次被氧化。本发明在精炼脱碳过程中，全程通入氩气，一方面将反应体系与外界隔绝，从而在非真空条件下同样制备出符合标准的离心机环形铸件；另一方面能够防止氧气、氮气污染钢水产生缺陷。进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(3)包括：(3.1)在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为15-20nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.2)在浇铸模具的浇铸口配置密封环，密封环具有双层氩气通道，开始浇铸时将密封环打开，并向密封环中吹入压力为15-20nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.3)将钢水倒入至离心机的浇铸模具中。本发明在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为15-20nm3/min的氩气，将模具中的空气全部排出，同时使模具温度下降到200℃以内。在浇铸过程中通入15-20nm3/min的氩气，通过由氩气构成的密封环使钢水与外界隔绝，进而避免空气中的水分、氧气等物质对钢水质量产生不利影响，导致产品出现气孔、夹渣、裂纹等致命缺陷。进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备工艺还包括：(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将刚脱模的高温铸件毛坯转入常温下的热处理炉并随炉冷却，待温度降至600℃以下时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以100-200℃/h的升温速度升温至1050-1250℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。按照该固溶条件处理后的铸件毛坯能够获得最佳的金相组织和力学性能。需要说明的是，“按照30mm/h进行保温”的含义是，按照环形铸件壁厚为30mm、则保温时间为1小时的比例计算相应的保温时间；例如，当环形铸件的壁厚为15mm时，则保温时间为0.5小时，当环形铸件的壁厚为60mm时，则保温时间为2小时，以此类推。进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯的温度小于600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。进一步地，在本发明较佳的实施例中，在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在40℃以下。冷却过程中，不断观察工件的颜色变化，并用红外线测温仪进行实时监控，待工件整体冷却到600℃时迅速出水，空冷到室温，以获得最好的耐蚀功用。进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(1)中，烘干条件为：烘干温度380-420℃，烘干时间为40-50min。进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(1)中，熔炼的具体过程包括：将合金返回料加热熔炼，待温度升高至1550-1590℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。具体地：将合金返回料在中频炉内加热熔炼直至化学成分初调合格，当钢水温度达到1570℃±10℃时，将中频炉内合格钢液倒入兑钢包，再通过兑钢包将钢水兑入氩氧精炼炉中；因为氩氧精炼炉的热源是中频炉熔炼好的预熔液，预熔液的温度不能过低，否则影响熔池的升温速度和元素的氧化过程，因此需要对钢水入炉温度进行控制，待温度升高至1560-1580℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。根据上述的制备工艺制备得到的离心机环形铸件。本发明所指的离心机主要针对卧式螺旋沉降离心机和推料离心机.。本发明具有以下有益效果：(1)本发明以哈氏合金的合金返回料为原料制备离心机环形铸件，减少资源浪费，并且可达到与哈氏合金新料相同的品质；(2)本发明全程用氩气将反应体系与外界隔绝，避免了空气、杂质对钢水的污染，能够达到与真空条件相同的效果，不需要采用昂贵的真空设备来进行真空熔炼，大大减少了生产成本；(3)本发明制得的离心铸件强度高、致密性、韧性好，完全符合离心机环形铸件的使用要求。具体实施方式以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1：本实施例的离心机环形铸件的制备工艺，包括：(1)将制备哈氏合金的合金返回料和铁屑依次进行烘干和熔炼处理；其中，烘干条件为：烘干温度380℃，烘干时间为50min。熔炼的具体过程包括：将合金返回料和铁屑在中频炉内加热熔炼，待温度升高至1550℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.15wt％，然后在供氧压力为200nm3/min、供氩压力为180nm3/min、温度为1680℃、处理时间为80min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为200nm3/min的条件下吹炼20min；(2.3)调节钢水成分，使之符合离心机环形铸件标准。对难熔的w、mo等金属，在步骤补加，保证钢水成分均匀，调节钢水的化学成分满足以下标准：c≤0.01wt％，si≤0.08wt％，mn≤0.5wt％，al≤0.03wt％，p≤0.012wt％，s≤0.01wt％，co≤0.08wt％，v≤0.08wt％，cr＝20-22.5wt％，mo＝12.5-14.5wt％，w＝2.5-3.5wt％，ni余量。(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。(3.1)在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为15nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.2)在浇铸模具的浇铸口配置密封环，密封环具有双层氩气通道，开始浇铸时将密封环打开，并向密封环中吹入压力为15nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.3)将钢水倒入至离心机的浇铸模具中。(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将铸件毛坯转入热处理炉进行保温处理，然后随炉冷却，待温度降至600℃时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以100℃/h的升温速度升温至1050℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯冷却至600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在40℃。本发明实施例所指的室温是指温度与室内温度保持一致，一般在20-30℃的范围内。实施例2：本实施例的离心机环形铸件的制备工艺，包括：(1)将制备哈氏合金的返回料依次进行烘干和熔炼处理；其中，烘干条件为：烘干温度420℃，烘干时间为40min。熔炼的具体过程包括：将合金返回料在中频炉内加热熔炼，待温度升高至1590℃±15℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.20wt％，然后在供氧压力为250nm3/min、供氩压力为200nm3/min、温度为1730℃、处理时间为30min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为250nm3/min的条件下吹炼30min；(2.3)调节钢水成分，使之符合离心机环形铸件标准；(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。(3.1)在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为20nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.2)在浇铸模具的浇铸口配置密封环，密封环具有双层氩气通道，开始浇铸时将密封环打开，并向密封环中吹入压力为20nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.3)将钢水倒入至离心机的浇铸模具中。(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将铸件毛坯转入热处理炉进行保温处理，然后随炉冷却，待温度降至550℃时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以200℃/h的升温速度升温至1250℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯冷却至600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在30℃。实施例3：本实施例的离心机环形铸件的制备工艺，包括：(1)将制备哈氏合金的合金返回料依次进行烘干和熔炼处理；其中，烘干条件为：烘干温度400℃，烘干时间为45min。熔炼的具体过程包括：将合金返回料在中频炉内加热熔炼，待温度升高至1570℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.18wt％，然后在供氧压力为235nm3/min、供氩压力为190nm3/min、温度为1700℃、处理时间为60min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为200-250nm3/min的条件下吹炼35min；(2.3)调节钢水成分，使之符合离心机环形铸件标准；(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。(3.1)在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为17nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.2)在浇铸模具的浇铸口配置密封环，密封环具有双层氩气通道，开始浇铸时将密封环打开，并向密封环中吹入压力为17nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.3)将钢水倒入至离心机的浇铸模具中。(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将铸件毛坯转入热处理炉进行保温处理，然后随炉冷却，待温度降至500℃时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以150℃/h的升温速度升温至1200℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯冷却至600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在35℃。实施例4：本实施例的离心机环形铸件的制备工艺，包括：(1)将制备哈氏合金的合金返回料依次进行烘干和熔炼处理；其中，烘干条件为：烘干温度410℃，烘干时间为45min。熔炼的具体过程包括：将合金返回料和铁屑在中频炉内加热熔炼，待温度升高至1580℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.15wt％以上，然后在供氧压力为220nm3/min、供氩压力为185nm3/min、温度为1720℃、处理时间为35min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为240nm3/min的条件下吹炼20min以上；(2.3)调节钢水成分，使之符合离心机环形铸件标准；(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。(3.1)在浇铸之前，向浇铸模具中通入压力为18nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.2)在浇铸模具的浇铸口配置密封环，密封环具有双层氩气通道，开始浇铸时将密封环打开，并向密封环中吹入压力为16nm3/min的氩气，直至浇铸完毕；(3.3)将钢水倒入至离心机的浇铸模具中。(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将铸件毛坯转入热处理炉进行保温处理，然后随炉冷却，待温度降至580℃时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以160℃/h的升温速度升温至1100℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯冷却至600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在25℃。对比例1：本对比例与实施例1的制备工艺基本相同，其区别在于，本对比例在进行离心浇铸时，没有采用氩气保护。本对比例的制备工艺包括：(1)将制备哈氏合金的合金返回料和铁屑依次进行烘干和熔炼处理；其中，烘干条件为：烘干温度380℃，烘干时间为50min。熔炼的具体过程包括：将合金返回料加热熔炼，待温度升高至1550℃时出钢，测定钢水的初始成分，为后续调节钢水成分做准备。(2)将熔炼后得到的钢水在氩氧精炼炉中进行精炼脱碳处理，精炼脱碳包括以下具体步骤：(2.1)向钢水中加入增碳剂，使得钢水的初始含碳量达到0.15wt％，然后在供氧压力为200nm3/min、供氩压力为180nm3/min、温度为1680℃、处理时间为80min的条件下进行脱碳处理；(2.2)向钢水中加入金属硅，并且在供氩压力为200nm3/min的条件下吹炼20min；(2.3)调节钢水成分，使之符合离心机环形铸件标准。对难熔的w、mo等金属，在该步骤补加，以保证钢水成分均匀。(3)将钢水进行离心浇铸，得到离心机环形铸件。浇铸时，将钢水直接倒入至浇铸模具中。(4)将步骤(3)制得的铸件毛坯进行热处理，具体包括以下步骤：(4.1)将铸件毛坯转入热处理炉进行保温，然后随炉冷却，待温度降至600℃时出炉；(4.2)将铸件毛坯进行固溶处理，固溶条件为：以100℃/h的升温速度升温至1050℃，然后根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉冷却。在步骤(4.2)中，冷却铸件毛坯包括以下具体过程：将出炉后的铸件毛坯水冷，并且控制从出炉到入水的时间不超过120s，在水冷过程中检测铸件毛坯的温度，待铸件毛坯冷却至600℃时出水，然后空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在40℃。对比例2：本对比例与实施例1的制备工艺基本相同，其区别在于，本对比例与实施例1的热处理工艺不同，本对比例的热处理工艺为现有的传统热处理工艺。本对比例的传统热处理工艺包括以下步骤：铸件毛坯拔出管模后自然冷却，常温后转入热处理炉固溶；固溶条件为：毛坯常温入炉，以150℃/h的速度升温至1050℃，根据产品壁厚，按照30mm/h进行保温，随后将铸件毛坯出炉快速水冷：控制从出炉到入水的时间不超过120s。待铸件毛坯冷却至小于100℃时出水，空冷至室温，得到离心机环形铸件。在进行水冷前，冷却水的温度保持在室温；在水冷过程中，通过循环供水使得冷却水的温度保持在40℃。将上述实施例1-4制得的离心机铸件进行成分检测，其化学成分见表1。其中，表1中“标准”是指，哈氏合金离心机环形铸件的化学成分要求。表1从表1可以看出，本发明的实施例1-4制备得到的环形铸件其化学成分均满足标准离心机环形铸件的要求。因此，采用本发明实施例的制备工艺，在非真空条件下也能够制备出符合标准的离心机环形铸件产品，克服了传统制备工艺对真空条件的要求。此外，从表1还可以看出，本发明实施例1-4的碳含量明显低于标准，这是由于在本发明的制备工艺中能够对出钢水进行脱碳处理，克服了真空冶炼无法对其进行脱碳处理的缺陷，进一步提高了产品质量。此外，还对上述实施例1-4和对比例1-2进行含氧量和含氮量的测定，测定结果见表2。表2o/wt％n/wt％实施例10.00350.0053实施例20.00230.006实施例30.00280.0057实施例40.00310.0054对比例10.00950.0135对比例20.00250.0045从表2可以看出，本发明实施例1-4制备的环形铸件其含氧量和含氮量要明显低于对比例1所制备的环形铸件，说明在进行离心浇注时，采用氩气保护，能够有效避免氧和氮的混入。由于对比例2采用与实施例1相同的脱碳工艺和离心浇注工艺，因此，对比例2与本发明实施例1-4的含氧量和含氮量差别不大。此外，经观察发现，对比例1夹渣物偏多，气体含量明显偏高，铸件表面大量产生微裂纹，并由铸件外表向内延伸。对比例2和本发明的实施例无明显的成分差别，热处理后组织无明显差别，但金相显示有大量晶间裂纹产生，导致这一现象的原因是后续热处理工艺不同，采用传统的热处理工艺对产品质量有一定负面影响。将上述实施例1-4和对比例1-2制得的离心机铸件进行性能检测，检测结果见表3。表3从表3可以看出，本发明实施例强度、致密性和韧性均能达到标准产品的要求，和对比例1和2相比，其强度提高了，具有优良的机械性能，并且具有更好的韧性。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12