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铸造工艺过程设计中的关键要素

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：冒口根据铁素体球墨铸铁呈糊状凝固的结晶特征，碳、硅含量较高，凝固过程中将析出大量石墨而产生较大的体积膨胀。提高冷却速度的主要有效措施为：1）在上、下平面设置外冷铁，如图6-18中的件5。2）在上、下平面设置暗冷铁，即采用厚度较大的铸铁冷铁，在冷铁的工作表面上保持厚度为8～12mm的砂层。根据上述工艺生产的铸态铁素体球墨铸铁分配器壳体，获得了优质效果，具有良好的铸态力学性能和金相组织。

如图6-18所示的分配器壳体是大型柴油机配件。其结构形状简单，是直径为φ456mm、厚度为90mm的圆盘体，毛重90kg。但其技术要求很高，不允许有任何铸造缺陷，在铸造实践中，要重点控制以下几个方面。

图6-18 分配器壳体

a）零件简图 b）铸造工艺简图

1—直浇道 2—横浇道 3—内浇道（28mm×10mm） 4—侧冒口5—冷铁

1.浇冒口系统

（1）浇注系统采用设置在分型面上的上注式浇注系统，如图6-18b所示。浇注系统中设有过滤网，增强了阻渣能力。铁液经4道内浇道引入型腔。采用径向引入比切向引入更有利于石墨化膨胀的作用。

（2）冒口根据铁素体球墨铸铁呈糊状凝固的结晶特征，碳、硅含量较高，凝固过程中将析出大量石墨而产生较大的体积膨胀。当铸型有足够的刚度时，可充分利用石墨化膨胀所产生的自身补缩作用。此时，冒口的尺寸或模数可以小于铸件的壁厚或模数。

较厚大铸件的补缩要求低，在严格控制浇注温度，适当加快冷却速度及应用溢流技术等的条件下，完全可采用小冒口或无冒口铸造。用均衡凝固工艺，特别强调内浇道根部、冒口根部和铸件热节不能重合。故在浇注系统的对面设置了小冒口，并采用了短、薄、宽的冒口颈，具体尺寸如图6-18所示。

2.冷却速度

大模数的球墨铸铁件，因冷却速度较缓慢、凝固时间较长，会降低石墨球化率，导致石墨粗大、形状畸变或产生石墨漂浮等缺陷。分配器壳体的厚度较大，必须适当加快整体的冷却速度，使铸件的凝固区域变窄，这样可对整体起到增强自身补缩的作用，有利于消除内部缩松缺陷。提高冷却速度的主要有效措施为：

1）在上、下平面设置外冷铁，如图6-18中的件5。冷铁的材质最好选用石墨板材。

2）在上、下平面设置暗冷铁，即采用厚度较大的铸铁冷铁，在冷铁的工作表面上保持厚度为8～12mm的砂层。

3）采用金属型覆砂铸造，覆砂层厚度为7～8mm。

3.化学成分

根据分配器壳体的材质要求及结构特点，所选用的化学成分控制范围，见表6-8。(https://www.chuimin.cn)

表6-8 球墨铸铁分配器壳体化学成分控制范围

（1）球化剂在电炉中熔炼，采用冲入法进行球化处理。采用低稀土球化剂QMg8RE3，球化剂的加入量为1.47%～1.52%。

（2）孕育处理为提高孕育处理效果，在炉前用硅铁（FeSi75-A）进行孕育处理时，应加入占孕育剂总量（质量分数）25%的硅钙合金（Ca31Si60，粒度为8～12mm）。浇注时，在浇注箱内进行随流孕育。孕育剂为细颗粒（0.8～1.5mm）硅铁Fe_- Si75-A，加入量为0.1%～0.15%。

4.温度控制

为确保铁液的纯净度，在电炉中的熔炼温度应达到1500～1510℃。

根据分配器壳体壁厚的结构特点，所需浇注温度较低，应将球化处理的出炉温度控制在1440～1450℃的范围内，以提高球化剂中镁的吸收率。

因壳体的铸壁厚度较大，冷却速度较缓慢，须严格控制浇注温度。在防止产生气孔、夹杂及冷隔等铸造缺陷的前提下，宜采用较低的浇注温度（1320～1330℃）。

根据上述工艺生产的铸态铁素体球墨铸铁分配器壳体，获得了优质效果，具有良好的铸态力学性能和金相组织。工厂的部分实际资料分别见表6-9及图6-19，可供参考。

表6-9 分配器壳体的化学成分、铸态力学性能及金相组织

图6-19 分配器壳体铸态铁素体球墨铸铁金相组织

a）腐蚀前（×100） b）腐蚀后（×100） c）腐蚀后（×400）