大斷面球墨鑄鐵的無冒口鑄造

趙勝洲，張春玲，馬力光

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾市 161005）

大斷面球墨鑄鐵的無冒口鑄造

趙勝洲，張春玲，馬力光

（齊重數控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾市 161005）

采用冷鐵強制冷卻、快速充型、增強自補縮效果的無冒口澆注系統及沖天爐熔煉等，成功地批量生產出合格的高強度厚大斷面球墨鑄鐵卡盤鑄件。

球墨鑄鐵；卡盤；無冒口鑄造

高強度球墨鑄鐵卡盤是我公司自主研發的新型產品。卡盤直徑1600mm，承載80t，材質為QT600-3。由于它是承載回轉體，要求具有高強度動載荷和靜承載能力，不允許有氣孔、砂眼、縮孔、縮松、裂紋缺陷，要求進行超聲波無損探傷檢驗。而縮孔縮松正是厚大斷面球墨鑄鐵件極易出現的缺陷，因此在鑄造工藝設計時更需要特別考慮。

1 鑄造工藝設計

1.1 方案確定

卡盤的最大壁厚470mm，毛重7700kg，總重9700kg，鑄件模數M=V/S=107cm。根據鑄件特點，采用了放置石墨冷鐵的強制冷卻工藝方案，根據厚大球墨鑄鐵件在凝固過程中石墨化膨脹可有效自補縮的特點，采用無冒口鑄造工藝方案[1]。鑄造工藝簡圖見圖1。

同時凝固是實現球墨鑄鐵無冒口鑄造的前提。如圖1所示，工作面朝下布置，內澆道從下面引入。為保證同時凝固，在工作臺面上放置1＃160mm× 150mm×150mm的石墨冷鐵，卡緊體中放置6＃、7＃、8＃石墨冷鐵，外圓面放置5＃石墨冷鐵、上箱面放置2＃、3＃石墨冷鐵，其中在3＃石墨冷鐵外邊均布放置10個30mm×60mm×600mm的出氣冒口。因為石墨冷鐵具有較大的蓄熱系數，使得卡盤體表面加速冷卻，促進鑄件的同時凝固，實現自補縮，為球墨鑄鐵的無冒口鑄造提供保證。

圖1 鑄造工藝圖

1.2 主要工藝參數[2]

鑄件收縮率定為1%，分型負數為－2mm，機械加工余量內孔+15mm，砂芯間隙為1mm，所有鑄造圓角R15mm。

1.3 造型方法及工裝

采用呋喃樹脂砂造型、制芯，樹脂砂24h強度不小于1.1MPa。砂芯尺寸如圖1。在制芯時放置專用冷鐵4＃，中間扎出氣道，保證芯砂出氣通暢。涂料為鋯英粉醇基快干涂料。因球墨鑄鐵無冒口鑄造工藝對鑄型的剛性要求非常高，所以采用高強度滿箱帶的鑄鐵砂箱。

1.4 強制冷卻工藝[5]

為達到或接近均衡凝固,采用放置石墨冷鐵的強制冷卻工藝，平衡壁厚差，消除因壁厚不均帶來的不良熱節效應,既可防止厚大心部產生縮孔縮松缺陷,又可使石墨化膨脹提前發生，增強自補縮作用。共8種專用冷鐵。每件鑄件用1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#冷鐵的數量分別為76塊、18塊、18塊、5塊、24塊、4塊、4塊、8塊，冷鐵專用把吊40個。使用冷鐵前要將冷鐵表面清理干凈并烘干,可重復使用4到5次。

1.5 澆注系統的設計[1]

針對鑄件特點，采用大孔出流理論，封閉式澆注系統，內澆道從底部注入。依經驗選擇直澆道?90mm陶瓷管2個，R962mm環形橫澆道一個，內澆道設置8道?40mm陶瓷管且各間距為45°，澆注重量為9700kg。

在鑄件頂部設置10個30mm×60mm高600mm直型明出氣冒口。澆口杯容量為75kg，設有阻渣閘板、澆口塞及瞬時孕育漏斗。

2 熔煉及澆注工藝[4]

使用20t中頻電爐熔煉鐵液，15t球墨鑄鐵專用堤壩包進行球化處理，配有撒布浪斯NSP-6000爐前快速成分分析儀、NSP-305MTX快速測溫儀和OCSXS（F3）無線傳輸電子吊秤。

材料如下：

生鐵：本溪Q10生鐵，加入量80%；

廢鋼：優質碳素鋼，厚度大于5mm，加入量20%；

球化劑：RE3Mg8稀土鎂硅鐵球化劑，粒度20～30mm，加入量1.8%；

孕育劑：75SiFe，粒度5～8mm，加入量0.6～1.0%，視爐前分析而定，加入方式分包內、出鐵、瞬時孕育3種；

脫硫劑：工業純堿Na2CO3，用于包內脫硫，視生鐵含S量而定；

增碳劑：類石墨，粒度20～30mm，加入量視生鐵成分而定。如果原鐵液含碳量低，可進行二次增碳；

電解紫銅板：純度99.5%以上，塊度10～20mm，加入量0.6%；

錳鐵：FeMn65錳鐵，加入量視爐前分析而定。

過熱精煉溫度1510℃，脫硫處理溫度1420℃，球化處理溫度1450℃。球化處理后扒凈渣靜置2～4min。開始澆注后打開瞬時孕育漏斗進行定量孕育，待澆口杯充滿時拔開澆口塞，開始快速充型，在規定時間內充滿，澆注溫度為1330±10℃。

目標化學成分、力學性能及實測結果見表1、表2和表3。

表1 化學成分（質量分數，%）

表2 力學性能

表3 金相組織

3 結語

鑄件的檢驗結果表明整套工藝方案是合理的，化學成分、力學性能和金相組織都達到了要求，經超聲波無損探傷檢驗，內部組織致密無缺陷。截止目前共生產5件，合格率達100%。鑄件品質達到同類產品較高水平，為公司生產球墨鑄鐵件積累了寶貴的實踐經驗。

[1]王文清，李魁盛.鑄造工藝學[M].北京:機械工業出版社，1998.

[2]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊[M].第2版.北京:機械工業出版社，2007.

[3] 卡賽.清球墨鑄鐵澆口和冒口[M].白天申譯.北京:清華大學出版社，1983.

[4]陸文華.鑄鐵及其熔煉[M].北京:機械工業出版社，1988.

[5] 李小鵑，時勝利，等.大斷面球墨鑄鐵件的質量控制措施[J].鑄造技術，1997（10）.

Casting Without Riser of S.G.Cast Iron with Thick Section

ZHAO ShengZhou，ZHANG ChunLing，MA LiGuang

（Qiqihaer Heavy N.C.Equipment Co.Ltd.，Qiqihaer 161005，Heilongjiang China）

With force cooling by chilling iron，rapid mold-filling，a pouring system with enhanced self-feeding effect without riser and cupola melting，quantity production of eligible s.g.cast iron chuck castings with thick section and high strength have successfully realized.

S.G.cast iron；Chuck；Casting without riser

TG255;

B；

1006－9658（2010）03－2

2010－03－15

2010－033

趙勝洲（1981-），男，助理工程師，主要從事鑄造工藝設計