步進式冷床底盤的鑄造工藝改進

宋英玲，劉建華

（1 山鋼股份濟南分公司 裝備部，山東 濟南 250101；2 濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東 濟南 250101）

1 前 言

步進式冷床的制作中，底盤是重要部件，其質量直接影響到鋼板的質量。底盤材質為HT250，長850 mm，寬244 mm，最厚處60 mm，最薄處25 mm，屬于小型板類鑄件。底盤要求耐熱性好、抗沖擊。若采用普通砂型單件鑄造，需要足夠的造型及澆注面積，而且砂鐵比高，鑄件成本較高。通過對底盤鑄件的鑄造工藝及材質改進，生產出既經濟又質量高的合格冷床底盤。

2 鑄造工藝現狀及存在的問題

平板類灰鑄鐵件外形簡單，大部分結構比較均勻。其鑄造工藝簡單，鑄件質量對鑄造工藝不敏感。傳統的生產方法是采用單箱單件或單箱兩件平澆鑄，投入高、產出低，且占用場地面積大，耗砂量高，澆注次數多，鑄件質量得不到保證。目前，板類小型鑄件生產主要存在以下問題。

1）由于澆注時間過長，受鐵液的沖刷和熱沖擊作用，鑄件上下表面易產生夾砂和砂眼。2）如果型砂性能不佳，透氣性不好，鑄件上表面易產生氣孔。3）面積大的薄壁平板件，如果澆口位置分布不當，澆注溫度低或澆注時間過長，會導致澆不足、冷隔和翹曲變形。4）如果砂箱結構不良或合箱操作不當，會出現漲箱，使鑄件壁厚不均或變形。5）平板類鑄件由于型腔平面部分面積大，且型砂性能和緊實度不易保持一致，加之受熱條件不同，也會引起鑄件表面夾砂。6）化學成分不穩定造成鑄件力學性能低。

生產實踐表明，對于平板類鑄件，保持上下表面無缺陷有困難，但通過選擇合理的鑄造工藝，加強混砂造型、合箱和澆注等操作過程的控制，仍可在生產中取得滿意的效果。

3 改進措施及關鍵技術

3.1 化學成分的合理選擇

1）針對C、Si、Mn、P、S等元素對灰鑄鐵抗拉強度的影響，合理選擇化學成分：C 3.1%～3.2%，Si 1.9%～2.3%，Mn 0.9%～1.1%，P≤0.1%，S 0.07%～0.08%。

2）合金元素的選擇。Cr、Mo、V、Cu 能顯著提高鑄件的抗拉強度，但當碳當量低時易促使鑄件產生白口，影響鑄件的切削性能。Cu、Ni 可使珠光體數量增多和細化，既能提高鑄件的強度和硬度，又能防止白口的產生。因Ni 的價格比較高，而Cu 的價格相對低一些，因此選擇Cu作為合金元素，Cu量控制在0.2%～0.3%。

3）微量元素的選擇。微量元素Sn、Sb、Bi 等在含量很低的情況下就能顯著改變鐵液的特性和凝固后的組織。為了增加珠光體的數量，微量元素選擇Sb，含量＜0.02%。

3.2 鑄造工藝改進

1）改變爐料的組成。灰鑄鐵的爐料一般由新生鐵、廢鋼、回爐料和鐵合金組成。加入廢鋼可以降低鐵液含碳量，提高灰鑄鐵的力學性能，但廢鋼加入量過高易引起鐵液碳量過低。經多次試驗，確定材質的爐料組成：新生鐵53%、廢鋼20%、回爐料25%、硅鐵和錳鐵各1%。鑄件的抗拉強度均達265 MPa以上。

2）過熱處理鐵液。溫度、化學成分和純凈度是鐵液的3 項指標，而鐵液溫度的高低又直接影響到化學成分和純凈度。鐵液溫度的提高有利于提高流動性，獲得合格的鑄件。在一定溫度范圍內提高鐵液溫度能使石墨細化，基體組織致密，抗拉強度提高。但過度過熱不僅浪費能量，對力學性能也有影響。根據試驗，將出鐵溫度定為1480～1500 ℃。

3）鐵液的孕育處理。選用硅鋇鈣作為孕育劑，加入量為0.6%，采用出鐵槽孕育的方法。通過孕育處理，促進了石墨化，改變了石墨形態，減少了白口傾向，改善了鑄鐵的力學性能。

4）無箱金屬型樹脂砂組芯串澆工藝，即鑄件從砂芯中作出，采用金屬型芯盒用樹脂砂制芯，然后將砂芯串在一起套上砂箱進行澆注。采用此種工藝只需2 付金屬型芯盒即可滿足生產的需要，由于澆冒口直接在芯盒里定位，由砂芯中作出，簡化了操作工藝。由于組芯串澆，造型及澆注場地面積大大減小，鑄件出品率高，鑄件表面質量好。樹脂砂組芯串澆工藝包括：①工裝的設計及制作。由于鑄件所有尺寸都是通過砂芯來保證的，并且澆冒口系統都由砂芯上做出，芯盒尺寸的確定尤為關鍵。將鑄件的收縮率定為1%。②鑄件用砂量的確定。用砂量小，砂芯容易變形，導致鑄件尺寸不合格；用砂量大，造成砂子浪費。試驗確定了合理的用砂量，既保證了砂芯不變形，又節省了砂子用量。③澆注系統的選擇。澆注系統的尺寸直接影響到鑄件的質量，澆注系統面積過小易形成澆不足、冷隔等缺陷；過大則難清理。采用16 件砂芯共用1 個直澆道，每8 件砂芯共用1個橫澆道的澆注系統，在每件底盤底部開設4個35 mm×20 mm的扁澆口，在上部開設3個出氣冒口。這種澆注系統不僅節約了鐵水，而且減少了澆冒口清理工作量，鑄件表面質量較好。

5）芯砂的配比、混制及砂芯的制作。通過對幾種配比的試制，最終確定了樹脂與固化劑及砂子的配比，制作出了合格的砂芯。

6）串澆底盤數量的確定。采用串澆工藝，每次澆注鑄件的數量直接影響到鑄件的質量。澆注數量太多，鑄件容易因補縮不好形成縮孔；澆注數量太少，產率及工藝出品率低。現在每摞澆注達到8件，每2摞1個直澆道，保證了鑄件質量，提高了產率。

7）澆注溫度的選擇。通過試驗確定的合理澆注溫度為1370～1400 ℃。

4 改進效果

灰鑄鐵的合金化提高了力學性能和使用性能，節省了材料。通過加入適量的銅和銻，不僅使抗拉強度提高，而且使允許的含碳量、含硅量范圍擴大，方便于生產中的控制。采用金屬型樹脂砂組芯串澆工藝生產的底盤，強度高，表面質量好，其性能達到了材質要求，滿足了用戶的需要。此工藝砂鐵比降低，操作簡單化，質量有保證，鑄件出品率高達95%，澆注系統截面積小，易清理。