鑄造工藝對高錳鋼耐磨性的影響

曹菊艷，李志翔

高錳鋼鑄件的致密性是影響其耐磨性和使用壽命的重要因素，因此鑄造工藝的設計應力求保證鑄件無縮孔、縮松，特別是鑄件磨損部位更為重要。針對我廠高錳鋼生產的工藝特點，與西安理工大學共同開發了高錳鋼凝固模擬軟件，通過凝固模擬來指導高錳鋼的鑄造工藝設計。

一、控制過程

1.軟件開發

模擬軟件主要包括三個模塊：前處理、模擬計算、后處理。其中，前處理模塊要實現的主要功能有對鑄件三維形狀的顯示、旋轉、縮放、平移、材質選擇和光照渲染，并用基于STL實體模型的網格自動剖分方法對鑄件模型進行網格自動剖分；模擬計算模塊主要功能是在前處理的基礎上通過各種參數的輸入對鑄件凝固過程的溫度場進行模擬計算；后處理模塊的主要功能是將模擬計算的結果直觀地顯示出來，主要是鑄件在不同凝固時刻溫度場的顯示。

2.對軋臼壁鑄件的凝固溫度場模擬及分析

（1）高錳鋼熱物性參數的處理 該軋臼壁用材質為高錳鋼ZGMn13－1，其常溫密度為7.930g/cm3，在1460℃時的密度為7.050g/cm3，液相線溫度為1400℃，固相線溫度為1350℃，凝固潛熱為277J/g，其比熱和熱導率在各個溫度范圍值分別見表1、表2。

(2)硅砂熱物性參數的處理 該鑄件現在采用消失模鑄造工藝鑄造，所采用的干砂種類為硅砂，其密度為1.73g/cm3，其比熱容隨溫度的變化規律為：

T≤846K時

其熱導率隨溫度的變化規律為

（3）水玻璃砂熱物性參數的處理 該鑄件原采用傳統的砂型鑄造工藝，型砂種類為鎂橄欖石砂，其密度為1.83g/cm3，比熱容隨溫度的變化規律為

其熱導率隨溫度的變化規律為

（4）冷鐵熱物性參數的處理 該鑄件采用的冷鐵為灰鑄鐵，密度為7.0g/cm3，其比熱容和熱導率在各個溫度范圍值見表3。

3.軋臼壁溫度場及分析

以上述數據為基礎，用開發的軟件對不考慮澆注系統熱影響的軋臼壁進行了模擬。圖1為用SolidWorks2005三維造型軟件為軋臼壁造好的三維模型。

造好型后另存為STL文件。不同凝固時間下的溫度場模擬如圖2所示。

通過上述溫度場模擬可以看出，在不考慮澆注系統熱影響時，先凝固的部分基本上都是靠近型腔外壁的部分，而最后凝固的部位也基本上處于壁厚的部分，特別是耳朵靠近內壁處。

二、應用效果

先進的控制方法，為我們制訂生產高錳鋼產品鑄造工藝提供了最可靠技術支撐，利用該方法指導生產的高錳鋼產品，在實際工況條件下獲得了良好的應用效果。

圖1 軋臼壁的三維模型

圖2 溫度場凝固模擬

表1 ZGMn13－1比熱容在各溫度范圍的值

表2 ZGMn13－1熱導率在各溫度范圍的值

表3 灰鑄鐵比熱容和熱導率在各溫度范圍的值