石墨冷鐵的應用研究

王利民，馬斌悍，惠國棟，邵亮峰

(寧夏共享能源有限公司， 寧夏 銀川 750021)

石墨冷鐵的應用研究

王利民，馬斌悍，惠國棟，邵亮峰

(寧夏共享能源有限公司， 寧夏 銀川 750021)

石墨冷鐵具有密度小，導熱性能高，蓄熱能力強，可多次使用等優勢得到了快速發展，越來越多的鑄造企業正在推廣以石墨作為激冷材料的鑄造新工藝。

石墨冷鐵；激冷；鑄造

1 引言

鑄件在冷卻凝固過程中，最后凝固的部位容易出現縮松、表面硬度偏高等缺陷，嚴重影響鑄件質量。在鑄造工藝中常采用冷鐵與冒口配合使用對鑄件進行補縮，使鑄件定向凝固，擴大冒口縮距的范圍；防止鑄件產生縮孔和裂紋；使鑄件與鑄件壁的同時凝固，提高凝固速度；降低鑄件表面硬度，提高其耐磨性能等。

冷鐵按材質可分為鋼質冷鐵、鑄鐵冷鐵、石墨冷鐵等。鑄鐵冷鐵應用范圍最為廣泛，石墨冷鐵以密度小，導熱性能高，蓄熱能力強，可多次使用的優勢得到了快速發展，越來越多的鑄造廠家推廣這種以石墨作激冷材料代替金屬材料的鑄造新工藝。

1 石墨冷鐵與鑄鐵冷鐵的對比

鑄鐵冷鐵作為激冷材料配合冒口提高鑄件的質量，這在鑄造工藝中應用很廣泛，應用時間也較長。近些年來，隨著鑄造工藝的發展和顧客對鑄件的質量標準要求也越來越高，石墨冷鐵得到應用并逐漸被認可、推廣。石墨冷鐵與鑄鐵冷鐵對比，其性能各有優缺點。

石墨冷鐵與鑄鐵冷鐵物理性能對比，其本質是石墨與金屬鐵的物理性能對比，詳見表1[1]。

由表1可知，石墨冷鐵的密度只有鑄鐵冷鐵的1/4，而其導熱和儲熱能力卻是鑄鐵冷鐵的3～4倍，熔點遠遠高于鐵的熔點，受熱膨脹也較小，使得兩者在造型、造芯過程，激冷(鑄件冷卻)的過程，激冷(鑄件冷卻)的結果等方面有不同的表現。 石墨冷鐵與鑄鐵冷鐵的使用效果對比，詳見表2[2-3]。

表1 鑄鐵冷鐵與石墨冷鐵物理性能對比

表2 鑄鐵冷鐵與石墨冷鐵的使用性能對比

以Jenbacher型620機架為例，鑄件軸承部位、中部缸孔面和下模樣缸孔面均采用石墨冷鐵，實踐證明石墨冷鐵的使用效果優于鑄鐵冷鐵。用石墨冷鐵的鑄件表面光滑，清砂容易，缺陷少、無粘砂現象。兩種鑄件經硬度計檢測，前者硬度低于后者，檢測數據對比見表3。

表3 使用不同冷鐵鑄件的本體硬度檢測數據對比

石墨冷鐵的使用效果優于鑄鐵冷鐵，得到了快速發展，越來越多的鑄造企業推廣以石墨作為激冷材料代替金屬材料的鑄造新工藝，鑄件使用單位也慢慢接受、要求這種鑄造工藝。

2 存在的問題

石墨冷鐵有諸多的優點，隨著石墨冷鐵的大量使用，過程中也暴露出一些問題。

2.1 循環使用次數少

鑄鐵冷鐵進價為4500元/t，石墨冷鐵進價為15000～20000元/t，所以同樣規格尺寸的石墨冷鐵采購成本是鑄鐵冷鐵的80%～100%，這意味著那種冷鐵的使用次數多，其成本低。一般的鑄鐵冷鐵能使用3～5次，石墨冷鐵能使用1～10次，部分鑄造企業反饋石墨冷鐵只能使用一次，而有些鑄造企業反饋能使用10多次，甚至20次，只要工作面不嚴重脫碳即可再次使用。

一般的情況下，造型、造芯完畢后合型澆注，待鑄型冷卻到一定溫度后，通過落砂機將鑄型破碎，所以可以使鑄件、冷鐵從砂型中分離出來。鑄鐵冷鐵為金屬材質不易損壞，石墨冷鐵經過落砂機破碎鑄型后，邊角易損傷，導致大多數石墨冷鐵只能用一次。嚴格的現場管理、優化的鑄造工藝和良好的操作方式才能保證石墨冷鐵循環多次使用。

2.2 隨形石墨冷鐵制作難度大

鑄造工藝中除了通用的冷鐵，也需要隨形冷鐵。鑄鐵冷鐵的生產過程就是一個簡單的鑄造過程，即造型、澆注等過程，所以無論是通用鑄鐵冷鐵或是隨形鑄鐵冷鐵，兩者的生產過程是一樣的，即兩者的成本是相同的。石墨冷鐵不同于鑄鐵冷鐵，隨形石墨冷鐵因外形復雜制作難度大，必須用數控機床或車床等機床與人工結合加工，數控機床成本高，車床等機床與人工結合效率低，所以隨形石墨冷鐵的生產成本遠遠大于通用石墨冷和鑄鐵冷鐵，制約著隨形石墨冷鐵的應用。

3 展望

石墨冷鐵對于改善鑄件質量有著顯著的效果，其諸多的優勢使其得到快速發展，基于此，對其發展做出展望。

石墨在工業上的運用以人造石墨為主，也就是特種石墨。按其成型方式可分為等靜壓石墨、模壓石墨和擠壓石墨，擠壓石墨多為電機材料，現在市場所用的石墨冷鐵大都以這種擠壓石墨作為原料。石墨冷鐵主要關注導熱、儲熱和強度三個參數指標，而石墨電極主要關注灰分、比電阻和強度，石墨電極并非專門作為生產石墨冷鐵的原料，目前市場上也沒有專門用于制作石墨冷鐵的高性價比原料。研究適合作為石墨冷鐵的高性價比原料，是未來石墨冷鐵廣泛使用需要解決的問題。

目前市場所用的石墨冷鐵以擠壓石墨為原料通過銑床、車床等機床加工成所要求規格的石墨冷鐵，這種加工方式的優點是石墨冷鐵表面光滑平整，有益于鑄件熱量的均勻導出，缺點是原料價格高，加工效率低，使得石墨冷鐵，特別是隨形石墨冷鐵的成本過高。以價格較低的石墨粉為原料，通過3D打印技術打印，或成型機直接壓制成型，是石墨冷鐵發展的一個方向。

[1] 曲家庫．石墨冷鐵在機床鑄件上的應用[J]．鑄造，1992(5)：43-44．

[2] 王樹恒．石墨冷鐵在重型鑄件導軌上的應用[J]．機械工人，1985(5)：3-5．

[3] 臧金平，杜春波，盧 倩，等．石墨冷鐵在大斷面球墨鑄鐵件上的應用[J]．鑄造，2009，58(4)：400-401．

(本文文獻格式：王利民，馬斌悍，惠國棟，等.石墨冷鐵的應用研究[J].山東化工，2016，45(08)：99，106.)

The Application of Graphite Chill

Wang Limin,Ma Binhan,Hui Guodong,Shao Liangfeng

(Kocel Energy Limited, Yinchuan 750021, China)

Graphite chills has been rapid development with small density, high thermal conductivity, strong heat storage capacity and recyclable etc.,a growing number of foundry enterprises promotion the new casting technolgy with graphite as the chill material.

Graphite chill; chill; casting

2016-03-09

TG255

A

1008-021X(2016)08-0099-01