攤鋪機左右懸臂鑄造工藝優化設計研究

紀漢成，原金勝，付慶斌

（科華控股溧陽市聯華機械制造有限公司，江蘇常州 213354）

筑路機械攤鋪機中調平系統將攤鋪機主機部分與熨平裝置連接在一起，通過調節調平系統改變攤鋪厚度和保證攤鋪平整度，而左右懸臂是調平系統的重要支撐零部件，直接連接攤鋪機主機和熨平裝置，故此左右懸臂的工作環境惡劣，對懸臂的質量要求極高，鑄件可靠性和安全性能要求高，不允許有任何鑄造缺陷，鑄件要進行PT、RT 檢測。

1 懸臂結構特點及技術要求

左右懸臂鑄件結構較為復雜，呈平板垂直連接結構，如圖1 所示。鑄件材質牌號為1E4677C（QT600-10），凈重58 kg，最大輪廓尺寸600mm×350mm×280mm，主要壁厚為35mm，最大壁厚為60mm。

鑄件要求的化學成分、力學性能如表1、表2所示。

表1 懸臂鑄件的化學成分（1E4677C） ωB/%

表2 懸臂鑄件本體力學性能（1E4677C）

圖1 懸臂鑄件結構

懸臂鑄件的金相組織：珠光體≤5%，碳化物≤1%，反應層≤0.35mm。石墨類型：球狀。石墨大?。?～6 級，球化率≥80%。

2 原生產工藝及存在問題

2.1 造型工藝

采用一模兩件呋喃樹脂砂造型，鑄件大平板朝下放置，側邊澆冒口澆口工藝，采用半封閉式澆注系統，澆道截面積比為F直：F橫：F內=1：1.2：1.0，直澆道截面尺寸為?60mm，橫澆道截面尺寸為75/80mm×75mm，內澆道（2 道）35/40mm×45mm。設?80/?90mm×l35mm 側邊澆冒口1 個，?20×l20mm 出氣針10 個。放置1 個75mm×75mm×20mm 的泡沫陶瓷過濾片，鑄件的熱節處放置冷鐵2 塊。具體工藝方案如圖2 所示。

圖2 懸臂鑄件原工藝

2.2 熔煉工藝

原鐵液化學成分ω（C）：2.8%～3.0%，ω（Si）：3.1%～3.2%，ω（Mn）≤0.3%，ω（Ni）：0.5%，ω（Cr）≤0.1%，ω（Cu）≤0.1%，ω（P）≤0.06%，ω（S）≤0.025%。

爐料及配比：選用高質量的爐料，爐料配比600kg，其中打包廢鋼50%，龍鳳山生鐵30%，回爐料20%。

球化處理采用包內凹坑沖入法[1]。球化劑選用東豐稀土硅鐵鎂球化劑，加入量1.4%。預處理劑采用0.8%～0.1%的碳化硅。孕育方式采用東豐低BaSi 高效孕育劑覆蓋一次孕育，孕育劑加入量為0.4%，及高硅鋇二次轉包孕育，孕育劑加入量為0.4%，澆注時隨流0.3～0.8mm 的東豐低BaSi 孕育劑，加入量為0.1%。鐵液的出爐溫度為1500±10℃，鑄件的澆注溫度控制在1370～1400℃，取鑄件本體試塊檢測力學性能及金相組織。

2.3 存在問題

采用呋喃樹脂砂大平板朝下的側邊澆冒口澆注系統，側邊補縮澆口偏向熱節的一邊，冒口的補縮壓力頭偏小，鑄件大平板處的熱節緊靠冷鐵激冷難以補縮，故此造成熱節處縮松缺陷。

經過解剖及X 射線檢測發現鑄件有幾處縮松缺陷，如圖2 所示。

取樣檢測鑄件本體試塊，其力學性能強度、硬度、延伸率合格，但金相組織中發現粗大及碎塊狀石墨缺陷。依靠貴重金屬Ni 來提高鑄件材質的強度及延伸率，增加了生產成本。

3 工藝改進及生產驗證

3.1 工藝改進

采用大平板朝上的側邊澆冒口工藝，并加設發熱保溫冒口，提高了鑄件的補縮壓力及補縮能力；將原側邊澆冒口的補縮冒口頸改在2 個熱節之間，方便澆冒口直接補縮熱節。取消外冷鐵，防止縮松偏移。

采用半封閉式澆注系統，澆道截面比為F直：F橫：F內=1:1.2:1.0，直澆道截面尺寸為?60mm，側邊內澆道，截面尺寸為35/45×45mm。在鑄件大平板的頂面設置?80×110mm 發熱保溫冒口2 個，設置出氣針及出氣片8 個。具體工藝方案如圖3所示。

優化球墨鑄鐵熔煉工藝[2]及成分配料，采用硅固溶強化鐵素體球墨鑄鐵原理，取消貴重金屬Ni，采用低碳中硅無合金成分及純凈廢鋼、高純生鐵配料，快速熔煉，鐵液熔煉時間≤60min。

改進后原鐵液化學成分ω（C）：2.8%～3.0%，ω（Si）：3.1%～3.2%，ω（Mn）≤0.3%，ω（Cr）≤0.1%，ω（Cu）≤0.1%，ω（P）≤0.06%，ω（S）≤0.025%。

圖3 懸臂鑄件改進工藝

爐料配比600kg，其中打包廢鋼70%，龍鳳山生鐵30%。

球化處理采用包內凹坑沖入法。球化劑選用東豐無稀土硅鐵鎂球化劑，加入量1.4%。預處理劑采用0.8%～0.1%的碳化硅。孕育方式采用東豐低BaSi 高效孕育劑覆蓋一次孕育，孕育劑加入量為0.4%，及高硅鋇二次轉包孕育，孕育劑加入量為0.4%，澆注時隨流0.3～0.8mm 的特種含鉍孕育劑，加入量為0.1%。

適當降低出爐溫度及澆注溫度，鐵液的出爐溫度為1480±10℃，鑄件的澆注溫度控制在1350～1380℃，澆注時間≤8min。

3.2 生產驗證

采用大平板朝上的側邊澆冒口工藝，提高了鑄件的補縮壓力及補縮能力，防止鑄件熱節縮松缺陷。

應用無稀土球化劑及特種含鉍孕育劑，強化了孕育效果，嚴格控制澆注溫度，提高了材質的強度及延伸率，徹底消除了材質金相碎塊狀石墨及反應層缺陷。

生產結果表明：懸臂鑄件解剖無縮松缺陷及X-ray 檢測達到一級，材質力學性能及金相組織完全符合客戶技術要求。

鑄件的化學成分ω（C）：2.85%，ω（Si）：4.2%，ω（Mn）：0.25%，ω（Cr）：0.06%，ω（Cu）：0.05%，ω（Mg）：0.42%，ω（P）：0.05%，ω（S）≤0.015%。

其力學性能：抗拉強度595MPa，屈服強度455MPa，延伸率10%，硬度202HB。

基體組織：珠光體3%，碳化物≤1%，反應層≤0.25mm。石墨類型：球狀。石墨大小：6 級，球化率≥85%。

4 結論

（1）對球鐵懸臂造型工藝進行改進：將原大平板朝下工藝改朝上工藝澆注，并加設發熱保溫冒口，提高了鑄件的補縮壓力及補縮能力；將原側邊澆冒口的補縮冒口頸改在2 個熱節之間，方便澆冒口直接補縮熱節，成功地生產出合格鑄件，大大提高了鑄件綜合成品率，降低了生產成本。鑄件工藝出品率達75%，鑄件合格率達97%以上，取得了很好的經濟效益。

（2）對球鐵懸臂熔煉工藝及配料進行改進：優化球墨鑄鐵熔煉工藝及成分配料，采用低碳中硅無合金成分及純凈廢鋼、高純生鐵配料，快速熔煉，應用無稀土球化劑及特種含鉍孕育劑，強化了孕育效果，嚴格控制澆注溫度，提高了材質的強度及延伸率，徹底消除了材質金相碎塊狀石墨及反應層缺陷降低了生產成本，取得了很好的經濟效益。