大断面球墨铸铁的无冒口铸造

赵胜洲，张春玲，马力光

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江齐齐哈尔市 161005）

大断面球墨铸铁的无冒口铸造

赵胜洲，张春玲，马力光

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江齐齐哈尔市 161005）

采用冷铁强制冷却、快速充型、增强自补缩效果的无冒口浇注系统及冲天炉熔炼等，成功地批量生产出合格的高强度厚大断面球墨铸铁卡盘铸件。

球墨铸铁；卡盘；无冒口铸造

高强度球墨铸铁卡盘是我公司自主研发的新型产品。卡盘直径1600mm，承载80t，材质为QT600-3。由于它是承载回转体，要求具有高强度动载荷和静承载能力，不允许有气孔、砂眼、缩孔、缩松、裂纹缺陷，要求进行超声波无损探伤检验。而缩孔缩松正是厚大断面球墨铸铁件极易出现的缺陷，因此在铸造工艺设计时更需要特别考虑。

1 铸造工艺设计

1.1 方案确定

卡盘的最大壁厚470mm，毛重7700kg，总重9700kg，铸件模数M=V/S=107cm。根据铸件特点，采用了放置石墨冷铁的强制冷却工艺方案，根据厚大球墨铸铁件在凝固过程中石墨化膨胀可有效自补缩的特点，采用无冒口铸造工艺方案[1]。铸造工艺简图见图1。

同时凝固是实现球墨铸铁无冒口铸造的前提。如图1所示，工作面朝下布置，内浇道从下面引入。为保证同时凝固，在工作台面上放置1＃160mm× 150mm×150mm的石墨冷铁，卡紧体中放置6＃、7＃、8＃石墨冷铁，外圆面放置5＃石墨冷铁、上箱面放置2＃、3＃石墨冷铁，其中在3＃石墨冷铁外边均布放置10个30mm×60mm×600mm的出气冒口。因为石墨冷铁具有较大的蓄热系数，使得卡盘体表面加速冷却，促进铸件的同时凝固，实现自补缩，为球墨铸铁的无冒口铸造提供保证。

图1 铸造工艺图

1.2 主要工艺参数[2]

铸件收缩率定为1%，分型负数为－2mm，机械加工余量内孔+15mm，砂芯间隙为1mm，所有铸造圆角R15mm。

1.3 造型方法及工装

采用呋喃树脂砂造型、制芯，树脂砂24h强度不小于1.1MPa。砂芯尺寸如图1。在制芯时放置专用冷铁4＃，中间扎出气道，保证芯砂出气通畅。涂料为锆英粉醇基快干涂料。因球墨铸铁无冒口铸造工艺对铸型的刚性要求非常高，所以采用高强度满箱带的铸铁砂箱。

1.4 强制冷却工艺[5]

为达到或接近均衡凝固,采用放置石墨冷铁的强制冷却工艺，平衡壁厚差，消除因壁厚不均带来的不良热节效应,既可防止厚大心部产生缩孔缩松缺陷,又可使石墨化膨胀提前发生，增强自补缩作用。共8种专用冷铁。每件铸件用1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#冷铁的数量分别为76块、18块、18块、5块、24块、4块、4块、8块，冷铁专用把吊40个。使用冷铁前要将冷铁表面清理干净并烘干,可重复使用4到5次。

1.5 浇注系统的设计[1]

针对铸件特点，采用大孔出流理论，封闭式浇注系统，内浇道从底部注入。依经验选择直浇道ø90mm陶瓷管2个，R962mm环形横浇道一个，内浇道设置8道ø40mm陶瓷管且各间距为45°，浇注重量为9700kg。

在铸件顶部设置10个30mm×60mm高600mm直型明出气冒口。浇口杯容量为75kg，设有阻渣闸板、浇口塞及瞬时孕育漏斗。

2 熔炼及浇注工艺[4]

使用20t中频电炉熔炼铁液，15t球墨铸铁专用堤坝包进行球化处理，配有撒布浪斯NSP-6000炉前快速成分分析仪、NSP-305MTX快速测温仪和OCSXS（F3）无线传输电子吊秤。

材料如下：

生铁：本溪Q10生铁，加入量80%；

废钢：优质碳素钢，厚度大于5mm，加入量20%；

球化剂：RE3Mg8稀土镁硅铁球化剂，粒度20～30mm，加入量1.8%；

孕育剂：75SiFe，粒度5～8mm，加入量0.6～1.0%，视炉前分析而定，加入方式分包内、出铁、瞬时孕育3种；

脱硫剂：工业纯碱Na2CO3，用于包内脱硫，视生铁含S量而定；

增碳剂：类石墨，粒度20～30mm，加入量视生铁成分而定。如果原铁液含碳量低，可进行二次增碳；

电解紫铜板：纯度99.5%以上，块度10～20mm，加入量0.6%；

锰铁：FeMn65锰铁，加入量视炉前分析而定。

过热精炼温度1510℃，脱硫处理温度1420℃，球化处理温度1450℃。球化处理后扒净渣静置2～4min。开始浇注后打开瞬时孕育漏斗进行定量孕育，待浇口杯充满时拔开浇口塞，开始快速充型，在规定时间内充满，浇注温度为1330±10℃。

目标化学成分、力学性能及实测结果见表1、表2和表3。

表1 化学成分（质量分数，%）

表2 力学性能

表3 金相组织

3 结语

铸件的检验结果表明整套工艺方案是合理的，化学成分、力学性能和金相组织都达到了要求，经超声波无损探伤检验，内部组织致密无缺陷。截止目前共生产5件，合格率达100%。铸件品质达到同类产品较高水平，为公司生产球墨铸铁件积累了宝贵的实践经验。

[1]王文清，李魁盛.铸造工艺学[M].北京:机械工业出版社，1998.

[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册[M].第2版.北京:机械工业出版社，2007.

[3] 卡赛.清球墨铸铁浇口和冒口[M].白天申译.北京:清华大学出版社，1983.

[4]陆文华.铸铁及其熔炼[M].北京:机械工业出版社，1988.

[5] 李小鹃，时胜利，等.大断面球墨铸铁件的质量控制措施[J].铸造技术，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

赵胜洲（1981-），男，助理工程师，主要从事铸造工艺设计