铸件振动浇注试验研究

湖南紫荆铸业有限公司 （益阳 413414） 向龙生 黎凡七

用振动浇注来改变金属的结晶条件，以提高金属基体的质量、力学性能的方法，国外早已成功应用在钢锭的生产中，国内外不少专家和铸造工作者，也曾在不同的铸型上做了一些试验，取得了一定经验，但由于各种原因，如铸型的可靠度、振动浇注的设备、工装，以及对振动浇注技术的工艺参数的选择等，存在诸多技术问题，因而振动浇注真正应用于生产中的实例太少。

ZG25MnCrNiMo是铁路机车配件的定型材料，根据不同的热处理方法得到不同性能的钢种：正火＋回火（C级钢）、淬火＋回火（E级钢）。但ZG25MnCrNiMo材料有着共同的裂纹倾向。

振动浇注提高铸件力学性能的原因在于，振动使合金的晶粒得到明显的细化。由细晶强化理论可知，晶粒越细，晶界面积越大，晶界对晶内位错的阻碍作用越大，因此迫使晶粒发生变形所需的外力也就越大，即合金的强度就越高。

试验目的：去除金属液内的气体；细化晶粒；通过振动浇注减少ZG25MnCrNiMo材料裂纹倾向，提高铸件的致密度、力学性能和金相级别。

1.试验条件

（1）浇注方法 同炉材料用不同方法，即振动浇注、非振动浇注。

（2）振动浇注设备 采用双激振器同步锁相装置，其激振力输出为垂直方向（单维），运转时相位差极小，甚至为零（不产生任何分力）。振动时非常符合金属液周期性的压缩和拉伸，对金属液的除气、结晶、生核率，晶粒细化与杂质的破碎，以及熔液黏度的降低和补缩起到极为有利的作用。该装置的振动频率可在0～200Hz范围内调节，振动频次为7000～10 000次/min。

ZG25MnCrNiM材料化学成分见表1。

表1 ZG25MnCrNiM材料化学成分（质量分数） （%）

2.试验过程

将试验所用水玻璃砂的铸型、覆膜砂型、试棒砂型码放在一个金属平面工作台上，通过连接在工作平台上的双激振器同步锁相装置，使工作平台及铸型产生所需要的振动频率和振幅。浇注前将振动频次控制在5000次/min左右，浇注时再将振动频次提升至10 000次/min。浇注结束后5min将振动频次稍降，并保持到钢液初步凝固之后再停止振动。

3.试验结果与讨论

（1）浇注试样状态 见表2。

表2 浇注试样状态

（2）振动浇注对浇冒口补缩能力的影响 由图1、图2对比显示，振动浇注的冒口剖面明显缩下去，而未振动浇注的冒口没有缩下去，证明通过振动可使组织致密。

（3）金相对比 见表3。

通过振动浇注的基尔试棒1001－1E调质组织6级（见图3），非振动浇注1001－E调质组织7级（见图4），两者相差一级 。

（4）力学性能对比 见表4。

表3 金相对比

表4 力学性能

4.结语

用双激振器同步锁相装置控制振动频率和振幅，振动浇注时，使水玻璃砂铸型、覆膜砂铸型振动频次控制在7000～10 000次/min，即＞100Hz。在这个频率范围内铸型既不垮砂，又能改善铸件结晶组织及力学性能，明显减少了ZG25MnCrNiMo材料铸件的裂纹。

通过振动浇注ZG25MnCrNiMo材料铸件的基尔试棒1001－1E调质组织6级，明显高于1001－E调质组织7级。

通过振动浇注，明显提高ZG25MnCrNiMo材料铸件的力学性能。

目前，我公司多种铸钢件均采用振动浇注，取得了较好的经济效益。

（20120926）