石墨冷铁的应用研究

王利民，马斌悍，惠国栋，邵亮峰

(宁夏共享能源有限公司， 宁夏 银川 750021)

石墨冷铁的应用研究

王利民，马斌悍，惠国栋，邵亮峰

(宁夏共享能源有限公司， 宁夏 银川 750021)

石墨冷铁具有密度小，导热性能高，蓄热能力强，可多次使用等优势得到了快速发展，越来越多的铸造企业正在推广以石墨作为激冷材料的铸造新工艺。

石墨冷铁；激冷；铸造

1 引言

铸件在冷却凝固过程中，最后凝固的部位容易出现缩松、表面硬度偏高等缺陷，严重影响铸件质量。在铸造工艺中常采用冷铁与冒口配合使用对铸件进行补缩，使铸件定向凝固，扩大冒口缩距的范围；防止铸件产生缩孔和裂纹；使铸件与铸件壁的同时凝固，提高凝固速度；降低铸件表面硬度，提高其耐磨性能等。

冷铁按材质可分为钢质冷铁、铸铁冷铁、石墨冷铁等。铸铁冷铁应用范围最为广泛，石墨冷铁以密度小，导热性能高，蓄热能力强，可多次使用的优势得到了快速发展，越来越多的铸造厂家推广这种以石墨作激冷材料代替金属材料的铸造新工艺。

1 石墨冷铁与铸铁冷铁的对比

铸铁冷铁作为激冷材料配合冒口提高铸件的质量，这在铸造工艺中应用很广泛，应用时间也较长。近些年来，随着铸造工艺的发展和顾客对铸件的质量标准要求也越来越高，石墨冷铁得到应用并逐渐被认可、推广。石墨冷铁与铸铁冷铁对比，其性能各有优缺点。

石墨冷铁与铸铁冷铁物理性能对比，其本质是石墨与金属铁的物理性能对比，详见表1[1]。

由表1可知，石墨冷铁的密度只有铸铁冷铁的1/4，而其导热和储热能力却是铸铁冷铁的3～4倍，熔点远远高于铁的熔点，受热膨胀也较小，使得两者在造型、造芯过程，激冷(铸件冷却)的过程，激冷(铸件冷却)的结果等方面有不同的表现。 石墨冷铁与铸铁冷铁的使用效果对比，详见表2[2-3]。

表1 铸铁冷铁与石墨冷铁物理性能对比

表2 铸铁冷铁与石墨冷铁的使用性能对比

以Jenbacher型620机架为例，铸件轴承部位、中部缸孔面和下模样缸孔面均采用石墨冷铁，实践证明石墨冷铁的使用效果优于铸铁冷铁。用石墨冷铁的铸件表面光滑，清砂容易，缺陷少、无粘砂现象。两种铸件经硬度计检测，前者硬度低于后者，检测数据对比见表3。

表3 使用不同冷铁铸件的本体硬度检测数据对比

石墨冷铁的使用效果优于铸铁冷铁，得到了快速发展，越来越多的铸造企业推广以石墨作为激冷材料代替金属材料的铸造新工艺，铸件使用单位也慢慢接受、要求这种铸造工艺。

2 存在的问题

石墨冷铁有诸多的优点，随着石墨冷铁的大量使用，过程中也暴露出一些问题。

2.1 循环使用次数少

铸铁冷铁进价为4500元/t，石墨冷铁进价为15000～20000元/t，所以同样规格尺寸的石墨冷铁采购成本是铸铁冷铁的80%～100%，这意味着那种冷铁的使用次数多，其成本低。一般的铸铁冷铁能使用3～5次，石墨冷铁能使用1～10次，部分铸造企业反馈石墨冷铁只能使用一次，而有些铸造企业反馈能使用10多次，甚至20次，只要工作面不严重脱碳即可再次使用。

一般的情况下，造型、造芯完毕后合型浇注，待铸型冷却到一定温度后，通过落砂机将铸型破碎，所以可以使铸件、冷铁从砂型中分离出来。铸铁冷铁为金属材质不易损坏，石墨冷铁经过落砂机破碎铸型后，边角易损伤，导致大多数石墨冷铁只能用一次。严格的现场管理、优化的铸造工艺和良好的操作方式才能保证石墨冷铁循环多次使用。

2.2 随形石墨冷铁制作难度大

铸造工艺中除了通用的冷铁，也需要随形冷铁。铸铁冷铁的生产过程就是一个简单的铸造过程，即造型、浇注等过程，所以无论是通用铸铁冷铁或是随形铸铁冷铁，两者的生产过程是一样的，即两者的成本是相同的。石墨冷铁不同于铸铁冷铁，随形石墨冷铁因外形复杂制作难度大，必须用数控机床或车床等机床与人工结合加工，数控机床成本高，车床等机床与人工结合效率低，所以随形石墨冷铁的生产成本远远大于通用石墨冷和铸铁冷铁，制约着随形石墨冷铁的应用。

3 展望

石墨冷铁对于改善铸件质量有着显著的效果，其诸多的优势使其得到快速发展，基于此，对其发展做出展望。

石墨在工业上的运用以人造石墨为主，也就是特种石墨。按其成型方式可分为等静压石墨、模压石墨和挤压石墨，挤压石墨多为电机材料，现在市场所用的石墨冷铁大都以这种挤压石墨作为原料。石墨冷铁主要关注导热、储热和强度三个参数指标，而石墨电极主要关注灰分、比电阻和强度，石墨电极并非专门作为生产石墨冷铁的原料，目前市场上也没有专门用于制作石墨冷铁的高性价比原料。研究适合作为石墨冷铁的高性价比原料，是未来石墨冷铁广泛使用需要解决的问题。

目前市场所用的石墨冷铁以挤压石墨为原料通过铣床、车床等机床加工成所要求规格的石墨冷铁，这种加工方式的优点是石墨冷铁表面光滑平整，有益于铸件热量的均匀导出，缺点是原料价格高，加工效率低，使得石墨冷铁，特别是随形石墨冷铁的成本过高。以价格较低的石墨粉为原料，通过3D打印技术打印，或成型机直接压制成型，是石墨冷铁发展的一个方向。

[1] 曲家库．石墨冷铁在机床铸件上的应用[J]．铸造，1992(5)：43-44．

[2] 王树恒．石墨冷铁在重型铸件导轨上的应用[J]．机械工人，1985(5)：3-5．

[3] 臧金平，杜春波，卢 倩，等．石墨冷铁在大断面球墨铸铁件上的应用[J]．铸造，2009，58(4)：400-401．

(本文文献格式：王利民，马斌悍，惠国栋，等.石墨冷铁的应用研究[J].山东化工，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