铸造工艺改进（共12篇）
铸造工艺改进 篇1
以往的铸件生产建设是以经验为基础,结合相关的铸造工艺,先进行试浇铸,明确浇铸中是否存在不足,如果存在不足需要进一步优化工艺方案,直到铸件达到合格标准。传统的圆筒型球铁件设计是以顺序凝固原则为依据,通过阶梯式的侥注系统进行立浇,但是这种浇铸通常会出现冒口与铸件连接位置存在着比较严重的缩孔问题,虽然后来改进了冒口的使用,但是也有很大的浪费。
一、圆筒型球铁件原有工艺中的不足
原有的立浇工艺方法主要讲大冒口设置在铸件的顶部,从下到上进行顺序凝固,这种方法之所以会出现冒口根部的缩孔问题,主要是冒口体和铸件的直接接触过程中,其中产生的热节要比铸件原有的热节大很多,使得冒口承担着更大的补缩负担。[1]而且对冒口根部进行高温铁水浇注,与冒口补缩铸件之间形成了流通,导致冒口颈部的铁水问题增高,铸件和冒口颈部接触的铁水不会在极短时间中凝固,结果就会造成缩孔缺陷。
二、设计浇注系统
(一)浇注系统型的决定方法
浇注系统有压力和逆向阻流两种方式,在内浇道设置压力式的阻流截面,浇注系统的比例为4:8:3。直浇道窝和横浇道间设置逆向阻流式,其系统比例一般为3:1:3:2。[2]
内浇道分为阶梯式、顶注式以及底注式等之分,一般情况下,使用压力型的底注式能够获得好的效果。浇注系统是有一定的要求标准的。铁液在流动时需要保证其足够的流畅以及平稳,不会出现紊流的情况。而且铁液流动过程中不会进入到大量的空气等,因此铸型中的气体和铸型产生的气体都能够顺利的排出去。同时能够将熔渣等杂物进行有效的收集,不会对铸型的各部位造成严重的冲击,能够在较短的时间内将型腔充满,而且铸件和冒口的温度是比较适当的。由于浇注的工艺水平是存在一定差异的,但是这种方法也能够使型腔被充满。对于铸件散落的一些砂杂质也能够及时清理,实现回收利用,促进铸造工艺质量水平的提升。
(二)科学设计浇注系统
要对浇注系统进行设计,首先需要做的就是通过浇注的质量和速度得出浇注的时间,然后明确内部浇道的截面积,计算出横、直浇道的浇道截面积比。内浇道的厚度一般在0.3cm,计算出内浇道的宽度,一般宽度不超过0.3cm,并根据实际情况明确内浇道的数量。
在选择内浇道的位置时也需要注意一定的问题,通常情况下内浇道的位置在侧冒口上,也可以在铸件的薄壁处设置内浇道,防止冲击型壁,存有一定的距离。在明确内浇道的尺寸大小后,了解到浇注系统的比例是4:8:3,进而能够计算出直浇道和横浇道的尺寸大小。
横浇道的宽与高之比一般是1:1.5-2。为了避免浇注过程中直浇道中有空气进入,一般将直浇道上下部的面积比控制在2:1。[3]保证直浇道窝的直径是直浇道的2.5倍左右,深度与直浇道的直径基本一致。
尽管使用这种浇注系统的形状和大小,但是由于工艺的出品率等问题,也不会只局限于这种形状和大小,但是一定要做到的就是直浇道和横浇道的截面积要大于内浇道的截面积,并且尽量使用曲率比较大的横浇道。
三、设计冒口
(一)冒口的类型和原理
首先是比较普通的冒口,这种一直以来都是用的冒口种类。从薄壁处开始凝固铸件,然后向厚壁部位发展,最终凝固的位置设置合适的冒口。通过这种方法,铁液凝固的补给是按照冒口、厚壁部、薄壁部推进的。铁液逆流向冒口,然后与一同进行的液体进行收缩抵消,出现二次收缩时,还需要利用重力进行补偿,铁液的收缩补偿需要冒口进行承担,但是这种工艺的出品合格率并不高。使用这种冒口需要注意以下问题:保证冒口铁液有着较高的温度,将冒口设置在最后凝固的位置,并且可以使用冷铁对铸件的冷却速度进行调节,浇注时需要保证高温,设置圆筒型的冒口形状。
(二)石墨化膨胀冒口
使用普通类型的冒口,对于铸件冷却凝固的顺序而言,需要依据铸件自身、冒口颈以及冒口凝固的顺序进行,使用这种方法是不能在铸件体积变大时将压力返回到冒口侧部。冒口是铸件体积增大,内部压力也在铸件内部,2次收缩在凝固区域内发挥收缩效果。
使用这种工艺在薄壁件液体收缩时,在膨胀作用下会出现逆流,冒口的颈部先凝固起来。厚壁铸件,石墨化的膨胀压力比较大,一般在逆流中期就实现冒口颈部的凝固。利用这种冒口也需要注意一定的问题,在利用薄内浇道时,需要在铸件凝固前先凝固,并且采用暗冒口,通过有效的措施对冒口顶部的凝固时间进行延缓,高温铁液进行浇注。
(三)无冒口工艺
如果遇到比较独特的情况,有时即使没有冒口也能够得到合格的铸件,如果薄壁件的壁厚比较均匀,使用比较大的浇注系统收缩凝固铁液时,可以使用浇口杯,通过直浇道进行铁液的补给。在铸件的大部分进行凝固时得到比较完全的铸件。
如果铸件壁部比较厚,一般浇注的温度是1300℃左右,浇注完毕后会呈现出粥状的凝固,科学使用石墨化膨胀,得到完好的铸件。但是无论如何,需要保证铸型的坚固,这是前提和基础,有效控制铁液的CE值,同时控制不利于石墨化的相关元素。
四、结语
总而言之,圆筒型的球铁件铸造需要有较高的合格率,不仅需要良好的工艺设计和措施,还需要有效的工艺参数,在此过程中需要铸造的相关人员对此问题进行有效的研究和分析,改进圆筒型球铁件铸造的相关工艺,避免出现资源浪费等不利的情况,使得圆筒型的球铁件成品合格率得到显著的提升。
参考文献
[1]吴攀龙.大型球铁件的铸造工艺改进研究[J].中国高新技术企业,2013,16:11-12.
[2]李润生.大型球铁件的铸造工艺设计[J].现代铸铁,2011,06:48-53.
[3]崔亚迪,胡智涛.剖析环冷机球墨铸铁件铸造工艺[J].中国新技术新产品,2015,18:107.
铸造工艺改进 篇2
特种铸造：铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和实型铸造等。
特点：特种铸造具有铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好、原材料消耗低、工作环境好等优点。但铸件的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。
一、熔模铸造(失蜡铸造)
(一)熔模铸造的工艺过程
1.制造蜡模蜡模材料常用50%石蜡和50%硬脂酸配制而成。如图1-34a所示。为提高生产率，常把数个蜡模熔焊在蜡棒上，成为蜡模组，如图1-34b所示。
2.制造型壳在蜡模组表面浸挂一层以水玻璃和石英粉配制的涂料，然后在上面撒一层较细的硅砂，并放入固化剂(如氯化铵水溶液等)中硬化。使蜡模组外面形成由多层耐火材料组成的坚硬型壳(一般为4~10层)，型壳的总厚度为5~7mm，如图1-34c所示。
3.熔化蜡模(脱蜡)通常将带有蜡模组的型壳放在80~90℃的热水中，使蜡料熔化后从浇注系统中流出。
4.型壳的`焙烧把脱蜡后的型壳放入加热炉中，加热到800~950℃，保温0.5~2h，烧去型壳内的残蜡和水分，并使型壳强度进一步提高。
5.浇注将型壳从焙烧炉中取出后，周围堆放干砂，加固型壳，然后趁热(600~700℃)浇入合金液，并凝固冷却。
6.脱壳和清理用人工或机械方法去掉型壳、切除浇冒口，清理后即得铸件。 熔模铸造的工艺过程
(二)熔摸铸造铸件的结构工艺性
熔摸铸造铸件的结构，除应满足一般铸造工艺的要求外，还具有其特殊性：
1.铸孔不能太小和太深否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内，只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯，工艺复杂，清理困难。一般铸孔应大于2mm.。
2.铸件壁厚不可太薄一般为2~8mm。
3.铸件的壁厚应尽量均匀熔摸铸造工艺一般不用冷铁，少用冒口，多用直浇口直接补缩，故不能有分散的热节。
(三)熔模铸造的特点和应用
熔模铸造的特点是：
(1)铸件精度高、表面质量好，是少、无切削加工工艺的重要方法之一，其尺寸精度可达IT11~IT14，表面粗糙度为Ra12.5~1.6μm。如熔模铸造的涡轮发动机叶片，铸件精度已达到无加工余量的要求。
(2)可制造形状复杂铸件，其最小壁厚可达0.3mm，最小铸出孔径为0.5mm。对由几个零件组合成的复杂部件，可用熔模铸造一次铸出。
(3)铸造合金种类不受限制，用于高熔点和难切削合金，更具显著的优越性。
(4)生产批量基本不受限制，既可成批、大批量生产，又可单件、小批量生产。 缺点：工序繁杂，生产周期长，原辅材料费用比砂型铸造高，生产成本较高，铸件不宜太大、太长，一般限于25kg以下。
产品：生产汽轮机及燃气轮机的叶片，泵的叶轮，切削刀具，以及飞机、汽车、拖拉机、风动工具和机床上的小型零件。
二、金属型铸造
金属型铸造：将液体金属在重力作用下浇入金属铸型，以获得铸件的一种方法。
铸型用金属制成，可以反复使用几百次到几千次。
1、金属型的结构与材料
根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式三种结构，其中垂直分型式金属型开设浇注系统和取出铸件比较方便，易实现机械化，应用较广，垂直分型式金属型
原创图1-36所示为铸造铝合金活塞用的垂直分型式金属型，它由两个半型组成。上面的大金属芯由三部分组成，便于从铸件中取出。当铸件冷却后，首先取出中间的楔片及两个小金属芯，然后将两个半金属芯沿水平方向向中心靠拢，再向上拔出。
树脂砂型工艺艺术铸造缺陷分析 篇3
摘 要：对目前艺术铸造铜合金大型件树脂砂型工艺在生产过程中产生的铸造缺陷进行简单分析，提出解决工艺方案。
关键词：树脂砂型铸造工艺；铜合金；艺术铸造；铸造缺陷
熔模铸造、砂型铸造、石膏型铸造是目前艺术铸造行业应用最广泛的铸造工艺。具体到大型件生产中，树脂砂型铸造工艺被广泛应用 。现仅就铜及铜合金树脂砂型工艺大型艺术铸造过程中产生的主要铸造缺陷做以简单分析，并提出实用的解决工艺方案。
铜及铜合金大型艺术铸造树脂砂型工艺铸造大型件，一般采用分段分块造型铸造，砂箱造型或钢管焊架造型，铜合金配方大都选用铸造性能优良的美国C90300锡青铜配方（锡7.5-9.0%，锌3.5-5.0%，铜86.0-89.0%）。铸造过程中产生的主要铸造缺陷包括：胀箱、夹渣、缩松、浇不足等。现结合具体的生产实践分析铸造缺陷产生的原因及其如何防止或减少。
在具体的生产中我们使用的是呋喃树脂，型砂是产自河北的擦洗砂。
1 胀箱
1.1 胀箱的特征
铸件整体增厚或者局部增厚，造成铸件薄厚不均匀，影响整体力学性能，同时消耗了铜合金加大了成本。情况严重时，可造成铸件报废。
1.2 产生原因
造型合型不到位；工艺孔开设不合理；加固螺丝没有拧紧；造型用的硅砂回收重复使用，粉尘含量过高，造成砂型的强度不够；砂型变形；浇注温度过高，浇注速度过快等。
1.3 解决方案
砂型合型时应四角平稳下落合箱，并检查是否到位，对变形或不合缝的型块进行调整；工艺孔的开设依据不同的形状科学开设，加固螺丝在浇注前要反复检查，一定要拧紧实；检测硅砂的含粉量，做到及时更换新砂或者在旧砂中掺入更多的新砂；浇注前严格测量铜液温度，要根据型块的大小，复杂程度，选择合理的浇注温度，保证铜液均匀平稳进入型腔。
2 夹渣、缩松
2.1 表现特征
铸件表面有非常明显的氧化层，有许多细小分散且形状不规则的小孔。这些铸造缺陷严重影响铸件的表面美观，同时严重影响焊接性能和力学性能。但是缩松只能有效控制而不能完全解决。
2.2 产生的原因
铜合金冶炼时没有搅拌打渣或者打渣不干净；熔炼过程中吸气量大；浇铸时挡渣环节没有做好，浇注温度高等等。
2.3 解决方案
铜合金液出炉前要充分搅拌，浇注前测温，二次扒渣，浇注时认真挡渣，平稳浇注。这样就会大大减少铸件夹渣和缩松，改善铸件质量。
3 浇不足
3.1 表现特征
铸件底部有浇不足；铸件中间有花块；或者两边浇不足。
3.2 产生原因
浇注温度低，浇注速度慢，砂型排气孔小产生憋气，型块小块部位破损等。
3.3 解决方案
树脂砂固化剂的加入严格遵循冬季夏季要求的配比加入，一定要保证砂型强度；合型前仔细检查砂型小块有无破损脱落，合型是否到位；浇注前进行点火引气；浇注前要把型块摆放平整或垂直；严格控制浇注温度和浇注速度等等工艺措施。
4 结论
总之，树脂砂型铸造是一种非常适合铜合金大型艺术铸件的铸造工艺，只要根据型块的不同形状，采用科学实用的工艺方法，就会有效防止或减少铸造缺陷的产生，从而获得理想的铸件。
铸造与铸造工艺技术研究 篇4
铸造是按照一定要求将金属熔炼成液体并浇进铸型里, 经凝固冷却、清整处理后, 得到预定尺寸、形状和性能的铸件的工艺过程。在现代装置制造工业中, 铸造是其中的基础工艺之一。
2 具体铸造工艺的分析介绍
2.1 关于铸造的分析介绍
按照金属液的浇注工艺, 铸造可分为重力铸造和压力铸造。其中:重力铸造是指在地球重力的作用下, 将金属液注入铸型的工艺, 也叫做浇铸;压力铸造是指在不含重力的其他外力的作用下, 将金属液注入铸型的工艺。目前, 在有色金属铸造中, 这两种铸造工艺是最常用的、相对价格最低的。
2.2 关于砂型铸造的分析介绍
所谓的砂型铸造是以砂作为主要的造型材料, 制作铸型的传统铸造工艺。一般情况下, 砂型采用重力铸造, 也可以采用低压、离心铸造等工艺, 这要根据特殊要求而定。砂型铸造有很广的适应性, 大小件、简单复杂件、单件、大批量等都可采用。以前砂型铸造多用木材制作模具, 通称木模, 它要比金属型铸造用的模具便宜得多, 在生产小批量及大件时, 其价格优势更为明显。另外, 砂型比金属型具有更高的耐火度, 因此熔点较高的材料如铜合金和黑色金属等大多采用这种工艺。但是, 砂型铸造也有其短板, 主要是每个砂质铸型被浇注一次后就损坏了, 必须进行重新造型, 所以砂型铸造的生产效率不高;另外, 由于砂软且多孔, 因而利用砂型铸造的铸件不仅表面粗糙, 而且其尺寸的精确度也不高。
2.3 关于金属型铸造的分析介绍
所谓金属型铸造是指铸造用中空铸型模具时采用耐热合金钢制作的现代工艺, 其主要包括重力铸造和压力铸造两种形式。金属型的铸型模具可以多次反复使用, 每进行一次金属液的浇注, 就能够得到一次铸件, 因此其具有很长的寿命和很高的生产效率。而且金属型的铸件不但具有很好的尺寸精度和光洁的表面, 而且相同的金属液在浇注的情况下, 要比砂型铸件的强度更高, 更不易被损坏。所以, 如果有色金属的中、小铸件需要大批量生产时, 只要不需要过高的铸件材料熔点, 金属型铸造往往被优先选用。同时, 金属型铸造也有其不尽人意的地方, 因为金属型模具的价格很高, 如果是小批量的生产, 那么每件产品上分摊模具费用就是很高的, 往往不易接受。另外, 金属型的模具受限于模具材料的尺寸、型腔加工的设备和铸造设备的能力, 对于特别大的铸件往往束手无策。因此, 对于小批量或大件的生产, 一般很少或不采用金属型铸造。
2.4 关于压铸的分析介绍
压铸是指金属型压力铸造在压铸机上进行, 这一铸造工艺目前是生产效率最高的。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机具有很高的自动化程度, 损耗的材料也很少, 与冷室压铸机相比, 其具有更高的生产效率, 但是受制于机件的耐热能力, 目前在铸件生产中只能采用低熔点的锌合金、镁合金等材料。现今铝合金压铸件广泛被使用, 但是因为其较高的熔点, 只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是在高压、高速下, 金属液充填型腔, 并在高压下凝固、成形;而且其压铸件也存在不足之处, 因为在高压、高速下, 金属液充填型腔的过程中, 难以避免在铸件内部夹裹型腔中的空气, 形成皮下气孔, 所以不宜热处理铝合金压铸件, 不宜表面喷塑锌合金压铸件, 但是可以喷漆。
2.5 关于铝锭铸造的净化技术介绍
因为铝液从电解槽被吸出后, 其中含有各种杂质, 所以在铸造之前需要对其进行净化。在工业上一般采取澄清、熔剂、气体等净化方法, 也有对其净化时尝试使用定向凝固和过滤方法。下面主要介绍熔剂净化和气体净化两种技术方法。
2.5.1 熔剂净化技术
熔剂净化技术是把熔剂加入铝液中, 从而有大量的细微液滴形成, 这些细微液滴吸附和溶解铝液中的氧化物, 进而形成新的液滴升到表面, 待到其冷却后, 把形成的浮渣清除。净化用的熔剂一般是一种盐, 它具有低熔点、小密度、很小的表面张、大活性、有很强吸附氧化渣的能力的特点。其在使用的过程中, 先铁笼里装入小块熔剂, 再把铁笼插入混合炉底部来回搅动, 等到熔剂化完后将铁笼取出, 在经过5~10分钟的静止以后, 把表面的浮渣捞出便可以浇铸了。
2.5.2 气体净化技术
气体净化所用气体主要有氯气、氮气或氯氮混合气体。
(1) 氯气净化技术。在氯化净化法中, 在铝液内通入氯气时, 会有很多异常细小的Al Cl3气泡生成, 并在铝液内充分混合。而这时溶解在铝液中的氢, 以及一些机械夹杂物就被Al Cl3气泡吸附住, 并随着Al Cl3气泡上升到铝液表面而被排出。通入氯气时还能使某些比铝更加负电性的元素氯化, 如钙、钠、镁等均因通入氯气而生成相应的氯化物, 得以分离出来, 进而达成净化的目的。
(2) 氮气净化技术。氮气净化又称为无烟连续净化, 其过滤介质是氧化铝球 (418mm) 。在铝液内直接通入N2。净化炉内被连续送入铝液, 通过氧化铝球过滤层, 经过氮气的冲洗后, 可以清除铝液中的非金属夹杂物以及溶解的氢, 进而达成净化的目标。
(3) 混合气体净化法技术。顾名思义, 混合气体净化, 就是通过氯气和氮气的混合物来实现铝液的净化, 其作用:一方面脱去氢气和分离氧化物, 另一方面把铝中某些金属杂质如镁予以清除, 常用的混合气体是90%的氮气和10%氯气, 也可以采用10%的氯气、10%的二氧化碳和80%氮气。
3 铸造行业的发展趋势概述
铸件的综合性能更好、精度更高、加工余量更少、表面更光洁, 是铸造产品发展的趋势。另外, 也要求达到节能减排的标准, 能够有效地保护自然环境, 维持生态平衡。为了与这些要求相适应, 行业将开发新的铸造合金, 同时相应的冶炼新工艺和新设备也将出现。在不断提高铸造生产的机械化、自动化程度的同时, 将更多地向柔性生产方面发展, 以使不同批量和多品种生产的适应性得以不断扩大。同时, 行业将优先发展节约能源和原材料的新技术。鉴于对环境的要求, 行业将更加重视少产生或不产生污染的新工艺和新设备。在检测每道工序的和测定无损探伤、应力方面的质量控制技术, 将实现新发展。
铸造工艺参数对铸锭质量的影响 篇5
1、冷却速度对铸锭质量的影响
冷却速度指铸锭的降温速度，又称冷却强度，用单位时间内下降的温度来表示，常用单位是℃/s。但在实际生产中，这个单位不便于控制，由于在既定条件下，各种工具和工艺条件都是预先确定的，因此生产现场多采用冷却水压或冷却水流量作为冷却速度的度量。在连续铸造过程中，铸锭内各点在同一时刻的冷却速度以及同一点在不同时刻的冷却速度都是变化的。
(1)冷却速度对铸锭组织的影响
在直接水冷半连续铸造时，随着冷却强度的增加，铸锭结晶速度提高，熔体中溶质元素来不及扩散，过冷度增加，晶核增多，因而所得晶粒细小；同时，过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高，减小了疏松倾向。此外提高冷却速度，还可细化一次晶化合物尺寸，减小区域偏析的程度。
铸模的导热条件是显著影响铸锭组织的重要因素，尤其是边缘部位的组织。图1示出了扁铸锭中枝晶网尺寸分布情况：A是铸模中金属水平高的情况；B是铸模中金属水平低的情况；C是电磁铸造的，金属不和铸模接触，完全依靠喷射到铸锭上的水流把热量带走。
图1
在不同水平铸造或电磁铸造的扁锭中的IPP分布情况
(2)冷却速度对铸锭力学性能的影响。冷却速度是决定铸锭力学性能的基本因素。通常，随冷却速度增大，铸锭的平均力学性能得到提高。冷却速度的这种作用主要是由下面两个原因引起的：一是随冷却速度增大，铸锭结晶速度提高，晶内结构细化；二是随冷却速度增大，铸锭过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高。此外，提高冷却速度，还可细化一次晶化合物的尺寸，减小区域偏析的程度。
但是，合金成分不同，冷却速度对铸锭力学性能影响的程度是不一样的，对变形铝合金而言，大致可分为四个基本的类型：第一类是在所有温度下(从室温到熔点)均呈单相的合金，如各种牌号的高纯铝、工业纯铝、5A66、7A01等。这些合金的铸态力学性能同冷却速度的关系不太强烈，冷却速度仅在能消除破坏金属连续性的缺陷(疏松、气孔)的极限速度之前有影响(见图2a)。第二类是铸态呈多相，但在固溶热处理后变成固溶体的合金，如5A12、5A13等。这种合金的铸态性能同冷却速度的关系十分明显，但在固溶热处理后这种关系变得不明显。这种合金即使在很低的冷却速度下铸造，经热处理后，亦可达到很高的力学性能（见图2b）。然而当合金中存在较多的铁、硅杂质时，由于它们能生成不溶解的化合物，又使合金对冷却速度的关系变得很敏感。第三类是铸态呈多相，但任何热处理都不能使它们变成单相的合金，这种合金中，含有的第二相是可溶的，但第二相的数量超过其溶解度极限或是同时含有可溶和不可溶的第二相的合金，绝大多数工业变形铝合金都属于这一类。这些合金的铸态力学性能同冷却速度的关系很明显，随冷却速度增大，铸锭致密度提高，在晶粒内部和晶粒边界上分布的脆性化合物相愈细小，因而性能急剧提高(见图2c)。第四类是铸态呈多相，但其中基本上只有不可溶的第二相化合物存在，如4004、4A17、4047等。这些合金铸态力学性能与冷却速度也有明显的关系，但热处理后性能基本不变（见图2d）。
a
b
c
d
铸造后热处理状态；-----------
铸造状态
图2
合金机械性能与冷却速度的关系
a-第一类合金；b-第二类合金；c-第三类合金；d-第四类合金
(3)冷却速度对铸锭裂纹倾向性的影响。随冷却速度提高，铸锭中的温度梯度增大，如铸锭内部各处不能同步收缩，则热应力值也相应提高，因此，铸锭裂纹倾向性增大。连续铸造时，沿铸锭周边冷却的不均匀程度是产生裂纹的重要因素之一。局部供水不足将导致冷却速度的差别和凝壳厚度的变化，使铸锭裂纹倾向性急剧提高。这种情况对于大小面冷却速度本来就不一致的扁铸锭表现尤为明显。
(4)冷却速度对铸锭表面质量的影响。在通常采用普通结晶器和铸造速度较慢的情况下，提高冷却速度会使铸锭表面产生冷隔的倾向性增大，而使铸锭表面产生偏析浮出物和拉裂的倾向性降低。
2、铸造速度对铸锭质量的影响
铸造速度是指铸锭相对结晶器的运动速度，常用mm／min或m／h表示。在连续铸造过程中，铸锭从结晶器中拉出的速度在正常铸造阶段是不变的，但在开头、结尾时以及在铸造过程中由于液面波动的影响，其实际铸造速度不尽一致。
(1)铸造速度对铸造组织的影响
在一定范围内，随着铸造速度的提高，铸锭晶内结构细小。但过高的铸造速度会使液穴变深(h液穴=kV铸)，过渡带尺寸变宽，结晶组织粗化，结晶时的补缩条件恶化，增大了中心疏松倾向，同时铸锭的区域偏析加剧，使合金的组织和成分不均匀性增加。
(2)铸造速度对铸锭力学性能的影响。铸造速度对铸锭力学性能的影响取决于它对铸锭结晶速度和过渡带尺寸影响的综合结果。一般的规律是：随铸造速度的提高，铸锭的平均力学性能按具有极大值的曲线变化(见图3)，但性能沿铸锭截面分布的不均匀程度增大。
结晶速度和过渡带尺寸是决定多相合金及按固溶体类型结晶的合金的力学性能的主要因素。随铸造速度提高，铸锭的平均结晶速度增大，晶内结构细化，因而铸锭的平均力学性能得到提高。在更高的铸造速度下，由于液穴变深，过渡带尺寸增加，铸锭致密度降低，因而铸锭的平均力学性能又开始下降。在提高铸造速度的同时，由于铸锭中心疏松程度增大以及化学成分区域偏析增大的结果，使性能沿铸锭截面的分布变得更不均匀。
a)直径280mm铸锭
b)5A06合金ф405铸锭
图3
铸锭的平均力学性能与铸造速度的关系
(3)铸造速度对铸锭裂纹倾向性的影响。在一般情况下，提高铸造速度时使铸锭形成冷裂纹的倾向性降低，而使形成热裂纹的倾向增加。这是因为提高铸造速度使铸锭中已凝固部分的温度提高，而合金在温度提高时塑性显著增加。如果把铸造速度提高到使铸锭凝固层的拉伸变形发生在具有足够塑性的温度区间(高于200～300℃)，则铸锭就不会发生冷裂纹。但是，随着铸造速度的提高，铸锭中过渡带尺寸增加，形成热裂纹的脆性区的几何尺寸增大，熔体焊合裂纹的能力降低，由于区域偏析而引起的铸锭化学成分的不均匀性增加。同时，随铸造速度提高，铸锭各层冷却速度差别更大，导致拉伸变形量增大，因而使铸锭形成热裂纹的倾向增大。
由于对热裂纹和冷裂纹的区分往往是不严格的，加之热裂纹对冷裂纹的形成有促进作用，因此，在分析铸造速度对铸锭裂纹倾向性的影响时，还应该特别注意各种形状铸锭中不同类型裂纹产生的机理和具体原因，其关系往往比上述规律性要复杂。
对于扁铸锭，提高铸造速度，使形成侧面裂纹的倾向性降低，而使形成表面裂纹的倾向性增加。对于圆铸锭，提高铸造速度，使形成表面裂纹的倾向性降低，而使形成中心裂纹的倾向性增加。
(4)铸造速度对铸锭表面质量的影响。随铸造速度的提高，液穴加深，凝壳变薄，铸锭表面形成偏析浮出物的倾向增大。此时，带有偏析浮出物的较薄的凝壳在熔体静压力作用下发生变形，且在运动中与结晶器壁产生摩擦的趋势增大，因而铸锭表面产生拉痕和拉裂的倾向也增大。然而，在提高铸造速度时，铸锭表面温度升高，因而，形成冷隔的倾向性降低。
铸锭的铸造速度一般应按下述原则进行调控:
在保证铸锭质量符合技术条件(包括成品率)的前提下，采用尽可能高的铸造速度以发挥铸造机的最大生产能力。
（1）对于扁铸锭，铸造速度的选择首先应当保证铸锭没有裂纹。一般的原则是：
1）对于没有冷裂纹倾向的软合金，随铸锭宽厚比增大，应降低铸造速度。
2）对于冷裂纹倾向较大的硬合金，随铸锭宽厚比增大，应提高铸造速度。
3）在铸锭厚度和宽厚比一定的条件下，热裂纹倾向性较大的合金，应降低铸造速度。
（2）对于小直径圆铸锭，由于裂纹倾向性和过渡带绝对尺寸都不大，在保证铸锭具有良好表面质量的条件下，可以选择较高的铸造速度。反之，对于大截面圆铸锭应该采用较低的铸造速度。一般的原则是：
1）对同一种合金，铸锭直径愈大，铸造速度愈低。
2）铸锭直径相同时，铸造速度按软合金（工业纯铝、3A21、5A02等）→6000系合金（6063、6061、6A02等）→高镁合金（5A05、5A06、5056等）→高成分2000系合金（2A11、2A12、2B11等）→高成分7000系合金（7075、7A04、7A09等）的次序递减。
3）对于2A11合金圆铸锭，可以按下列规律调控铸造速度：
①在对平均力学性能的关系上，当使用普通结晶器时，最适宜的铸造速度可按关系式
U铸·D=2m2/h来近似确定，式中，U铸为铸造速度，m／h；D为铸锭直径，m。下同。
②保证性能沿铸锭截面具有较均匀分布的铸造速度可按U铸·D=1.6～1.7m2/h来确定。
③不论铸锭直径大小如何，在结晶器高度为180mm时，不调整合金的化学成分，只要铸造速度比关系式U铸·D=1m2/h所确定的铸造速度稍低—点，即能避免铸锭中心层在结晶区间里出现拉应力，从而避免热裂纹的出现。
（3）对于空心圆铸锭，在合金和外径相同的条件下，铸造速度随壁厚增加而提高；在合金和内径相同的条件下，铸造速度随壁厚增加而降低。在其他条件相同时，软合金空心圆铸锭的铸造速度约比具有相同外径的实心圆铸锭的高30％，硬合金空心圆铸锭的铸造速度约比相同外径实心圆铸锭的高50%～100%。
（4）热顶铸造、气幕铸造和电磁铸造时，在其他条件相同时，分别比普通铸造的铸造速度约高10%～20%、15%～25%和20%～30%。
最后应指出：铸造速度的调控与合金化学成分关系极大。对于同一种合金，在其他工艺参数不变的条件下，调整合金化学成分，可以提高保证铸锭不产生裂纹的允许铸造速度(见表1和表2)。在生产条件下，各种合金铸锭的比较适宜的铸造速度参见本章第五节连续铸锭工艺。
表1
2A12合金圆铸锭铸造速度与合金中硅和锌含量的关系
元素含量/%
不同铸锭直径（mm）的铸造速度/m·h-1
硅
锌
160
190
280
310
360
430
540
675
720
0.10
0.06
6.8
4.7
3.3
1.8
1.3
1.1
0.20
0.12
11.8
5.3
4.3
2.8
1.9
1.1
0.30
0.20
11.8
8.2
4.0
2.8
1.9
1.3
0.35
0.20
6.8
3.0
2.4
1.6
1.1
0.50
0.30
8.6
6.0
2.6
2.0
1.4
表2
7A04合金圆铸锭铸造速度与合金中硅含量的关系
硅含量/%
不同铸锭直径（mm）的铸造速度/m·h-1
160
190
280
310
360
430
540
675
720
0.06
10.0
7.1
4.0
3.0
2.4
1.7
1.3
0.9
0.8
0.12
8.6
6.0
3.4
2.8
2.0
1.5
1.2
0.25
6.8
5.3
2.8
2.3
1.7
1.2
0.9
0.45
6.0
4.6
2.2
1.8
1.3
3、铸造温度对铸锭质量的影响?
铸造温度通常指铸造过程中静置炉内熔体的温度，由于液流转注过程中热量的散失，进入结晶器的熔体实际温度因转注路程的长短、保温或加热措施的好坏及气温的高低而不同，通常约比铸造温度低5～10℃。现在看来，铸造温度的确切含义应是进入结晶器时的熔体温度。
(1)铸造温度对铸锭组织的影响
提高铸造温度，使铸锭晶粒粗化的趋势增加；在一定范围内提高铸造温度，铸锭液穴变深，结晶前沿温度梯度变陡，结晶时冷却速度大，晶内结构细化，但同时形成柱状晶、羽毛晶的倾向增大。提高铸造温度还会使液穴中悬浮晶尺寸缩小，形成一次晶化合物的倾向变低，排气补缩条件得到改善，致密度得到提高。降低铸造温度，熔体黏度增加，补缩条件变坏，疏松、氧化膜缺陷增多。
(2)铸造温度对铸锭力学性能的影响。铸造温度是影响铸锭性能的一个很活跃的因素，它对铸锭力学性能的影响取决于下列因素的综合结果：
1）提高铸造温度，使铸锭晶粒度有粗化趋势，从而引起铸态力学性能降低；
2）提高铸造温度，使结晶前沿温度梯度变陡，结晶时的冷却速度增大，因而细化了晶内结构，引起铸态力学性能提高。但同时，铸锭形成柱状晶和羽毛晶的趋势增大，在提高铸态力学性能总水平的前提下，铸锭纵向和横向性能的差别增大；
3）提高铸造温度，使铸锭液穴中悬浮晶区的尺寸缩小，形成一次晶化合物的倾向性降低，排气补缩条件得到改善，铸锭致密度提高，从而，使铸态力学性能提高。
综上所述，可以认为：在一定范围内提高铸造温度，硬合金铸锭的铸态力学性能可相应提高(见图4)；而软合金铸锭的铸态力学性能由于对晶粒度的关系很敏感，故有下降的趋势。
图4
直径280mm2A12合金铸锭的力学性能
铸造温度:1-800℃；2-700℃；3-700℃并搅拌液穴熔体
(3)铸造温度对铸锭裂纹倾向性的影响。在其他条件不变时，提高铸造温度通常使铸锭裂纹倾向性增大。这是因为提高铸造温度，使铸锭晶粒变得粗大，使合金热脆性提高；同时，使液穴加深，并提高了结晶器出口处铸锭的表面温度，减小了凝壳厚度。
(4)铸造温度对铸锭表面质量的影响。提高铸造温度，使铸锭液穴变深，凝壳变薄，在熔体静压力作用下，凝壳与结晶器壁的摩擦面积增大；同时，熔体对结晶器壁的烧附性增强，铸锭拉锭阻力增大，因而铸锭表面形成拉痕和拉裂的倾向提高。提高铸造温度时，由于凝壳变薄和表面氧化物破裂的结果，使铸锭表面形成偏析瘤的倾向也增加。如果此时结晶器较高或者二次水冷较弱，则可能形成凸起程度较大的偏析浮出物。但提高铸造温度使铸锭表面形成冷隔的倾向性降低。
调控铸造温度的基本原则是：
（1）为保证熔体在转注过程中具有充分的流动性，应视转注距离长短和气温情况，将铸造温度控制在比合金液相线温度高50～110℃的范围内。
（2)、对于扁铸锭，从防止裂纹这个主要问题出发，应选择较低的铸造温度。通常，扁铸锭铸造速度快，熔体流量大，转注过程中降温少，一般控制在690～710℃之间即可。对于7A04型合金，则可更低一些。
（3）对于圆铸锭，铸锭裂纹倾向性和铸造温度的关系不太敏感，而转注过程中，熔体流量一般较小，热量散失大，同时，为了加强铸锭结晶时析气补缩的能力，创造顺序结晶的条件，以提高铸锭致密度，故铸造温度多偏高选取。对于直径350mm及以上的铸锭一般控制在730～740℃之间；对于形成金属间化合物一次晶倾向比较大的合金，则控制在740～755℃之间，甚至更高；对于直径较小的圆铸锭，由于结晶速度较快，过渡带尺寸较小，铸锭性能通常较高，故铸造温度仅以满足流动性和不形成光晶为依据，一般控制在715～730℃
（4）空心圆铸锭的铸造温度可参照同合金相同外径的实心圆铸锭，按下限选取。
4、结晶器有效高度对铸锭质量的影响
结晶器有效高度指铸锭从液态冷凝成型过程中与结晶器工作面开始接触点到结晶器底缘的距离。可以说，几十年来连续铸造的发展史，在某种程度上，也就是不断降低结晶器有效高度的历史。从普通结晶器到矮结晶器，再到热顶、气幕结晶器，直到电磁结晶器，结晶器有效高度一路下降，直至为零。结晶器有效高度对铸锭质量的重要性可见一斑。
(1)结晶器有效高度对铸锭组织的影响。
随着结晶器有效高度的降低，一次冷却强度下降，二次直接冷却速度加快，溶质元素来不及扩散，活性质点多，晶内结构细(见图1)。由于液穴变浅，过渡带变窄，有利于气体和非金属夹杂物的上浮，疏松倾向小，铸锭致密度提高。
(2)结晶器有效高度对铸锭力学性能的影响。
降低结晶器有效高度等于提早铸锭接受二次直接水冷的时间，使铸锭冷却强度增大，导致两个结果：一是晶内结构更细小，二是液穴更平坦，组织致密性提高，从而使铸锭平均力学性能（强度和塑性）提高（见表3）。提高结晶器有效高度，在铸锭边缘层首先发生性能降低，这显然与结晶面形状和过渡带尺寸改变有关。
表3
结晶器高度对2A50合金铸锭力学性能的影响①
铸锭直径/mm
结晶器高度/mm
铸态性能
均匀化后性能
σb
/MPa
δ/%
σb
/MPa
δ/%
横向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
横向
纵向
192
249.0
243.0
8.80
9.66
218.1
211.0
11.21
11.10
158
224.7
214.0
7.94
7.15
204.5
208.5
10.49
8.14
290
223.9
217.5
6.33
6.80
201.4
215.3
8.18
9.18
150
204.3
209.5
5.34
5.73
198.0
202.0
8.08
7.61
350
120
212.8
217.7
5.38
5.89
200.8
199.1
7.66
7.63
180
203.5
210.3
4.98
4.75
196.5
195.1
7.87
6.97
①规格相同的铸锭，矮结晶器采用的铸造速度比高结晶器的低5～10mm/min。
(3)结晶器有效高度对铸锭裂纹倾向性的影响。
这是个很复杂的问题。降低结晶器有效高度使铸锭见水时间普遍提前，在其他条件不变的情况下，对于圆铸锭而言，从增大了冷却强度的角度看，液穴底部有向结晶器内收缩的趋势；但结晶器的有效高度绝对值减小，液穴底部又有向结晶器外伸展的趋势。如果两个趋势的综合结果是前者，则使铸造开始时，铸锭表面形成拉应力的倾向性增大，因而产生表面裂纹的倾向性增大；如果是后者，则有利于消除圆铸锭的表面裂纹，但同时却增大了圆铸锭产生中心裂纹和其他类型裂纹的倾向性。经验表明，降低结晶器有效高度，使扁铸锭产生热裂纹的倾向性增加。
(4)结晶器有效高度对铸锭表面质量的影响。
降低结晶器有效高度等于降低铸锭一次冷却强度，使由结晶器壁单独冷却形成的凝壳缩短，从而使铸锭形成拉痕和拉裂的倾向性降低；又由于液穴变得更为平坦，铸锭表面形成偏析浮出物的倾向性也降低。但是，结晶器有效高度的降低使铸锭冷却强度增加，这样在其他条件相同时，铸锭形成冷隔（成层）的倾向性增大。热顶铸造和气幕铸造时通过在结晶器上加热帽解决这个问题，普通铸造时，可通过提高铸造速度或铸造温度来解决，还可通过精确控制液面来解决。
在实际生产条件下，铸造工具基本上都是确定的，在现场除采用普通结晶器进行立式铸造时可通过液面控制器对结晶器有效高度做有限的调节外，在其他情况下，比如卧式铸造、热顶铸造等都是不可调的（除非更换结晶器）。可以认为，结晶器高度是与铸造方法同时确定的。当然，通过调整铸锭见水线位置也可调整水冷高度，但与结晶器有效高度的定义不符。
5、显著影响铸锭铸锭质量的另一因素是结晶过程中结晶前沿熔体的运动。
图5给出了园铸锭的枝晶网格尺寸的分布情况，比较了垂直液流、水平液流、倾斜液流(通过流口下面不同宽度的浮子使液流倾斜某一角度)三种分布情况。液流流射的区域对应于网格尺寸的最小值，液流流射不到的“死区”显示最大的网格尺寸。正确使用液流倾斜度，可得到比较均匀的显微组织，作为优质的挤压毛料。
图5
在以垂直喷咀、倾斜液流和水平液流铸造的园铸锭中的枝晶网格尺寸的分布情况
上述现象可以用图6来解释，液流出口处降低了熔体的过热(应为冷)？，使固相线的温度梯度变徒，因而使过渡区变薄。这里不容忽视的是晶核(悬浮晶体)向“死区”的迁移。在计算热平衡时，必须考虑这种作为潜热转移的晶核迁移。其结果是被液流冲刷区的固相表面失去了热量，既包括金属的凝固热，也包括晶核迁移的潜热。在“死区”，迁入的悬浮晶体作为晶核进入结晶前沿，把少量的结晶热释放出来。
根据观察结果，DAS和IPP的极小值可归因于晶核群的迁移，此时进入结晶前沿的熔体没有过热。
图6
液流流入结晶前沿对结晶顺序和导热条件的影响
6、铸锭规格对铸锭质量的影响(铸锭规格是指铸锭横断面的几何尺寸和铸锭长度)
铸锭规格是根据加工车间的要求，并考虑到合金本身的铸造性能、熔铸设备的能力，以及为了便于管理和提高铸造生产效率，对铸锭规格标准化提出的要求，由加工车间和铸造车间具体磋商而确定的。
在—般条件下，铸锭愈厚或直径愈大，铸锭中心愈易产生疏松，铸态性能愈差，产生裂纹的倾向性愈大。对于扁铸锭，裂纹倾向性还随宽厚比增大而提高。因此，在确定铸锭横断面尺寸时，除了考虑铸造机的性能外，还必须考虑能否铸成，铸出的铸锭性能(包括化学成分的反偏析程度)能否满足技术要求以及铸造成品率的高低和对全厂成品率的影响等因素。
铸锭规格对枝晶网格大小的分布情况影响很大(见图7)，它关系到热量从铸锭中心向表面传导所经过的距离。另一方面，所选定的铸造速度(或牵拉速度)一定要和铸锭规格相适应。
图7
不同厚度连续铸造铸锭的(IPP)分置情况(沿过中点垂直于铸锭表面的直线测量)
铸造工艺改进 篇6
【关键词】铸造；工艺；缺陷；措施
1、气孔
1.1特征描述：在铸件内部和铸件表面上经常看到一些大小不等的光滑孔洞，这些就是气孔，不同的气孔，由于其成因和来源的不同，因此导致了表现形式有各种各样。如常见的侵入性气孔、析出性气孔以及皮下气孔等
1.2出现气孔的原因分析：出现气孔的原因有很多，例如炉料不干或含氧化物、杂质多；浇注工具或炉前添加剂未烘干；型砂含水过多或起模和修型时刷水过多；型芯烘干不充分或型芯通气孔被堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快等。
1.3质量控制措施：针对侵入性气孔尽快控制型砂或芯砂中发气物质的含量，减少发气量，而且要降低湿型砂的含水量，造型与修模时不能过多的和水，保证砂芯的干燥；析出性气孔多而分散，一般情况下，对于同批浇注的铸件其表面常常会发现有析出性气孔。铸造炉料要保证洁净干燥，对于含气量较多的炉料严禁使用，同时保证添加剂的干燥；对皮下气孔的预防控制，包括适当提高浇注温度，减少各种添加剂的加入剂量，尽量减少浇注时间；孕育剂的加入量最好控制在（质量分数）0.4%～0.6%，孕育剂含Al量不宜超过1.5%；防止铁液氧化，适当补加接力焦，严格控制进风量；在保证球化的前提下，尽量减少球化剂的加入量；浇注时在铁液表面覆盖冰晶石粉，防止铁液氧化。
2、砂眼、渣孔
2.1特征描述：材料的缺陷处内部或表面往往会充塞着型（芯）砂的小孔，这就是我们所谓的砂眼。如果是缺陷形状呈现出不规则性，且缺陷内部填充着夹杂物，这就称为渣孔。
2.2出现砂眼、渣孔的原因分析：型砂的强度过低、或者是砂型和型芯不够结实、合箱时砂型出现了局部破坏、浇注系统不合理，内浇口方向不对，金属液冲坏了砂型；合型时型腔或浇口内散砂未清理干净
2.3砂眼、渣孔的质量控制措施：砂眼的防止措施：第一、尽量提高型砂的强度以及砂型的结实度，紧实度，减少砂芯的毛刺，从而防止出现冲砂的现象。第二、合型前将型腔和砂芯表面的浮砂清理干净，并抓紧时间浇注。第三、设计科学有效的浇注程序，严格避免铁液对型壁过大的冲刷力。渣孔的质量控制措施：第一、防止铁液氧化，严格控制球化剂，孕育剂的加入量，球铁采用随流孕育一定要慎重。第二、设计科学有效的浇注程序，在浇注过程中安置滤网片，尽量提高滤网片的档渣能力，浇注过程中不能间断。第三、对二次渣要严格控制铁液的残余含镁量。降低原铁液含硫量，并提高处理温度与浇注温度，适当提高球化剂的稀土含量，降低材料中镁的含量。
3、残渣
3.1所谓残渣，指的就是集中在铸件表面上某处那些呈现出皱皮状的缺陷。残渣由很多的物质组成，其中主要组成物为EPS模样残留物，较为光亮的皱皮状物质。
3.2出现残渣缺陷的原因分析：由于残渣的主要组成物为EPS模样残留物，在渗透方面，EPS模样分解的气体向外逸出速度非常缓慢，因此其分解和消失的过程很漫长。
3.3残渣缺陷的质量控制措施：第一、保证良好的涂层透气性和良好的型砂透气性；第二、适当提高浇注温度；第三、适当提高负压；第四、适当降低EPS物质的密度和紧实程度；第五、适当提高浇注的范围。
4、缩孔、缩松
4.1特征描述：在铸件较为厚实的断面处或者是轴心处常常会由于凝固而出现一些表面粗糙的孔洞，而且这些孔洞有些会带有树枝状的结晶，这些孔洞中较大而且较为密集的称为缩孔，较小而又分散的孔洞称为缩松。
4.2出现缩孔、缩松缺陷的原因分析：一旦金属液遇冷凝固时，这个过程中产生的液态收缩和凝固收缩是远远超过于固态收缩的，而且铸件表面最后凝固的地方往往很难得到应有的金属液。
4.3缩孔、缩松缺陷的质量控制措施：
第一、不同的铸件，壁厚不同，相应的化学成分不同，尽量控制好镁的含量；第二、设计科学的浇注系统，适当降低浇注的温度，尽量使得铸件表面各处都能得到充分补缩；第三、严格控制好炉前孕育剂的含量，一般情况下，0.3%～0.5%的含量较佳；第四、避免铁液氧化。
5、裂纹
5.1裂纹特征描述：浇注好的铸件表面一般都弯曲的裂纹。裂纹分热裂和冷裂两种。热裂的裂口形状不规则，端口表面的颜色往往呈现出深黑色，氧化现象较为明显，且较为曲折。而冷裂的裂口和热裂弯曲不同，裂口比较直，形状较为规则，且铸件断口表面的氧化现象比较轻微，发出金属光泽。
5.2产生裂纹的原因分析：铸件遇冷凝固收缩，在这个过程中会产生内部应力，一旦应力大于材料的屈服极限，铸件救出出现裂紋现象。
5.3预防裂纹的质量控制措施：第一、铁液的化学成分必须要控制好。其中硫的含量能够影响“热脆性”的产生，在灰铸铁中，w（S）的含量不能低于0.11%，但是也不能太高，过高的话会影响孕育效果。磷的含量是影响铸件发生“冷脆性”的因素，进而产生冷裂缺陷，所以，灰铸铁中w（P）最好低于0.13%；第二、控制铸件各个部位的冷却速度，防止局部产生过热现象；第三、当进行完浇注以后，不能过早的开型，只有当型内铸件的温度低于550℃时，才能够开型；第四、尽量改变铸件的结构，避免发生应力集中现象。
6、硬度不均匀
6.1硬度不均匀现象描述：加工以后的铸件表面，往往会出现微观的凹凸，局部可能会出现硬质点，由于铸件的表面硬度相差较大，因此，硬质点部位的硬度可能超过标准。
6.2避免出现硬度不均匀的质量控制措施：第一、提高铁液出炉温度；第二、严格控制孕育剂的加入量；第三、严禁使用合金钢；第四、浇注系统的设计要科学，保证铸件的均匀冷却。
7、不球化球化不良
7.1不球化球化不良特征描述：铸件断口氧化后呈现出灰黑色，力学性能降低，铸件的残余镁含量大大降低，这就是不球化现象。如果铸件断呈现出银灰色，且有较为分散的黑点，金相检查可发现小部分石墨呈片状或蠕虫状，这就是球化不良现象。
7.2不球化球化不良现象的质量控制措施：第一、严格控制球化剂的加入比例，这和铁液的含硫量以及球化剂的镁含量有着直接的关系；第二、适当延长球化处理时间，确保球化剂和铁液之间的化学反应时间，一般情况下，控制住在75-95秒这个范围最佳；第三、尽量做到脱硫处理，有效降低原铁液的含硫量；第四、严格控制生铁中的反球化元素（如砷、铅、钛、铋、铝等的含量）。（5）防止铁液氧化，处理球铁时温度要适中，根据铁液温度的高低，来选择球化剂的化学成分。（6）如果是大断面铸件应该尽量减少其中的稀土含量，必要时可加入少量锑中和稀土使球墨畸变的作用。
结语
铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺。铸件的合格率和缺陷铸件的修复率是制约我国铸造工业的瓶颈。因此，对常见铸造缺陷产生原因进行分析研究，并提出避免缺陷的质量控制措施，对提高铸造企业产品质量，提高我国机械化水平具有重大意义。
参考文献
支臂铸造工艺的研究 篇7
(一)支臂本体:ZG270-500
(二)化学成份(见表1)
(三)机械性能(见表2)
(四)试料
支臂要带试料,试料要附在本体上,要与本体同炉进行热处理。试料的机械性能符合JB/T5000.6-1998提出的标准。
二、工艺方案的拟定
(一)工艺方案的选择
1 浇注位置
为了得到高质量的铸件和方便操作,我采用了臂向上的浇注位置。此浇注位置便于下芯、排气、利于补缩,便于操作。
2 分型面
分型面的选择是与浇注位置的选择密切相关,确定了浇注位置之后,即可按浇注位置的选择原则来选定分型面,此件,我选曲面开箱作为分型面,便于操作、检验、易保证各部尺寸的准确:木型采用实样木型,便于起模。
(二)造型材料
为了达到尺寸准确,表面光洁度的技术要求,为了确保检测的技术要求,我选用了石灰石砂造型,造芯时,为防止变形,在两臂之间用拉筋连接,还利于补缩。
(三)工艺参数
1 缩尺
根据支臂的具体情况,缩尺定为1.8%。
2 加工余量
此件加工面很多,黑皮面很少,加工面取加工量20 mm。
3 分型负数
为了保证铸件尺寸符合要求,在模样上必须减去相当的高度,此高度尺寸即为分型负数。分型负数的大小,与铸件的尺寸有关,即与分型面的大小有关,与使用的型砂性质有关。分型负数定为4 mm。
4 涨箱系数
铸件在浇注时,由于钢水压力大,而型砂在受热后变软,分解,被高压钢材质270-500生产编号:SP2259.03.01 支臂11.5t水向后推,使铸件涨箱,在考虑毛重时,应将此数值加入。涨箱系数与铸件高度,壁厚和所用的造型材料有关,此件砂箱结合地坑实样造型,四周废砂撞平,涨箱系数定为5%。
(单位%)
(四)铸后处理
1 焊接材料
ZG270-500材质属碳素钢,铸造应力相对不是较大,为了防止产生裂纹,切割冒口以后马上进到热处理炉中进行热处理。小的局部缺陷可局部加热补焊,补焊后要进行回火处理,(温度为590℃)以消除应力。所用焊条为结506。
2 热处理
根据技术要求,铸件要进行正、回火处理,如图1所示。
结论
(1)生产六台支臂时,我们主要是通过借鉴相似材质的工艺参数及以前生产过类似的铸钢件经验,设计选择支臂的工艺方案,生产第一台支臂到第六台,通过不断的探索和实践,验证了工艺,改进了工艺,并在总结经验教训的基础上逐步完善了工艺。证明了这次工艺是正确的,切实可行的。
(2)这一实践,不仅提高了我公司铸件工艺方案的设计水平,而且成功的完成了集团公司的配套生产任务,使质量逐步提高,生产出的铸件一次比一次好。生产支臂时,较理想地提高了铸件表面质量。对石灰石砂用于重要产品上进行了大胆的尝试,降低了成本为我公司增加了经济效益。为我公司有一个质的飞跃,有一个跨越式的发展,再创辉煌,迈出坚实的一步。
摘要：近年来,我公司为集团公司生产6台支臂配套产品。我们是在生产任务重,设备机器老化,交货期又急的情况下,生产出了完全符合集团公司技术标准的合格铸件,为我公司产品占领国内市场闯出了一条路,提高了我公司的国际知名度。为振兴东北,把沈阳建设为装配制造业基地打下坚实地基础。
关键词：支臂技术,铸造,工艺方案
参考文献
[1]李魁盛.铸造工艺及原理[M].北京:机械工业出版社,1987.
[2]丁根宝.铸造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1985.
低压铸造机压力检测单元改进 篇8
GIMA低压铸造机压铸轮毂时是通过向封闭的低压保温炉充入干燥压缩空气, 压缩空气将铝水从升液管压入轮毂模具中充型而成。充型过程中, 铸造机控制系统需要根据压力检测单元反馈的信号 (检测炉内压缩空气压力) , 实时调整进入保温炉的干燥压缩空气量。压力检测单元由零压开关、超压开关和压力传感器组成。零压开关监测炉内零压力时的压力。自动状态下, 铸造机在打开模具之前, 由于密闭保温炉和封闭模具组成的封闭体压力不可能绝对为零, 因此出厂时通过拨动零压开关的调节旋钮将其压力设定为4.5 k Pa (45 mbar) (此时炉体内铝水不会从升液管进入模具造成跑铝) 。自动状态下, 若超压开关监测到炉内压力超过100 k Pa (1 000 mbar) , 执行单元会及时关闭主进气阀和数字式组合阀, 并在铸造系统显示单元出现超压报警。压力传感器将监测到的炉内压力转换为4~20 m A的电流信号传给接口单元并显示在铸造系统工控机上, 工控机根据信号实时调整数字阀岛的开关数量及阀体接通时间, 以使升液曲线与理论曲线趋于吻合。
压力检测单元工作是否正常直接影响轮毂铸造质量。目前GIMA铸造机使用已近10年, 且零压开关和超压开关均为机械式压力开关, 开关触点频繁动作, 多数已出故障, 从国外购买价格昂贵。经过调研, 最终采用1个具有数显单元和两个输出点的SMC ISE40-01-62L-M型压力开关代替原零压开关和超压开关;压力传感器改用北京鑫诺金CEMPX213型压力传感器。
压力检测单元改进后, 铸造机铸造轮毂时的炉内压力值可通过SMC ISE40-01-62L-M数字显示屏和工控机显示屏观测。正常情况下, 两个压力值应基本相同, 便于铸造机铸造系统故障排除。
三维铸造工艺CAD冒口系统设计 篇9
铸造工艺CAD是提高铸造工艺水平、科学化管理铸造工艺图样的有效工具,它能使工艺人员从繁杂的手工劳动和大量的繁琐计算中彻底解放出来,不再需要描图员手工描图,直接用打印机打印透图。不但提高了工作效率,而且铸造工艺设计更加标准化、规范化。质量、模数、冒口、浇注系统、冷铁等计算更准确,铸件形状、冒口、浇注系统、冷铁布局更直观,有利于造型工和模型工识图。另外和铸造CAE连接进行工艺优化设计,很好地达到控制铸件质量的目的。铸造工艺计算机辅助设计不仅是工厂发展的需要,而且是工厂参与竞争、赢得市场的需要[1]。
1 模数的计算
铸件的凝固时间,取决于其体积与表面积的比,这一“比值”称为“凝固模数”,简称“模数”[2],用公式表示为:
式中:M—模数,cm;V—铸件体积,cm;A—铸件散热表面积cm2。
根据研究表明,各种形状、质量、用途不同的铸件,不论铸件形状如何,只要它们模数相等,其凝固时间就相等或相近。模数小的铸件凝固时间短,模数大的铸件凝固时间长。
铸件中缩孔的位置是在铸件最后凝固的部位。铸件内各个部位的凝固时间,取决于该处的体积与表面积的比值,即取决于该处的模数。
模数法设计铸件冒口,可分为以下几个步骤:
1)根据铸件的结构特征,将它分成几个几何基体,计算各基体的模数,确定补缩通道,确定冒口类型,划分各冒口的补缩区域。对内在质量没有特殊要求的铸件,冒口补缩区域可以大于补缩范围;对致密度要求高的铸件,应按补缩范围划分冒口补缩区域;
2)计算每个冒口补缩区域的铸件体积或质量;
3)根据各个补缩通道模数,计算它们各自所要求的冒口初始模数和尺寸;
4)根据补缩通道的特征、冒口的初始模数和冒口补缩区域内铸件的体积或质量,选择合适的冒口类型和冒口尺寸。
2 补贴液量与热节圆法计算冒口
该方法是建立在凝固等温线和补缩液量基础上的冒口计算方法,多用于计算大气压力暗冒口。等温线代表了一定时间内铸件与冒口的凝固层厚度,当假设两者的厚度相等时,它的逐层推向中心;直到铸件完全凝固时,冒口尚未完全凝固,而且冒口中贮有足量的钢液,铸件的凝固收缩始终能得到在大气压力作用下的冒口中热钢液的补给;最后在冒口中留下缩孔体积。
这种方法简单、快捷,尽管并不是很精确,但是用于各种类型中、小铸件上,却得到了满意的结果。设计步骤如下:
1)计算出铸冒口中的钢液从浇注温度到凝固结束的体积收缩量;
2)画出被补缩节点的热节圆;
3)根据收缩量和热节圆直径计算冒口尺寸。
3 计算补贴参数
利用经验公式计算补贴参数的主要设计过程,如图1所示。
在实际铸钢件加工生产中,除了经验公式计算补贴参数之外,还常常采用滚圆法计算补贴参数。滚圆法适应的铸件形状多样化,本文利用了滚圆法的数学建模和计算求解。
三维铸造工艺CAD系统设计假定用滚圆法数学求解方法来做:铸件以x轴对称并且壁厚度均匀;圆角圆心位于x轴和铸件外面壁所投影的交点处。通过这种假定可以达到简化求解步骤,以便于程序设计,并且这样得到的补贴尺寸数据跟实际滚圆法得到的数据误差很小,可以保证铸件工艺设计的精度。系统解析法求解计算,是通过一系列圆心的求值来获得最终补贴尺寸。如图2所示。首先定义y轴(图示朝上为正向)和x轴(图示朝右为正向)以及原点O,则原点到上部顶面的距离为(H+L/2),到侧面的距离为B。设第一个圆C1圆心为(x1,y2),半径为R1,则有解此方程得到及x1=-(B-R1),y1=0,第一次求解完成。同理,设第二个圆C2圆心为(x2,y2),半径R2=1.1R1,此时x2=-R2,y2未知,但(x2,y2)落在第一个圆C1的圆周上,从而有(x2-x1)2+(y2-y1)2=R12,根据这个方程可以得到y2的值,此时取有y2的正解,从而得到(x2,y2)。以此类推,设第n个圆Cn圆心为(xn,yn),半径为Rn,则Rn+1=1.1Rn,取xn+1=-Rn+1,有(xn+1-xn)2+(yn+1-yn)2=Rn2,解得(xn+1,yn+1),求解终止条件为取保守值,最终补贴宽度a=2|xn+1|-B,因此求解得:此时由于过渡圆还未确定,没有办法确定补贴的高度,还需要进一步求值,如图2,过渡圆的圆心坐标为xr=-B,yr=0,过渡圆半径假设为Rr。在做实验过程中,观察到第2个热节圆很具有代表性,通过M点和第2个圆的外部切线都能保证所有的热节圆都位于切线一侧,因此取第2个热节圆和点M相切的直线作为补贴的轮廓线,并且最终求得Rr。这样,求取补贴参数即可完成。
经过多个样例的验证,采用系统提供的滚圆法设计工具计算,可以比较方便地求取铸件的补贴,其数据误差在±5%以内,这样可以满足铸件补贴的设计要求。
4 铸件补贴设计
实现冒口补缩铸件的基本条件之一是,铸件凝固同时补缩通道扩张角始终向着冒口,且角度大些为好。然而对于板形件和壁厚均匀的薄壁件来说,单纯增加冒口直径和高度,对于形成或增大补缩通道扩张角的作用并不显著。如果在靠近冒口方向逐渐增加铸件壁的厚度,从铸件结构上造成向着冒口的补缩通道扩张角,却能显著增加冒口的有效补缩距离。这种人为地、在冒口附近的铸件壁上逐渐增加的厚度称为冒口补贴,简称补贴。
1)均匀壁上的补贴
图3是壁厚度为T的钢板,立浇后铸件中的缩松情况。当钢板的高度H小于冒口有效补缩距离时,铸件中不出现轴线缩松,如图3(a)。当铸件高度H大于冒口有效补缩高度时,铸件中部产生缩松,如图3(b)所示。从冒口有效补缩距离以上开始加补贴,使铸件壁向着冒口方向逐渐加厚,直到冒口根部为止,铸件加厚量a称为补贴厚度,如图3(c)所示。由于有了补贴,铸件从下向上实现了顺序凝固,从而消除了缩松。
板形铸件立浇,补贴厚度与铸件壁厚、铸件高度的关系的关系如图4,可以看出当铸件的壁厚T一定时,补贴的厚度a随铸件高度H的增加而增加;当铸件高度一定时,壁厚越小,所需的补贴厚度越大。
图4是以碳钢板状铸件顶注实验得出的补贴厚度,对于底注式铸板及高合金钢铸件,因铸件的自然温差较小,需增加补贴厚度以促进铸件顺序凝固[3]。
5 铸件冒口设计
液态金属浇入铸件型后,在凝固和冷却过程中产生体积收缩。体积收缩可能导致铸件最后凝固部分产生缩孔和缩松。体积收缩较大的铸件合金,如铸钢、可锻铸铁以及某些有色合金铸件,经常产生这类缺陷。
缩孔和缩松影响铸件的致密性,减少铸件的有效承载面积,会使力学性能大大降低。生产中防止缩孔和缩松缺陷的有效措施是设置冒口。冒口的主要作用是贮存金属液,对铸件进行补缩,此外还有出气和集渣的作用。为了实现这样的目的,设计冒口应遵循下列基本原则:
1)冒口的凝固时间应大于铸件被补缩的凝固时间;
2)冒口能提供足够的补缩金属液;
3)在整个补缩压力,冒口与铸件被缩部位存在补缩通道。
4)有足够的补缩压力,使补缩金属液能够流到要求补缩的区域。
冒口设计的内容主要是:选择冒口的种类、冒口的形状及安放位置,计算冒口的数量并添加冒口等。
a)冒口种类
使用得最多的是普通冒口。按冒口在铸件上的位置,普通冒口可分为顶冒口和侧冒口(边冒口)2类;按冒口顶部是否与大气相通,普通冒口分为明冒口和暗冒口[4]。
图5为铸钢件、铸铁件常用的冒口类型。如图所示,顶冒口一般位于铸件最厚部位的顶部,这样可以利用金属液的重力进行补缩,提高冒口的补缩效果,而且有利于排气和浮渣。
1—明顶冒口;2—大气冒口;3—侧冒口;4—铸铁;5—压力冒口
采用明顶冒口,造型方便,能观察到铸型中金属液上升情况,便于向冒口中补浇金属液,可以在冒口顶面撒发热剂以缓减冒口冷却速度。但因顶部敞开,散热较快,同样体积的冒口,明冒口的补缩较低。明顶冒口对砂箱高度无特殊要求,当砂箱高度不够时可设辅助冒口圈,而暗顶冒口要求砂箱高于冒口。因此对于大、中型铸件,尤其是单件、小批量生产的铸钢件,经常采用明顶冒口;而中、小铸件则多用暗顶冒口。
b)冒口形状
冒口形状直接影响到它的补缩效果,为了降低冒口的散热速度,延长冒口的凝固时间,应尽量减少冒口的表面积。最理想的冒口形状是球形,但因起模困难,目前尚未普通采用。实际生产中应用得多的是圆柱形、球柱圆形、腰圆柱形冒口。如图6所示。
圆柱形冒口造型方便,它的散热虽然比球形的快,但仍有较好的补缩效果。对于轮类铸件,热节形状为长方形,圆柱形冒口的经济效果不如腰圆形的好。因为使用腰圆柱形冒口时,所需的冒口数量比圆柱形的少,节约金属。
c)冒口的位置
冒口在铸件上安放位置对获得健全的铸件有着重要的意义。冒口安放位置不当,就不能有效地消除铸件的缩孔和缩松,有时还会引起裂纹等铸造缺陷。应遵循以下确定原则:
1)冒口应设在铸件热节的上方;
2)冒口应尽量放在铸件最高最厚的地方,以便利用金属液的自重进行补缩;
3)冒口最好布置在铸件需要进行机械加工的表面上,以减少精整铸件的工时;
4)在铸件的不同高度上有热节需要补缩时,可按不同高度安放冒口。
6 结语
通过UG提供的二次开发接口UG/Open和VC开发工具,开发了基于UG的三维铸造工艺CAD软件。利用这种软件缩短了用传统方法建模的时间,减轻建模的工作量。通过曲轴的断裂分析和铸造CAE模拟结果的比较,说明铸造CAE模拟结果真实可靠。用CAE指导CAD进行工艺设计切实可行[5,6]。铸造CAE模拟技术的应用,可以有效预测铸造缺陷,使工艺人员可以提前采取预防措施,减少废品和损失,提高铸件质量。缩短了通过实际生产进行工艺验证周期,节约生产成本。
参考文献
[1]刘从庆.铸造工艺CAD研究近年来在我国的发展[J].铸造,1995(4):40-41.
[2]张士彦,闫平,姜华,等.铸钢件铸造工艺CAD软件的研制与应用[J].铸造,2002,51(10):628-632.
[3]程军.计算机在铸造中的应用[M].北京:机械工业出版社,1993.
[4]聂方兴.液压件冒口系统设计及绘图模块的研发[D].武汉:华中科技大学工学硕士学位论文,2002.
[5]廖广兰.铸造工艺CAD浇注系统模块的研究与开发[D].武汉:华中科技大学工学硕士学位论文,2000.
280气缸盖的铸造工艺提升 篇10
280气缸盖是我厂与外资企业合作开发的新产品, 是280柴油机上的关键件之一, 需进行水压试验。
280气缸盖性能、金相组织要求
2 280气缸盖缺陷分析
280气缸盖采用树脂砂组芯生产, 雨淋式浇注系统, 浇注温度1390-1400℃, 浇注时间30-35秒。铸件外形尺寸, 内腔壁厚均能达到工艺要求, 但是铸件上表面气孔、夹渣严重。
各种缺陷中, 气孔类占废品总数的81.83%, 因此解决气孔问题是首要任务。
3 缺陷分析和解决方法
针对气孔质量问题, 我们结合生产实际中的各个因素, 一步一步的进行分析排除, 确定了造成气孔的原因:
从上表我们确定要因:
(1) 型芯砂配比不当
(2) 型芯排气不畅
(3) 型芯烘干不良
针对以上原因, 我们着手从产生气孔的气体来源和如何将气体顺畅排出两方面开展工作。
3.1 采用新砂制芯, 其配比见下表:
3.2型、芯进热风窑烘干一次, 温度为110-140℃, 保温2小时, 干燥曲线见下图。Á
型、芯干燥曲线
3.3 增加型芯排气通道
(1) 在上、下水腔内预埋Ф5排气绳; (2) 在下型四周芯头部位开设40×20排气槽5处; (3) 采用明冒口排气通道总截面积大于250cm2。
4 结论
改进完成了我们预期的目标, 也对铸造工艺各个环节有了更深刻的理解, 在以后的生产中我们还将本着工艺提升的原则, 继续提高产品的优质率。
铸造工艺改进 篇11
[摘要]首先对右铰链支架进行初步的铸造工艺方案设计，然后运用铸造数值模拟软件AnyCasting对其充型和凝固过程进行模拟，预测可能产生的铸造缺陷及部位，分析缺陷产生的原因，从而改进设计工艺。经多次模拟优化获得最佳工艺，可减少铸造缺陷，保证铸件质量。
[关键词]铰链支架；铸造工艺；数值模拟
引言
AnyCastmg铸造模拟软件系统是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型、热传导和凝固过程的模拟分析。通过数值模拟可以较准确地预测铸件可能出现的缺陷大小、部位和发生的时间，从而在实际生产前进行工艺改造以保证铸件质量，减少铸件缺陷，降低生产成本。
l铰链支架的原始铸造工艺方案
右铰链支架材质为QT450-10，毛量约为11.676kg，轮廓尺寸为424.5mm×363mm×152.5mm。铸件安装部位表面需精加工且精度较高，其余为毛坯。铸件上下部位各有两条肋，肋与铸件连接部位容易产生热节。支架整体分布在两个平面，平面连接处形成拐角，易产生应力集中。铸件还有许多需要加工的小孔，由于孔径较小，不直接铸出。
该铸件材料选用自硬呋喃树脂砂，相同生产条件下出品率越高效益越好，但多件排布时横浇道太长将会导致铁液氧化、球化衰退严重，支架铸件采用一箱两件生产。为提高出品率浇注系统设置一个直浇道，直浇道设置在中间，然后分流出两个对称的横浇道，在每支横浇道上分出4个内浇道。支架壁较薄，不易安放冒口，支架壁较厚的安装孔部位可利用冷铁加快凝固速度，因此综合参考可采用无冒口铸造方案。
浇注系统设计为封闭开放式，中注式浇注系统，使用这种浇注系统金属液进入型腔时流速大，充型平稳，另外，为了更好的撇渣，选择带过滤网的漏斗形浇口杯，在浇口杯处安放用油砂制成的厚为15mm的滤渣网，网孔上部直径为Φ6mm，下部为Φ7mm，提高金屬液的质量。球墨铸铁浇注系统各组元的截面积虽可计算，但通常采用经验数据更接近实际，此处取∑F直：∑F横：∑F内=0.8：1.2：1。
2.充型及凝固过程数值模拟
右铰链支架在此工艺方案的色温填充模拟结果如图1所示，以色温方式显示浇注过程中液流充型流动和温度变化，表现了流动与换热的实时耦合效果，由此模拟结果可以看出金属液充型过程中的温度变化，铸件在整个充型过程中的温度分布基本上是纵向下部温度低，上部温度高，横向则是中心温度高，边缘温度低。初始浇注温度为1300℃，充型刚结束时的最低温度约为1210℃，说明充型过程中温度变化较小，充型完成时温度分布较为均匀。
从充型过程温度分布来看，铸件在整个充型过程中的温度分布基本上是纵向下部温度低，上部温度高，横向则是中心温度高，边缘温度低。初始浇注温度为1300℃，充型刚结束时的最低温度约为1210℃，说明充型过程中温度变化较小，充型完成时温度分布较为均匀。
3结论
铸造工艺改进 篇12
气缸套作为发动机核心部件之一, 又是发动机中承受高温、高压工况较恶劣的部件, 其性能直接影响着整机的大修周期与功率稳定, 因此需要气缸套采用性能好、品质优良的材质。为此, 许多业内专家、学者及工程技术人员开展了大量的研究与试验工作, 目前已开发各类合金铸铁材质的气缸套, 诸如:高磷铸铁、硼铸铁、硼铬铸铁、钒钛铸铁、铬钼铜铸铁等合金气缸套。
本文分析分析了各合金元素在铸铁材质中对微观组织的作用和宏观表现特性, 分析了合金元素在气缸套加工过程中对切削性能的影响、在工作过程中的磨损机理, 为同行专家、研究人员提供借鉴和探讨。
2 熔炼工艺
众所周知, 在铸铁熔炼中, 决定铸铁材质性能的关键点之一在于碳在铸铁中存在形式, 取决于碳在铸铁中的石墨形态与石墨数量。传统工艺方法采用降低铁水中的碳、硅含量来获得较高强度铸铁, 但碳当量在亚共晶时又会出现D、E型石墨, 增强了白口化趋势, 恶化铸铁的机械性能。当前, 在铸铁熔炼工艺中, 碳的获得方式主要有两种, 一种是利用原材料如生铁、废钢等本身所含有的, 另一种是通过增碳剂对铁水渗碳获得。其中利用添加生铁、废钢来调整铸铁中碳量的方法简单易行, 在机械性能要求不高的场合被普遍采用, 但该工艺方法获得的铸铁材质, 石墨形态较差, 不适宜在耐磨、抗拉、硬度等机械性能要求高的气缸套中采用, 根据气缸套高温、高压、高磨损的工况需求, 气缸套铸铁材质的碳当量更适宜通过铁水渗碳方式来获得和控制, 其优点是石墨形态好, 分布均匀, 大小合适。
在铸铁熔炼领域, 有着一条普遍的观点:高温治百病。在采用冲天炉进行熔炼过程中, 要保证达到足够高的铁水温度时间, 要着力控制炉内的增碳量, 以满足铁水低碳成分的要求。国内冲天炉大多采用冷风送风, 铁水熔炼温度受到抑制, 焦炭的渗碳量低, 铁水中的碳只能通过添加生铁来获得, 而生铁加入量越多, 材质的性能就会越差, 同时低温熔炼时碳的氧化减弱而铁的氧化加重, 易造成铁水严重氧化、粘度加大、铁水中夹渣多且不宜排出, 生核质点表面的渣化严重, 不能起促进异质生核细化晶粒的作用, 从而降低铸铁材质性能。而国外冲天炉熔炼都是采用热风送风, 有的还加适量的氧, 焦炭质量好, 铁水熔炼温度高, 焦炭在铁水中渗碳率高, 铁水中的碳基本都是通过焦炭的碳原子扩散来获得, 因此, 生铁加入量很少。与国外冲天炉相比, 国内冲天炉熔炼存在工艺条件、设备等先天不足。如果用冲天炉熔炼高性能合金铸铁气缸套, 必须采用高温熔炼、在炉料中配入大量废钢, 同时还应提高焦炭质量、采用热风操作、合理选用焦铁比等。
对于电炉熔炼同样存在碳的获得方式问题, 要想获得理想的石墨形态及石墨数量, 并非是只用生铁和废钢简单的配料, 而在一定程度上是要通过加入渗碳剂来增碳, 减少生铁的加入量, 从根本上改善石墨的形态, 提高合金铸铁的性能。
3 浇注工艺
离心铸造以其组织致密、工效高的特点, 特别适合作为规则回转体的气缸套毛坯浇注, 因此, 已被世界上大约有90%的缸套制造商采用。目前, 我国约有5000万只缸套是通过离心铸造工艺来生产的。但是在离心铸造生产合金铸铁气缸套时, 由于铸型是金属模具, 冷却速度较大, 使得组织中容易形成D、E型石墨, 导致抗拉强度低、硬度升高, 切削性能较差。而高性能合金铸铁气缸套既要有高的强度和硬度, 同时还应在较好的切削性能和配副性能。材料组织结构要求均匀分布、形态适中的A型石墨。基体以细片状珠光体较为理想, 基体间存在极少的游离渗碳体和磷共晶。
在浇注过程中, 铁水冷却速度的快慢会对石墨形态和金相组织产生很大影响, 冷却的目的一是保持高的温度梯度, 使液体金属的凝固为合理的顺序凝固;二是保护铸型、延长铸型的使用寿命;三是为了获得合格的金相组织。浇注完至水冷必须设置一定间隔时间, 让浇注机作空冷状态, 为的就是避免一次结晶时出现渗碳体组织, 铸件水冷时间见下表:
4 孕育技术
在路前或浇注前向铁水中添加适量的、以硅为主的铁合金颗粒成为孕育处理, 通过孕育处理可以在铁水中提供大量的石墨借以生长的生核质点, 有效的孕育将促进石墨的析出, 消除白口, 细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布的A型石墨, 可大幅度提高缸套机械性能。随流孕育是生产高性能合金气缸套的关键技术, 为使孕育有效, 原铁水应具有较低的碳当量, 碳当量越低, 孕育效果越好, 强度越高。由于硅可以用加入孕育剂的方法来调整, 故原铁水的碳维持在2.8-3.2%左右, 硅控制在稍低于能显著促进石墨化临界值, 然后加入孕育剂使硅量超过临界值, 获得良好的孕育效果。
随流孕育技术是高性能铸铁气缸套铸造生产中的一项非常关键的技术, 随流孕育能有效的将孕育剂均匀地融入铁水中, 从而在铁水中产生大量的均匀分布的晶核, 改善石墨形态, 促进石墨均匀析出, 还能减少基体中游离分布的渗碳体和磷共晶, 使珠光体组织片层间距均匀。
5 合金化工艺
目前在生产中经常加入铸铁中的元素有:Cr、Mo、Cu、V、Ti、P、Ni、W、Sb、Sn、B等, 这些元素大多数用以改变基体组织、硬质相数量及分布情况、石墨的分布与形态, 合金化的主要作用是提高铸件材质的强度和硬度。
Cu是生产合金铸铁最常加入的合金元素, 主要原因是由于该元素在共晶凝固时有减小过冷, 抑制渗碳体作用, 在共析转变时具有促进并细化珠光体的作用, 同时其熔点低, 易熔化, 合金效果好, 并能有效降低铁水的白口倾向, 改善了材质的切削性能。由于铜与氧亲和力比铁弱, 铁可以保护其免受氧化, 故在冲天炉熔炼时可在炉后添加。铜的适宜加入量为0.2%-0.4%。
Ti在铁水中与氧、碳的亲和力强, 容易形成氮化钛颗粒。一定数量的氮化钛或碳化钛颗粒分布在基体中可以提高气缸套的耐磨性, 但碳化物对机械性能、加工性能不利, 尤其在精镗、珩磨工序中严重影响加工质量, 钛含量过多会使石墨过冷, 容易产生大量D、E型石墨, 因此必须限制钛的含量, 一般小于0.05%, 由于钛易氧化烧损, 不宜炉后加入, 而钛的熔点1660℃, 难熔化, 又不宜炉前加入, 故应采用熔点较低的钛合金, 如高温硅钛铁 (熔点1250℃) 在炉前加入铁水中。
Cr的合金效果非常强烈, 铬的加入量可显著提高合金铸铁的强度、硬度, 但铬使铁水白口倾向增加, 并促使基体组织中产生大量索氏体, 铸件易收缩, 产生废品, 恶化切削性能, 一般控制铬含量0.2-0.3%, 多采用铬锰硅合金用包内冲入法加入, 铁水的白口倾向与收缩倾向并不明显。
Sb和Sn都是强烈稳定珠光体的合金元素, 在冷却条件较差时, 加入少量的锑和锡能明显提高铸件的硬度, 锑的合金化作用比锡更强烈, 锡对石墨形态影响较小, 锑能明显缩短石墨长度, 但并不细化石墨, 容易出现C型石墨, 因此要控制锑的含量在0.02%以下, 否则会使材质脆化, 产生负面影响。
6 炉料的影响
从国内外的生产实践来看, 用生铁必须使用高牌生铁 (Si不低于3%、Mn接近1%) , 不论是冲天炉或电炉, 都难以采用低牌号生铁加硅铁、锰铁生产出优质铸件。分析原因, 主要是“遗传性”和成分波动较大。
7 结束语