軍工臺(tái)體的鑄造工藝

孫振國 楊震華 賀 楊 金麗敏 王 話 周 寒 趙素珍

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄鋼公司，遼寧110027)

軍工臺(tái)體是軍工實(shí)驗(yàn)的重要平臺(tái)，該鑄件的尺寸要求精度高，采用整體鑄造，必須一次性無斷流完成澆注成型。鑄件要求按照GB/T 7233—1987規(guī)定進(jìn)行超聲波探傷，合格級(jí)別為Ⅱ級(jí)。為了保證其安全可靠地工作，不僅要求它的外觀尺寸準(zhǔn)確，而且內(nèi)部組織必須致密，性能優(yōu)良。它的質(zhì)量好壞直接影響到軍工實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。為了保證臺(tái)體的內(nèi)、外部質(zhì)量，從造型方案、造型材料、工藝設(shè)計(jì)及工藝措施等方面進(jìn)行試驗(yàn)研究，制訂了如下技術(shù)措施：

(1)采用有機(jī)酯硬化水玻璃砂造型，保證鑄件尺寸精度；

(2)鑄件內(nèi)砂芯與地面預(yù)埋圓鋼焊接牢固，防止砂芯漂?。?/p>

(3)木型制作撞砂胎，在保證外圓的尺寸精度的同時(shí)，減少制作實(shí)樣木型時(shí)間和成本；

(4)上箱采用專用的冶金輔具，保證鑄件的大平面質(zhì)量；

(5)采用4包循環(huán)加熱、保溫，4包同時(shí)澆注，以滿足鑄件200 t鋼水的需求；

(6)冒口中依次加入保溫劑、發(fā)熱劑、覆蓋劑，增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮能力。

1 技術(shù)條件

1.1 化學(xué)成分

臺(tái)體材料為ZG270-500，其化學(xué)成分見表1。

1.2 力學(xué)性能

臺(tái)體的力學(xué)性能要求見表2。

表1 臺(tái)體的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition of platform(mass fraction, %)

表2 臺(tái)體的力學(xué)性能Table 2 The mechanical properties of platform

1.3 無損檢測

鑄件要進(jìn)行超聲波探傷，按照GB/T 7233—1987規(guī)定執(zhí)行，要求Ⅱ級(jí)。當(dāng)鑄鋼件出現(xiàn)以下情況時(shí)不得進(jìn)行返修：(a)鑄造裂紋深度超過厚度的50%；(b)二次返修達(dá)不到指標(biāo)要求。

2 臺(tái)體鑄造工藝方案

2.1 臺(tái)體鑄件的結(jié)構(gòu)

臺(tái)體鑄件最大直徑為?7 600 mm，高度700 mm，結(jié)構(gòu)見圖1。鑄件壁厚為150 mm～215 mm，鑄件有多處分散熱節(jié)。鑄件毛坯重量145 t。

圖1 軍工臺(tái)體結(jié)構(gòu)圖Figure 1 The structure sketch of the platform

2.2 鑄造方案的分析和選定

將?7 200 mm大平面設(shè)置為澆注位置，采用內(nèi)、外兩圈冒口分散布置，大平面下部筋部及熱節(jié)處設(shè)置?12 mm～16 mm內(nèi)冷鐵。澆口沿大平面周圍分布。

確定此方案的原因：

(1)由于該件是由大平面向筋部厚度逐漸變小，把冒口設(shè)置在大平面上，創(chuàng)造良好的補(bǔ)縮條件，有利于順序凝固，從而保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到探傷要求。

(2)由于筋部壁厚較厚，如果只靠大平面鋼水來補(bǔ)縮，勢必影響大平面的質(zhì)量。而大平面是臺(tái)體的最重要部位，因此，筋部和熱節(jié)處放置內(nèi)冷鐵，調(diào)節(jié)其溫度場，造成順序凝固。

(3)為了避免鋼水在型腔內(nèi)的流速受到砂芯的影響，造成沖砂現(xiàn)象，設(shè)計(jì)澆口沿大平面周圍分布，這樣也有利于大平面澆注成型。

2.3 造型材料的確定

采用有機(jī)酯硬化水玻璃石英砂造型、制芯，型、芯表面涂刷醇基鋯英粉涂料，提高鑄件外部質(zhì)量和尺寸精度。

造型材料有機(jī)酯硬化水玻璃砂的配比為：石英砂100%；水玻璃3%(占原砂)；固化劑18%(占水玻璃)。

2.4 鑄造工藝參數(shù)的確定

2.4.1 縮尺與加工量

縮尺：取值范圍為1.0%～1.5%；

加工量：取值范圍為30 mm～35 mm。

2.4.2 冒口的設(shè)計(jì)和確定

按照比例法確定冒口大小，冒口分布如圖2所示。

2.4.3 澆注系統(tǒng)的確定

圖2 軍工臺(tái)體冒口分布圖Figure 2 The distribution diagram of risers for the platform

臺(tái)體鋼水總重200 t，結(jié)合我廠實(shí)際采用?70 mm、?50 mm包孔，四包六孔澆注系統(tǒng)(兩個(gè)座包各兩個(gè)?70 mm包孔，兩個(gè)吊包各一個(gè)?50 mm包孔)。直澆口和橫澆口用?120 mm鋼磚管臥制，內(nèi)澆口用12個(gè)?100 mm鋼磚管臥制。澆注系統(tǒng)為開放式，其比例為：ΣF包孔∶ΣF直澆口∶ΣF橫澆口∶ΣF內(nèi)澆口=1∶3.51∶4.68∶4.88。保證了鋼水快速充滿鑄型，減少鋼水對(duì)型腔的烘烤時(shí)間，同時(shí)避免起皮、砂眼、粘砂、夾渣、縮松等鑄造缺陷。

3 軍工臺(tái)體的鑄造

3.1 輔具

該件尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，為此設(shè)計(jì)尺寸為?8 500 mm×500 mm專用臺(tái)體砂箱。采用專用砂箱造型可以保證砂型強(qiáng)度及大平面鑄件的質(zhì)量。

3.2 模樣

由于臺(tái)體整體尺寸為?7 200 mm，考慮到做實(shí)樣成本高，周期長，因此木型采用撞砂胎加刮板的工藝方案。撞砂胎的使用，既保證了外圓的尺寸精度，又減少了制作實(shí)樣木型的時(shí)間和費(fèi)用。?7 600 mm的部位木型制作活料，其起模斜度為1∶10。為了保證砂芯尺寸形狀精確度高，將徑向的三個(gè)芯盒制成整體。

3.3 造型

3.3.1 砂芯固定

為了保證砂芯在澆注過程中不漂芯，制作底平面時(shí)預(yù)埋圓鋼，下芯時(shí)與其相連，即砂芯采用底部固定方式。

3.3.2 內(nèi)冷鐵放置

凸起部位加工孔不鑄出，在對(duì)應(yīng)部位放置內(nèi)冷鐵并要求豎直固定牢固，以保證鑄件孔的加工質(zhì)量。

3.3.3 涂料

(1)涂料成分和性能

型(芯)選用醇基鋯英粉涂料，其成分為：鋯英粉100%；鋰基膨潤土1.5%～3.0%；酚醛樹脂5%～8%；酒精適量。其性能為：密度(1.8～2.1)g/cm3；懸浮性(24 h)>92%；粘度(?4)11 s～135 s；發(fā)氣量<25 ml/g；滲入深度0.1 mm～0.3 mm。

(2)涂料的涂刷

涂料采用涂刷方式，分5次涂刷，涂刷厚度為2 mm，保證光滑均勻。

(3)涂料的干燥

涂料在每刷一遍后用明火點(diǎn)燃(醇基)，使其自然干燥。最后一遍涂料刷完后，不可將其點(diǎn)燃，待酒精揮發(fā)一段時(shí)間后，用煤氣烘干。烘干時(shí)要用小火、大面積快速移動(dòng)的方式將涂層干燥透，涂層呈桔黃色為最佳狀態(tài)。

3.4 澆注

鑄件鋼水總量為200 t，需采用4包澆注。我公司現(xiàn)有一臺(tái)40 t電弧爐和一臺(tái)60 t精煉爐，因此4個(gè)鋼包需要循環(huán)保溫、加熱，才能保證一次性提供足夠的鋼水量。軍工平臺(tái)屬大平面類鑄件，為了保證鋼水的上升速度，澆注時(shí)要求采用全速澆注，即四包六孔全部打開將型腔快速充滿。當(dāng)冒口鋼水澆到三分之二高度時(shí)，依次加入保溫劑、發(fā)熱劑、覆蓋劑，以增強(qiáng)冒口對(duì)鑄件的補(bǔ)縮能力。

圖3 軍工臺(tái)體的熱處理曲線Figure 3 The curve of heat treatment for the platform

3.5 清整與鑄后熱處理

3.5.1 冒口切割

為防止軍工臺(tái)體切割澆、冒口時(shí)產(chǎn)生裂紋，鑄件要在180～250℃時(shí)熱割冒口。冒口去除后，及時(shí)進(jìn)行正、回火處理。

3.5.2 熱處理

軍工臺(tái)體鑄件采取正、回火處理，溫度曲線見圖3?？绽涫菫榱思涌炖鋮s速度，以滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。熱處理后軍工臺(tái)體的性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，臺(tái)體完全滿足技術(shù)條件要求。

表3 熱處理后臺(tái)體的力學(xué)性能Table 3 The mechanical properties of platform after heat treatment

4 結(jié)論

通過對(duì)軍工臺(tái)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制訂了相應(yīng)的工藝措施。生產(chǎn)實(shí)踐證明，所采取的工藝是合理有效的，軍工臺(tái)體的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。