提高高鉻鑄鐵螺桿質(zhì)量的研究

陳亞飛 李富強(qiáng) 韓韡

【摘要】通過(guò)對(duì)高鉻鑄鐵鑄造工藝改進(jìn)和過(guò)程控制，提高了鑄件表面質(zhì)量和減少了鑄件變形；通過(guò)對(duì)螺桿的淬火熱處理工藝進(jìn)行研究，使螺桿淬火硬度符合要求。

【關(guān)鍵詞】高鉻鑄鐵；螺桿

引言

高鉻鑄鐵螺桿鑄件加工余量單邊2mm，如果鑄件表面有較大的缺陷（夾渣、砂眼等），基本不能夠加工掉，而螺桿材質(zhì)為高鉻鑄鐵，該材料的焊補(bǔ)性能很差，不能焊補(bǔ)，因此當(dāng)加工后存在較大缺陷時(shí)，只能報(bào)廢。目前，由于螺桿鑄件表面缺陷多、變形問(wèn)題，造成鑄件成品率較低，為70%左右。為了提高其成品率，應(yīng)對(duì)其鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)和過(guò)程控制；同時(shí)，高鉻鑄鐵螺桿要求≥60HRC，但淬火后硬度不穩(wěn)定，有時(shí)不能達(dá)不到要求，應(yīng)對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。

1.鑄造工藝研究

1.1澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)如圖1所示的澆注系統(tǒng)，將該工藝用MAGMA凝固模擬軟件模擬，模擬結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出該工藝不會(huì)產(chǎn)生疏松。該澆注系統(tǒng)為頂注式，鐵水充型不平穩(wěn)，易產(chǎn)生飛濺，但考慮到熔模精密鑄造工藝的澆注系統(tǒng)要求簡(jiǎn)單方便，綜合考慮該工藝是合理的。

1.2 蠟?zāi)?、制殼、脫蠟焙燒工?/p>

（1）蠟?zāi)＂贋榱朔乐瓜災(zāi)Ｗ冃?，蠟膏注入模具后，一?分鐘后再起模，蠟?zāi)Ｈ〕龊髴?yīng)立即放入水中，防止變形。②每根蠟?zāi)?yīng)用專(zhuān)門(mén)的工裝檢查蠟?zāi)５淖冃瘟?，蠟?zāi)Ｗ冃瘟繎?yīng)≤1mm，如果有較多的蠟?zāi)３^(guò)1mm，應(yīng)及時(shí)通知壓蠟人員，延長(zhǎng)起模時(shí)間。③蠟?zāi)１砻娌辉试S存在凹坑和內(nèi)尖角，因?yàn)榘伎雍蛢?nèi)尖角制殼后產(chǎn)生凸出點(diǎn)，澆注時(shí)易形成砂眼，而且蠟?zāi)１砻姘細(xì)ご?，?huì)使鑄件在加工時(shí)，該位置不能夠加工出來(lái)，所以為了控制鑄件質(zhì)量，蠟?zāi)１砻嬉欢ㄒ蘩砥秸?；④焊蠟時(shí)，為了使兩根蠟?zāi)Ｖg的涂料能夠有足夠的厚度，兩根蠟?zāi)Ｖg的距離要保持≥10mm。

（2）制殼

螺桿生產(chǎn)采用水玻璃制殼工藝，制殼是非常重要的工序，如果該工序沒(méi)有控制好，鑄件容易產(chǎn)生起皮、砂眼等鑄造缺陷。制殼工藝：①型砂要求粒度均勻，粉塵少，濕度小，并將大顆粒砂子與涂料結(jié)塊篩去，尤其是面層、二層、三層。表面層或加固層第一層砂料中的粉塵過(guò)多， 撒砂時(shí)粉塵先粘附在涂料層的表面， 而使合格的砂子粘得很少或粘不上，下一層涂料粘在這一層浮砂的表面產(chǎn)生了隔離面。隨著焙燒溫度的升高，殼層沿著隔離面分層起夾層，向型腔內(nèi)鼓脹產(chǎn)生裂紋，鋼水滲入包夾層形成起皮。②選擇合理的涂料粘度和硬化時(shí)間。一般表面層用砂較細(xì)，撒砂后的砂粒間隙較小，若加固層第一層涂料粘度較大，涂料不能很好地滲透到砂粒間隙中與砂粒包裹粘結(jié)在一起或包覆的粘結(jié)力較小。隨著焙燒溫度的升高，表面層同加固層之間出現(xiàn)夾層，向型腔內(nèi)鼓脹，鋼水滲入夾殼層形成起皮。如果粘度太小，易使鑄件產(chǎn)生粘砂。③選擇合理的干燥時(shí)間，目測(cè)為不濕不白。表面層或加固層第一層型殼硬化后， 殘留在表面上的氯化按硬化劑失水濃縮，如果在型殼的表面上尤其是底部積聚得較多，蒸發(fā)得較慢，形成了一層隔膜，阻礙了下一層涂料與上一殼層的粘合。隨著焙燒溫度的升高，殼層從隔膜處分出夾層，向型腔內(nèi)鼓脹，鋼水滲入夾殼層導(dǎo)致鑄件起皮。

（3）脫蠟焙燒

螺桿脫蠟要求：①脫蠟前應(yīng)將澆口杯邊緣修平，并吹去浮砂，并放入水中清洗。②脫蠟過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查脫蠟液溫度是否符合工藝要求，若不符合應(yīng)及時(shí)調(diào)整。③脫蠟液溫度不得低于90℃，嚴(yán)禁在脫蠟液沸騰的狀態(tài)下脫蠟。

螺桿模殼焙燒要求：①模殼焙燒時(shí)，澆口向下放置，防止模殼焙燒時(shí)砂子掉入型腔中，形成砂眼。②焙燒溫度停留在上限溫度的時(shí)間最好不要超過(guò)30分鐘，焙燒溫度越高，保溫時(shí)間相應(yīng)縮短。焙燒合格的型殼出爐時(shí)，應(yīng)呈白色或淡粉紅色，不冒煙。如呈深灰色，則模殼焙燒不良。

1.3 熔煉澆注工藝

（1）澆注前，將模殼倒三次，如果型殼中的型殼材料未倒干凈，易使鑄件產(chǎn)生夾砂。（2）澆包嘴和澆包壁上殘留的熔渣清除干凈。（3）待金屬爐料全部熔化并提溫至1480℃后，先后加入錳鐵、硅鐵及鋁進(jìn)行充分脫氧；采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，溫度不能太高，溫度達(dá)到1500℃～1520℃時(shí)即可出爐，鐵液在包內(nèi)應(yīng)停留一段時(shí)間進(jìn)行鎮(zhèn)靜，在1420℃左右時(shí)澆注。

2.熱處理工藝研究

螺桿的材質(zhì)為高鉻鑄鐵，牌號(hào)為KmTB20Cr。高鉻鑄鐵在鑄型中冷卻時(shí)，基體過(guò)飽和地溶解了碳及合金元素。在以后的熱處理過(guò)程中，隨著加熱溫度的升高，碳和合金元素的擴(kuò)散能力逐漸增強(qiáng)，將導(dǎo)致顆粒狀或針狀二次碳化物析出[1]，所以高鉻鑄鐵淬火后的組織為馬氏體+塊狀M7C3碳化物+粒狀二次碳化物+殘余奧氏體，這樣的高鉻鑄鐵在具有高耐磨性的同時(shí)，也具有相當(dāng)?shù)捻g性，減小了開(kāi)裂傾向。

螺桿的加工工藝流程為：鑄造—軟化退火處理—機(jī)加工—淬火熱處理—包裝發(fā)貨。螺桿鑄造后硬度高，加工前需要軟化退火后才能加工。其淬火熱處理工藝為先升溫至950℃，保溫2～3小時(shí)出爐風(fēng)冷。螺桿淬火后硬度要求≥6OHRC，但其硬度不穩(wěn)定，有時(shí)達(dá)不到要求。未解決硬度不穩(wěn)定，采取提高淬火溫度，具體采用如下三種熱處理工藝方案：（1）軟化退火工藝為升溫至850℃±10℃，保溫2～3小時(shí)爐冷；淬火工藝為升溫至950℃±10℃，保溫2～3小時(shí)出爐空冷或風(fēng)冷。（2）軟化退火工藝為升溫至850℃±10℃，保溫2～3小時(shí)爐冷；淬火工藝升溫至1000℃±10℃，保溫2～3小時(shí)出爐空冷或風(fēng)冷。（3）軟化退火工藝為升溫至850℃±10℃，保溫2～3小時(shí)爐冷；淬火工藝為升溫至1050℃±10℃，保溫2～3小時(shí)出爐空冷或風(fēng)冷。

從表2中可以看到：（1）淬火溫度分別為950℃、1000℃且空冷，硬度不能達(dá)到60HRC以上；淬火溫度為1050℃且空冷，硬度為61.5～62.5HRC以上，硬度余量較少。（2）淬火溫度為950℃且風(fēng)冷，硬度為60～62HRC，硬度余量較少；淬火溫度為1000℃且風(fēng)冷，硬度為62～63HRC；淬火溫度為1050℃且風(fēng)冷，硬度為65～66HRC。（3）隨著淬火溫度的升高，硬度相應(yīng)升高。大批量生產(chǎn)時(shí)，為了使硬度能夠穩(wěn)定達(dá)到60 HRC以上，應(yīng)選擇淬火溫度為1000℃～1050℃且風(fēng)冷較為合適。

3.生產(chǎn)試驗(yàn)

采用上述的工藝批量生產(chǎn)三批螺桿，每批分別為150根、200根、180根，加工后其成品率達(dá)到90%以上；淬火后每批分別抽檢5根螺桿測(cè)試其硬度，其硬度均符合要求。

4.結(jié)論

（1）通過(guò)鑄造工藝改進(jìn)和過(guò)程控制，減少了鑄件表面缺陷和變形，提高了鑄件成品率，鑄件的成品率由70%提高到90%以上。

（2）通過(guò)熱處理工藝的研究，使淬火硬度穩(wěn)定達(dá)到60HRC以上。研究表明，淬火溫度為950℃且風(fēng)冷，硬度為60～62HRC；淬火溫度為1000℃且風(fēng)冷，硬度為62～63 HRC；淬火溫度為1050℃且風(fēng)冷，硬度為65～66 HRC。批量生產(chǎn)時(shí)為了使硬度能夠穩(wěn)定達(dá)到60 HRC以上，應(yīng)選擇淬火溫度為1000～1050℃且風(fēng)冷。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇俊義.鉻系耐磨白口鑄鐵[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，l990：7～8

作者簡(jiǎn)介

陳亞飛，女，（1983.4-），四川內(nèi)江，材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)，本科學(xué)歷.