消失模鑄造球墨鑄鐵件的工藝探討

（一拖（洛陽(yáng)）鑄造有限公司，河南洛陽(yáng) 471004）

消失模鑄造球墨鑄鐵件的工藝探討

張孟琨,宋巖,軒世成,蔣衛(wèi)東

（一拖（洛陽(yáng)）鑄造有限公司，河南洛陽(yáng) 471004）

針對(duì)消失模鑄造球墨鑄鐵件出現(xiàn)的球化衰退、表面砂渣孔及鑄件變形等問題，結(jié)合消失模工藝的特點(diǎn)，進(jìn)行了工藝改進(jìn)，經(jīng)大批量生產(chǎn)驗(yàn)證，使上述問題得到了有效的控制，產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

消失模；球墨鑄鐵；球化衰退；砂渣孔；變形；工藝改進(jìn)

一拖（洛陽(yáng)）鑄造有限公司（以下簡(jiǎn)稱“一拖鑄造”）于2015年建成投產(chǎn)了一條1.5萬(wàn)噸消失模生產(chǎn)線（見圖1），以生產(chǎn)中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司大、中型輪式拖拉機(jī)的殼體類鑄件為主，鑄件毛坯質(zhì)量不大于100 kg，材質(zhì)以HT250和QT500-7為主。

圖1 消失模生產(chǎn)線

一拖鑄造從2015年5月份開始在消失模線生產(chǎn)球墨鑄鐵件，由于對(duì)消失模技術(shù)認(rèn)知程度有限，關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù)還未掌握，面對(duì)全新的裝備和部分尚未涉及的工藝領(lǐng)域，尤其是在生產(chǎn)球墨鑄鐵件過(guò)程中出現(xiàn)了許多生產(chǎn)組織及產(chǎn)品質(zhì)量方面的問題。通過(guò)近半年不斷地學(xué)習(xí)和摸索，針對(duì)在消失模線生產(chǎn)球墨鑄鐵件出現(xiàn)的球化衰退、表面渣孔、鑄件變形等主要問題，進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)和改進(jìn)，制定了一套完整的生產(chǎn)工藝，使球鐵件產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

1 生產(chǎn)條件

消失模造型線主要工藝參數(shù)：

年設(shè)計(jì)生產(chǎn)綱領(lǐng)：雙班制1.5萬(wàn)t合格鑄件

砂箱尺寸：1 200×1 100×1 300(mm)

生產(chǎn)節(jié)拍：15箱/h

鑄件箱內(nèi)冷卻時(shí)間：大于150 min

真空度：-0.04～-0.06 MPa

熔化設(shè)備：

一套10 t一拖二6 000 kW中頻感應(yīng)電爐

2 產(chǎn)品基本情況

消失模線生產(chǎn)的2種球墨鑄鐵件（圖2）均為中馬力輪式拖拉機(jī)上的動(dòng)力傳動(dòng)殼體，主要參數(shù)見表1。

圖2 傳動(dòng)殼體

表1 產(chǎn)品主要參數(shù)

產(chǎn)品技術(shù)要求：鑄件金相組織的球化率不低于3級(jí);鑄件表面不允許存在砂、渣孔等也洞類缺陷，鑄件變形小于0.5 mm;鑄件化學(xué)成份見表2。

表2 鑄件化學(xué)成份 %

3 生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的主要問題及原因分析

3.1 球化衰退

球化衰退是指經(jīng)球化處理過(guò)的同一包鐵液，先澆注的鑄件球化良好，而后澆注的球化不良；或是在爐前檢驗(yàn)球化良好，但在鑄件上出現(xiàn)球化不良。這表明經(jīng)球化處理后的鐵液在停留一段時(shí)間后球化效果會(huì)下降甚至消失，這種現(xiàn)象即為球化衰退。

在消失模線生產(chǎn)球鐵件初期，殼體鑄件金相組織的球化率低于3級(jí)即球化衰退的比例接近40%，個(gè)別包次鑄件的金相組織球化級(jí)別甚至達(dá)到5級(jí)，無(wú)法滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

球化衰退的原因分析：

（1）與砂型鑄造相比，采用消失模工藝生產(chǎn)需要更高的澆注溫度,一般情況下，鐵液澆注要高出砂型鑄造40～50 ℃，一拖鑄造工藝規(guī)定的球墨鑄鐵件的澆注溫度是1 450～1 480 ℃。由于在球墨鑄鐵的球化、孕育處理過(guò)程中要加入大量的處理劑，這使得鐵液溫度要降低50～100 ℃。因此，為了保證澆注溫度，鐵液的出鐵溫度必須足夠高，工藝規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)出鐵溫度為1 560～1 570 ℃。球化處理采用沖入法，如此高的出鐵溫度必然會(huì)加快球化反應(yīng)速度以及對(duì)球化劑、孕育劑的燒損，在使用常規(guī)球化劑和孕育劑的情況下，我們認(rèn)為這是導(dǎo)致球化衰退的主要原因之一。

（2）經(jīng)球化處理好的鐵液要經(jīng)過(guò)爐前扒渣、叉車轉(zhuǎn)運(yùn)、測(cè)溫、天車轉(zhuǎn)運(yùn)等4個(gè)環(huán)節(jié)后才能開始澆注，期間鐵液的停留時(shí)間如果過(guò)長(zhǎng)，造成澆注時(shí)間減短，也會(huì)導(dǎo)致球化衰退。

（3）關(guān)于球化處理包的使用問題。在球墨鑄鐵件的生產(chǎn)初期，由于產(chǎn)量小，沒有使用球化處理專用包，而是使用一般的灰鑄鐵澆注包，只是在包底一側(cè)修出堤壩而已。在球化處理過(guò)程出現(xiàn)了反應(yīng)劇烈、鐵液降溫快、扒渣慢等一系列問題，也是導(dǎo)致最終球化衰退的原因之一。

3.2 表面砂渣孔

表面砂渣孔是指出現(xiàn)在鑄件外表面上的孔洞類缺陷，鐵液從出爐、球化及孕育處理到澆注，其中的夾雜物和充型過(guò)程中產(chǎn)生的氧化物如不能除凈，最終將上浮到鐵液表面形成渣孔或夾渣類缺陷（見圖3）。

圖3 表面渣孔

表面砂渣孔的來(lái)源主要有三個(gè)方面，一是球化、孕育處理過(guò)程中產(chǎn)生的夾雜物，二是聚渣劑殘留，三是澆注包修包材料脫落。當(dāng)上述這些雜物未得到全面、認(rèn)真的清除，在澆注過(guò)程中便隨著鐵液流進(jìn)行型腔，由于它們的比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鐵液，最終上浮在鑄件表面形成孔洞類缺陷。

在消失模球鐵生產(chǎn)過(guò)程中，為確保澆注溫度和球化效果，各工序必須盡可能地縮短時(shí)間，所以在對(duì)鐵液處理的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)夾雜物清理不凈的現(xiàn)象，而且即便是表面的處理干凈了，但鐵液內(nèi)部的夾雜物會(huì)慢慢上浮，所以必須針對(duì)這類缺陷采取有效的措施。

3.3 鑄件變形

鑄件變形是消失模工藝生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷之一，產(chǎn)生變形的主要原因是泡沫塑料的強(qiáng)度低，具有變形的可能性。除產(chǎn)品結(jié)構(gòu)因素外，容易導(dǎo)致鑄件變形的幾個(gè)重要工序點(diǎn)為： ①白模在烘干過(guò)程中的擺放方式；②組模過(guò)程；③完成浸料后在烘干架上的擺放方式；④澆注完成后保壓時(shí)間。

4 采取的工藝措施

4.1 球化衰退工藝措施

（1）經(jīng)試驗(yàn)，使用了常州某品牌消失模專用球化劑和孕育劑，該產(chǎn)品適應(yīng)消失模工藝的特點(diǎn)，在出爐溫度較高的情況下，具有較強(qiáng)的抗衰退能力。

（2）更新了4個(gè)球化澆注包，堤壩完整，澆包高度與直徑比為1.8:1。

（3）根據(jù)鐵液實(shí)際S含量，適時(shí)調(diào)整球化劑的加入量（1.5～1.7%）。

（4）原鐵液成份控制見表3。

（5）嚴(yán)格控制出鐵溫度，電爐鐵液測(cè)溫超過(guò)1 580 ℃，不允許出鐵。

表3 化學(xué)成份 %

（6）壓縮球化處理后各工序的時(shí)間，使整個(gè)球化處理、孕育、澆注等過(guò)程更加緊湊，從出鐵到最后一件澆注完成，全部時(shí)間控制在10 min之內(nèi)。

（7）合理裝箱，既可提高生產(chǎn)效率，又能最大限度地加快澆注速度。

4.2 表面砂渣孔工藝措施

對(duì)于因鐵液內(nèi)夾雜物產(chǎn)生的表面缺陷，除了從操作上嚴(yán)格要求外，例如要盡可能地將渣子扒干凈、澆注前吹凈出鐵口的浮渣、浮砂及聚渣劑等，最關(guān)鍵、最有效的措施是在澆注系統(tǒng)內(nèi)增加了泡沫過(guò)濾器。但在選擇過(guò)濾片時(shí)一定要注意以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)選用耐火度相對(duì)高的泡沫過(guò)濾器，消失模鑄造球鐵件的澆注溫度一般在1 450 ℃以上，所以選用的泡沫過(guò)濾器的耐火度應(yīng)不低于1 480 ℃，另根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)球鐵件時(shí)不適宜用直孔過(guò)濾器。

（2）過(guò)濾器的安放位置有兩處可選擇，一是放在直澆盆內(nèi)，出鐵時(shí)鐵液直接沖入，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，對(duì)過(guò)濾片的強(qiáng)度有更高的要求。二是安放在直澆口棒的中間部位，鐵液在進(jìn)入過(guò)濾片前有一定的緩沖，而且避渣效果好。

4.3 鑄件變形工藝措施

（1）組模前對(duì)易變形產(chǎn)品的白模嚴(yán)格檢查，放在平板上100%用塞尺檢查，合格后方可進(jìn)入下道工序。

（2）掛涂料和裝箱造型時(shí)要結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，注意操作方式。（3）適當(dāng)延長(zhǎng)澆注后的保壓時(shí)間，不低于10 min。（4）從工藝上增加工藝支撐、工藝?yán)睿岣吣拥膭傂?，如圖4所示。

圖4 工藝?yán)?/p>

5 改進(jìn)效果及結(jié)論

通過(guò)上述工藝改進(jìn)：①鑄件球化級(jí)別達(dá)到3級(jí)以上，合格率100%，鑄件表面的砂渣孔大幅度減少，鑄件變形問題得到有效控制；②在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了消失模鑄造球墨鑄鐵件的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品成品率＞90%。

與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝不同，消失模工藝有其自身的特點(diǎn)，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，一方面要借鑒砂型鑄造的成熟工藝，另一方面則必須結(jié)合其特點(diǎn)選擇合適的原材料和工藝。對(duì)一拖鑄造而言，消失模工藝仍然處于摸索和學(xué)習(xí)階段，生產(chǎn)中遇到的問題仍然很多，例如鑄件的變形問題、組模效率的提升問題、黑區(qū)的澆注問題等，這些工藝問題都有待廣大技術(shù)人員不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)踐，而逐一克服、解決，最終達(dá)到提升產(chǎn)品品質(zhì)和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，并有效地推動(dòng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的目的。

[1] 黃天佑.消失模鑄造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6.

[2] 鄧宏運(yùn).消失模鑄造及實(shí)型鑄造技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.11.

[3] 中國(guó)鑄造工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)（第1卷）鑄鐵[M].北京:.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4] 范英俊，張伯明， 關(guān)洪國(guó)，等. 消失模鑄造技術(shù)在球墨鑄鐵管件生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)鑄造裝備與技術(shù),1999(6).

Study on lost foam casting process for ductile iron

ZHANG MengKun，SONG Yan，XUAN ShiCheng，JIANG WeiDong
（YTO（LuoYang）Casting Limited Company, Luoyang 471004, Henan，China）

In view of ductile iron, Ball of recession, sand and slag inclusion of casting surface and deformation problems were discussed. Combined with the characteristics of EPC technology, process improvement carried out by mass production verification, the above-mentioned problems have been effectively controlled, and the quality of the products tends to be stable.

lost foam casting; ductile iron; ball of recession; sand and slag inclusion; deformation; process improvement

TG249.6；

A；

1 006-9 658（201 6）04-0070-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.01 8

2016-01-18

稿件編號(hào): 1601-1210

張孟琨（1987—），男，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)工藝管理工作.