大型不銹鋼機(jī)殼鑄件鑄造工藝研究

鄭 策

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司，遼寧110021)

1 機(jī)殼鑄件工藝研發(fā)

1.1 鑄造工藝難點(diǎn)分析

上機(jī)殼鑄件毛重33.5 t，下機(jī)殼鑄件毛重46 t，整體UT+MT，尺寸精度等級(jí)CT13，毛坯面表面粗糙度低于25 μm，特殊局部區(qū)域低于12.5 μm。該上、下機(jī)殼鑄件主體結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在于下機(jī)殼另設(shè)有四個(gè)異形管口，管壁尺寸僅為50 mm，法蘭厚度180 mm，形狀不規(guī)則，順序補(bǔ)縮困難，輪廓尺寸為5050 mm×4400 mm×3000 mm，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在造型操作過(guò)程中不易控制，尺寸精度很難保證。

根據(jù)以上分析，在鑄造工藝設(shè)計(jì)上主要針對(duì)下機(jī)殼鑄件進(jìn)行工藝研發(fā)。

1.2 鑄造工藝設(shè)計(jì)

為保證鑄件整體質(zhì)量，在中分面法蘭位置設(shè)置環(huán)形冒口，保證鋼水補(bǔ)縮和氣體、渣子的充分上浮。管口法蘭位置厚度是管壁厚度3.5倍左右，設(shè)置暗冒口對(duì)該位置進(jìn)行補(bǔ)縮，同時(shí)在此處設(shè)置水口提高冒口補(bǔ)縮能力。

依據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，環(huán)帶位置加補(bǔ)貼形成順序凝固條件，并設(shè)置暗冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，同時(shí)設(shè)置冷鐵冷卻末端，下機(jī)殼鑄件初步工藝方案見(jiàn)圖2。

方案模型建立后，使用CAE模擬軟件對(duì)鑄件工藝進(jìn)行驗(yàn)證，確定鑄件可能出現(xiàn)縮孔、疏松等缺陷傾向的位置，并根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝。下機(jī)殼鑄件初步工藝方案液相顯示見(jiàn)圖3。從模擬結(jié)果液相顯示可以看出，鑄件環(huán)帶位置順序凝固良好，管口法蘭液相凝固向暗冒口推進(jìn)，證明此方案工藝設(shè)計(jì)較為合理。

圖1 機(jī)殼鑄件Figure 1 Shell casting

圖2 下機(jī)殼鑄件初步工藝方案Figure 2 Preliminary process plan for the bottom half of shell casting

初步工藝方案確認(rèn)后，與一線操作者就此工藝方案進(jìn)行可行性論證，考慮到鑄件無(wú)損檢測(cè)的要求，對(duì)里腔非環(huán)帶區(qū)域也增加了補(bǔ)貼，并針對(duì)環(huán)形冒口在后期清理環(huán)節(jié)切割時(shí)容易引起局部過(guò)熱導(dǎo)致裂紋和切割過(guò)量等問(wèn)題，將環(huán)形冒口進(jìn)行局部分割，兩端軸法蘭區(qū)域改為足夠補(bǔ)縮的獨(dú)立冒口，見(jiàn)圖4。

圖3 下機(jī)殼鑄件初步工藝方案液相顯示Figure 3 Liquid phase display of preliminary process plan for the bottom half of shell casting

圖4 下機(jī)殼鑄件確定工藝方案Figure 4 Confirmed process plan for the bottom half of shell casting

圖5 熱處理工藝Figure 5 Heat treatment process

調(diào)整后的工藝方案經(jīng)過(guò)模擬，縮孔顯示集中在冒口位置，下機(jī)殼鑄件工藝最終方案得以確定。

2 工藝實(shí)施

2.1 模型制作

模型使用木+鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)，數(shù)控加工成型，保證表面型線及光潔度，模型制作過(guò)程中，工藝相關(guān)人員及時(shí)跟蹤，對(duì)特殊關(guān)鍵尺寸進(jìn)行三坐標(biāo)測(cè)量。

2.2 造型控制

考慮到鑄件型腔復(fù)雜，單塊砂芯巨大，為典型“薄皮大餡”結(jié)構(gòu)，芯骨強(qiáng)度要求高，需要設(shè)計(jì)專用芯骨，并且芯吊位置需同時(shí)考慮下芯操作時(shí)的平衡性。芯盒活塊與砂接觸表面積大，局部溝槽吃砂較深，手工起模難以達(dá)成，需采用平臺(tái)車水平方向、天車垂直方向同時(shí)起模的形式；大砂芯異形結(jié)構(gòu)，重心不平穩(wěn)，對(duì)于下芯操作造成困難，需使用小型鉸鏈吊索配合調(diào)平，并用專用天平吊具輔助量尺下芯，保證尺寸達(dá)到精度要求。

2.3 型砂及涂料質(zhì)量控制

嚴(yán)格控制機(jī)殼鑄件用型、芯砂質(zhì)量，考慮到堿性酚醛樹(shù)脂砂在高溫下優(yōu)良的可塑性，可最大限度減少熱裂風(fēng)險(xiǎn)；調(diào)整砂與堿酚醛樹(shù)脂、固化劑配比，滿足型砂、芯砂不同的使用強(qiáng)度要求。對(duì)易粘砂部位及圓角部位敷鉻鐵礦砂。

使用福士科復(fù)合型耐火涂料，第一層使用I型低波美度高滲透涂層，第二層使用II型高波美度耐火涂層，每遍刷涂期間使用砂紙打磨，最終達(dá)到耐火層要求厚度，要求表面光滑無(wú)流痕，這是獲得優(yōu)良鑄件表面的前提。

2.4 冶煉與澆注控制

機(jī)殼鑄件材質(zhì)為ZG06Cr13Ni4Mo，采用氧化法進(jìn)行鋼水冶煉，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，采用VOD真空爐脫碳，在極限真空狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)去C保Cr的目的，嚴(yán)格控制鋼水中的H、O含量，降低鑄件內(nèi)部氣孔風(fēng)險(xiǎn)。鑄件澆注前，型腔通氬氣保護(hù)鋼水，防止氧化。目標(biāo)澆注溫度設(shè)定為1570℃，依據(jù)澆注溫度，結(jié)合實(shí)際情況，控制出鋼溫度。

2.5 清理及熱處理

退火后帶溫300℃以上切割冒口，冒口留余量30～50 mm，鑄件溫度不能低于150℃，隨時(shí)用紅外測(cè)溫儀監(jiān)控，低于150℃時(shí)視情況采取整體上窯進(jìn)行300℃保溫或采用局部煤氣加熱等措施，防止鑄件產(chǎn)生裂紋。切割冒口時(shí)盡可能不全切，如果確需切除冒口，要采取石棉布保溫。冒口切割后，立即進(jìn)行回火處理(包砂較嚴(yán)重時(shí))，防止鑄件因此產(chǎn)生裂紋?；鼗鹛幚砗螅瑤?00℃以上吹包砂，切除剩余的澆道及冒口，去飛邊、毛刺、多肉等，要求正、回火前將包砂清理干凈，確保熱處理后鑄件的組織及性能合格。機(jī)殼鑄件熱處理裝爐時(shí)法蘭面朝下，墊穩(wěn)、墊平，防止變形，采用退火+回火+一正+一回的熱處理工藝，見(jiàn)圖5。

3 產(chǎn)品檢驗(yàn)

首批兩件上、下機(jī)殼鑄件按此工藝及作業(yè)要領(lǐng)控制生產(chǎn)，落砂后目視鑄件表面良好，無(wú)大面積氣孔、粘砂現(xiàn)象；切割冒口后，沒(méi)有明顯縮孔縮松缺陷，證明工藝設(shè)計(jì)是合理的。

經(jīng)檢測(cè)，產(chǎn)品化學(xué)成分、力學(xué)性能及UT、MT無(wú)損檢測(cè)結(jié)果均滿足客戶技術(shù)要求。