【摘要】 詳細(xì)介紹了如何控制化學(xué)成分生產(chǎn)球墨鑄鐵缸體鑄件的過程，以及在生產(chǎn)中采取了強(qiáng)制冷卻、鐵液精煉、澆口塞裝置等工藝措施。我廠生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)十二缸體大型高檔鑄件(見圖1) ，材質(zhì)為QT500 —7 ，其輪廓尺寸為2794mm ×1376mm×1288 mm。
澆注重量為9. 1t ，最小壁厚20mm,最大壁厚130mm，壁厚相差懸殊。該件對(duì)化學(xué)成分、尺寸精度、外觀質(zhì)量、內(nèi)部粗糙度及冶金質(zhì)量等要求非常嚴(yán)格，且需進(jìn)行超聲波探傷，經(jīng)機(jī)加工后要求無任何鑄造缺陷。
一、鑄件工藝難點(diǎn)分析
( 1) 鑄件質(zhì)量及尺寸精度要求嚴(yán)格 主要壁厚公差≤±5 % 。尺寸精度、力學(xué)性能必須達(dá)到中國(guó)船級(jí)社( CCS) 的標(biāo)準(zhǔn)要求; 同時(shí)對(duì)化學(xué)成分要求也非常嚴(yán)格，特別是wS 應(yīng)< 0.015 % 。
( 2) 鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜 十二缸體主軸瓦口6 —R15 mm×1080mm、壁厚41 mm；主油道100mm ×2794mm,縱貫鑄件全長(zhǎng)，鑄死后形成一個(gè)長(zhǎng)熱節(jié)；鑄件上大小加工孔、橢圓毛坯孔、大小方門甚多；肋板多而縱橫交錯(cuò)，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。因此，在生產(chǎn)過程中，極易產(chǎn)生縮孔、粘砂等鑄造缺陷。
( 3) 造型困難 由于十二缸鑄件形狀復(fù)雜，造型時(shí)保持外觀幾何形狀和尺寸精度很困難。
二、鑄造工藝的控制
1. 造型工藝
由于鑄件形狀復(fù)雜，不僅要求有高質(zhì)量的木模，且木模不能變形，因此制作起來很困難。為了保證木模質(zhì)量，采用經(jīng)紅外線干燥的優(yōu)質(zhì)紅松與20mm 厚的多層膠合板制成。
2. 型、芯工藝設(shè)計(jì)
芯子的工藝設(shè)計(jì)對(duì)鑄件的尺寸精度至關(guān)重要，其應(yīng)滿足下列要求：
( 1) 芯子便于固定和排氣。
( 2) 在制芯方便的情況下，芯子的數(shù)量應(yīng)盡可能少，以減小累積誤差。
( 3) 便于下芯及測(cè)量尺寸。
( 4) 盡可能有一個(gè)平整的填砂面。
( 5) 便于開設(shè)澆注系統(tǒng)及清砂。
( 6) 確保芯子的強(qiáng)度和剛度。
( 7) 芯子的形狀尺寸及在鑄型中的位置應(yīng)滿足鑄件尺寸公差要求。
為使型、芯的尺寸精度達(dá)到要求，全部采用冷硬呋«樹脂砂造型；為防止鑄件產(chǎn)生機(jī)械粘砂、氣孔、脈紋等缺陷，在型砂中加入氧化鐵粉，并在型、芯表面刷鋯英粉醇基快干涂料，涂料厚度0. 5mm，并作打磨處理，以保證表面粗糙度要求；為確保鑄件尺寸精度，采用卡板進(jìn)行測(cè)試。十二缸體鑄件外形及內(nèi)腔由69 個(gè)砂芯組成( 見圖2) ，采用型板組芯造型方法，并用26 種卡板( 樣板) 控制砂芯在鑄型中的位置尺寸。
3. 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道800mm ( 2 個(gè)) 、橫澆道120mm ( 2 個(gè)) 、分直澆道50mm ( 12 個(gè)) 、內(nèi)澆道35mm ( 27 個(gè)) 組成開放式澆注系統(tǒng)體系。
4. 澆注系統(tǒng)的計(jì)算
( 1) 鐵液消耗總重量的計(jì)算 考慮該球墨鑄鐵件較厚大，采用開放式澆注系統(tǒng)，且澆注系統(tǒng)較大，澆冒口重量按鑄件毛重的40 % 估算。鐵液消耗總重量G = 鑄件毛重+ 澆冒口重量=( 6500 +6500 ×40 %) kg =9100kg
( 2) 澆注時(shí)間的計(jì)算 由下式可得：
5. 補(bǔ)縮冒口與出氣冒口的設(shè)計(jì)
( 1) 補(bǔ)縮冒口的設(shè)計(jì) 采用順序凝固原則，使冒口后于鑄件熱節(jié)處凝固，以強(qiáng)化對(duì)鑄件液態(tài)體收縮的補(bǔ)給能力。
設(shè)置補(bǔ)縮冒口：14 —170mm/ 60mm×650mm。
( 2) 出氣冒口的設(shè)計(jì) 為加大鑄型整體排氣能力，安放出氣冒口10 —60mm×30mm×650mm。
6. 鑄件厚大部分的質(zhì)量控制
由于鑄件壁厚相差很大，因此為了使鑄件達(dá)到均衡凝固，對(duì)鑄件厚大部分采用強(qiáng)制冷卻方法，十二缸體鑄件采用石墨冷鐵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
7. 其他
合箱前，型腔尺寸經(jīng)卡板檢驗(yàn)后方可進(jìn)行合箱操作。為了防止?jié)q箱，除使用螺栓緊固砂箱外，還采用兩道壓梁壓砂箱。
三、生產(chǎn)條件及技術(shù)要求
1. 生產(chǎn)條件
使用一臺(tái)20t 無芯工頻感應(yīng)電爐，一臺(tái)10t 鐵液包，一臺(tái)美國(guó)進(jìn)口DV4 光譜分析儀，一臺(tái)PY45 型數(shù)字溫度計(jì)。
2. 技術(shù)條件
( 1) 材質(zhì)為QT500 —7 ，化學(xué)成分見表1 ，單鑄試塊為75Y 。
( 2) 力學(xué)性能見表2 。
( 3) 鑄件必須經(jīng)超聲波探傷，機(jī)加工后無任何鑄造缺陷，主要壁厚公差≤ ±5 % ，尺寸精度、力學(xué)性能必須達(dá)到中國(guó)船級(jí)社( CCS) 的標(biāo)準(zhǔn)要求。
四、熔煉工藝的控制
1. 原材料
( 1) 生鐵 采用Q10 專用球墨鑄鐵生鐵，加入量為70 %～80 % 。
( 2) 廢鋼 選普通碳素鋼，厚度≥3mm ，加入量為20 %～30 % 。
( 3) 球化劑 采用RE3 - Mg8 稀土鎂硅鐵球化劑，粒度1 ～30mm，加入量為2. 0 % 。
( 4) 孕育劑 采用75FeSi ，加入方式分包內(nèi)、浮硅和瞬時(shí)孕育三種。
( 5) 脫硫劑 采用工業(yè)純堿Na2CO3 粉，加入量為0. 5 % ～1. 0 % 。
( 6) 增碳劑 類石墨，粒度為30 ～60mm，加入量視爐前試樣化驗(yàn)結(jié)果而定。
2. 鐵液的熔化與精煉
爐料化清后，待溫度升到1430 ℃以上時(shí)取樣化驗(yàn)成分，并根據(jù)結(jié)果調(diào)整至控制范圍。然后提溫至1500 ℃，進(jìn)行短時(shí)間的過熱精煉以達(dá)到去氣、去渣的目的。
3. 脫硫處理
當(dāng)鐵液升溫到1500 ℃精練后，加入0. 5% 的脫硫劑進(jìn)行一次脫硫處理，根據(jù)脫硫結(jié)果，再進(jìn)行二次脫硫，加入量為0. 3 %～0. 5% 。
4. 球化孕育處理
采用包內(nèi)球化、孕育處理，球化劑的加入量為2.0% ，包內(nèi)孕育劑為0.5 %； 隨流孕育：在出鐵時(shí)，隨流加入粒度為8 ～10mm 的75SiFe 孕育劑0. 4% ，加入時(shí)間占出鐵時(shí)間的80 % ～90% 。浮硅孕育：鐵液處理后，每包鐵液加入塊度為60 ～80mm 的75SiFe 孕育劑0. 2%； 瞬時(shí)孕育：澆注時(shí)加入粒度為0. 5 ～2mm 硅鋇合金孕育劑，加入量為0. 1% ，處理溫度為1420 ℃。
五、澆注工藝
采用專用澆口箱，箱內(nèi)有專用澆口塞。當(dāng)澆口箱澆滿時(shí)再拔出澆口塞。在型腔內(nèi)安置一個(gè)指示燈，燈亮?xí)r停止?jié)沧?，這時(shí)澆口箱內(nèi)的鐵液正好充滿型腔和冒口。此裝置可達(dá)到減少吸氣和擋渣的效果。澆注溫度控制在( 1330 ±10) ℃。
六、生產(chǎn)結(jié)果
我廠已生產(chǎn)6 件十二缸鑄件，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3 、表4 。
經(jīng)檢驗(yàn)，鑄件的化學(xué)成分、力學(xué)性能和尺寸精度等均滿足技術(shù)指標(biāo)要求，取得了較好的效果。
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