360㎡烧结台车中间体的铸造工艺设计及生产实践

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欢迎访问e展厅 展厅 11 铸造机械/压铸设备展厅 造型机, 压铸机, 消失模铸造设备, 混砂机, 烘砂机, ... 烧结机台车是烧结机的重要备件， 工作环境恶劣，力学性能要求较高， 在国内有能力生产该型号烧结机台车的厂家为数不多。2005 年， 我公司首次承接了马钢新区铁前系统326 台烧结机台车的生产制作任务。而在没有成熟经验的前提下， 探索成套的操作工艺， 既能保证铸件的内外质量， 又能提高生产效率， 同时对我公司开拓市场、创造系列品牌产品具有重要意义。因此， 设计合理的铸造工艺并进行有效的生产过程控制， 是保质保量完成生产任务的关键。 一、台车中间体的结构及技术要求 360㎡ 台车中间体外形轮廓尺寸为4514mm×1486mm×440mm， 毛重约5t ， 主要壁厚为40 ～50mm， 铸件不允许有影响强度的裂纹、缩孔等铸造缺陷， 材质为QT500 —7 。力学性能：σb≥500 MPa ， δ≥7 %。金相组织：球化大小≥5级， 球化级别≤4 级。 二、型砂混制工艺 1. 选用的原材料及配比 ( 1) 原砂技术指标见表1 。 ( 2) 呋«树脂技术指标见表2 。 ( 3) 固化剂型号及技术指标见表3 。 ( 4) 型砂配比见表4 。 2. 型砂混制工艺流程 采用连续式混砂机， 气动送砂， 螺旋搅拌给料， 先后加入固化剂和树脂， 连续出砂( PLC 控制) 。其混制工艺如下:石英砂+ 对甲苯磺酸搅拌1 min+ 呋« 树脂搅拌1 min出砂。 3. 型砂质量控制 树脂加入量控制在0. 8 % ～1. 0 % ， 固化剂加入量根据环境温度的变化在30 % ～60% 的范围内调整， 满足可使用时间为15min ( 12 ～0min) ， 起模时间30 ～40min，24h 抗压强度( 终强度) 为1. 1 ～1. 4MPa。 三、铸造工艺方案设计 1. 主要工艺参数 铸造工艺如图1 所示。模样的主要工艺技术参数：缩尺为0. 8 %，起模斜度为1∶100 ，加工量为14mm。 2. 模具、工装的设计与制作 树脂砂生产铸件的外观质量、尺寸精度主要取决于模具，要求树脂砂生产用模具必须具有良好的起模性和较高的起模强度，为此我们把台车生产所用外模及芯盒设计成专用金属模具，同时配以与之相适应的金属造型底板和专用砂箱。另外，外模、砂箱和底板应准确定位。 3. 浇注系统的计算 铁液经过球化、孕育处理后，温度下降较大，且易产生氧化。因此浇注系统应有： 一是能大量输送铁液；二是有更好的挡渣能力。 ( 1) 浇注时间的确定。 式中 t ———浇注时间，s ； δ———铸件主要部分平均壁厚，45mm； S1 ———系数，取2. 0 ； S2 ———修正系数，取0. 5 ； GL ———浇注重量，5500kg 。 ( 2) 内浇口总截面积的确定。 ( 3) 浇注系统各组元尺寸的确定。中型非厚壁球墨铸铁件一般采用封闭式浇注系统： Σ F 内∶ΣF 横∶ΣF 直=1∶为此，我们选择内浇道截面尺寸和数量为16 —50mm×10mm，横浇道Ⅰ截面尺寸和数量为2 —65/ 55mm×40mm，直浇道Ⅰ截面尺寸和数量为2—85mm/80mm； 横浇道Ⅱ( 过桥横浇道) 截面尺寸和数量为2 —110/ 95mm×50mm，直浇道Ⅱ 截面尺寸和数量为1—125mm/120mm，浇注系统截面积之比为： ΣF 内∶ΣF 横Ⅰ∶ΣF 直Ⅰ∶ΣF 横Ⅱ∶ΣF 直Ⅱ= 1∶1. 20∶1. 26∶1. 28∶1. 41 。 4. 冒口设计 树脂砂的刚性好，浇注初期砂型强度高，这就有条件利用铸铁凝固中的石墨化膨胀，有效地消除缩孔、缩松缺陷，但为了使浇注过程中的大量气体能顺利排出型腔，应在盖箱上均匀设置􊚼25mm 出气冒口。 在浇注后液态收缩时，大冒口起到补缩铸件的作用，但由于树脂砂铸型保温性能好，加之冒口直接与外界环境相通，固态收缩早于铸件本体，导致冒口在固态收缩时来自铸件本体的铁液补充其收缩。为解决这个问题，我们设计了缩颈冒口，使冒口颈部先于冒口上端凝固，既起到液态收缩过程中补缩铸件本体的作用，又能防止冒口凝固过程中出现“倒抽” 现象，同时也便于冒口的去除。 四、铁液熔炼及球化孕育处理工艺的选择 1. 熔炼设备 采用5t 工频炉熔炼铁液，有以下作用： ( 1) 便于进行化学成分的调整和控制。 ( 2) 有利于控制熔炼、出铁和浇注温度。 ( 3) 避免冲天炉熔炼铁液带进有害元素。 ( 4) 易于净化铁液。 2. 金属原材料的选择 ( 1) 金属料 选用优质废钢和低磷生铁，化学成分见表5 。 ( 2) 球化剂 采用钇基重稀土复合球化孕育剂，能有效防止球化衰退，抑制碳化物的产生。 ( 3) 孕育剂 选用75SiFe 和复合孕育剂。 3. 化学成分控制 化学成分控制见表6 ，其选择依据如下。 ( 1) C 在球墨铸铁中，wC 一般控制在3. 5% ～3. 9 % ，经过球化处理后，其含量通常会减少0. 1% ～0. 2 % 。实际生产中碳一般取上限，主要是为了改善铸造性能，并且利用石墨化膨胀作用补偿收缩，增加铸件的致密性。 ( 2) Si 原铁液的wSi 控制在1. 0% ～1. 5% 的范围内，主要是考虑球化孕育过程中会增硅。球墨铸铁中在一定范围内随着硅量的提高能增加铁素体含量，细化石墨，提高石墨球圆整度，但因为硅能提高韧- 脆转变温度，降低冲击韧度，所以在铁素体基体球墨铸铁中硅一般取上限，珠光体基体球墨铸铁硅取下限。由于铸件所选材质QT500 —7 为铁素体- 珠光体类型，所以我们选取终wsi 的控制范围为2. 3 %～2. 8% 。 ( 3) Mn 由于球化剂能中和一部分硫，使铁液中的有害元素硫降低到较低数值，此时锰基本上不再起中和硫的作用，而主要分布并富集于共晶团晶界上，形成珠光体，所以具有稳定碳化物和珠光体的作用，但锰过高又会降低球墨铸铁的塑性和韧性。 ( 4) S 和P 硫、磷可看成球墨铸铁中的有害元素。球化过程中，因为硫会消耗球化剂，降低球化率，加快球化衰退，引起显微夹渣，使球墨铸铁的力学性能下降或不稳定，所以应严格熔炼和球化工艺，尽量降低原铁液的含硫量，必要时采用脱硫手段达到降低硫的目的。磷主要以Fe- Fe3P、Fe- FeP- Fe3P 和复合磷共晶的形式存在于铸铁中，磷共晶的硬度高、脆性大，分布在晶粒的边界上，割裂了晶粒间的连续性，使铸铁的强度、塑性下降，硬度提高。磷的增高还会使铸铁件的缩孔、疏松及开裂倾向增加。但熔炼的过程中脱磷很难，因此应严格控制原材料中的含磷量。 4. 球化、孕育处理 ( 1) 球化处理 包底冲入法，坝高150mm，包底放入球化剂，加入量1. 4 % ～1. 8% ，扒平捣实，粒度20～30mm。再加入0. 3% 的孕育剂，粒度20 ～30mm，并在上面盖铁板。铁液分两次冲入，分别占总量的2/ 3 与1/ 3 ，浇注前扒渣取样。 ( 2) 孕育处理 二次孕育在二次出铁液时随流冲入0. 3% 的孕育剂，粒度5 ～10mm。三次孕育在浇注时从浇口杯加入0. 2% 特种孕育剂进行强化孕育处理。 5. 浇注工艺 浇注温度控制在1300 ～1330 ℃，铁液处理完后控制在15min 内浇注完毕。浇注时注意保持浇口杯呈充满状态( 快速浇注) ，浇满后再进行点浇冒口，防止出现冷隔、缩孔等铸造缺陷。 五、其他工艺措施及操作要点 ( 1) 造型合箱工艺要点 由于树脂砂流动性好，主要采用手工紧实，局部不易紧实部位用金属棒捣实；起模时间控制在30 ～40min，便于生产组织；合箱前均匀涂刷涂料，尤其是筋板位置不得漏刷，以避免粘砂。合好的铸型需用卡子紧固好，避免抬箱。 ( 2) 落砂清整及热处理 铸件在铸型中的冷却时间≥48h；铸件清理干净，打磨光滑，不得有浮砂、毛刺,对有铸造缺陷的铸件及时进行处理，焊补过的铸件焊后必须重新退火，以保证其加工性能；铸件交货前全部进行低温退火，消除内应力。退火工艺如图2 所示。 六、质量检测 1. 表面质量及外观尺寸 铸件应表面光洁，无大的粘砂、缩孔等严重影响其使用性能的铸造缺陷，外形尺寸符合设计要求。 2. 内在质量检测( 见表7) 七、分析与讨论 ( 1) 采用树脂砂造型、制芯，铸型( 芯) 无需烘干，简化了生产工序，且型砂强度、透气性和热溃散性均好于粘土砂，但其退让性较差，使铸件在收缩过程中积聚的内应力增大，增加裂纹倾向，必须通过后序低温退火来消除。 ( 2) 由于树脂砂热稳定性差，浇注过程中经铁液长时间烘烤，型芯表面层可能局部脱落，易造成铸件表面粘砂，因此把握好型芯的紧实度、涂料涂刷质量，以及控制好浇注速度非常重要。 ( 3) 利用球墨铸铁凝固过程中的自补缩作用，并辅以缩颈小冒口和大量排气孔，既能保证铸件得到有效补缩，又能及时排出型内气体，避免铸件出现大的缩孔和气孔等铸造缺陷。 ( 4) 我公司至2006 年5 月份共生产360m2 烧结机台车中间体铸件326 台，总体合格率达97% 以上，生产过程中出现部分废品的主要原因是造型时未按规定尺寸和位置开设冒口，导致冒口处铸件大面积缩孔。另外,还有因铁液在炉内熔炼和保温时间太长，造成铁液过氧化和部分元素烧损( 或增加) ，使化学成分波动较大,影响到其组织和力学性能。 ( 5) 化学成分分析使用的样品采用切削取样，在加工过程中碳有一定烧损，因此导致碳元素含量分析结果与控制成分偏差较大。 ( 6) 从生产的所有台车中间体质量检测数据能够看出，在一定范围内Mn 含量增加对提高抗拉强度有一定好处，但同时又会降低伸长率，因此控制好Mn 元素含量对获得铸件良好的综合力学性能非常重要。 八、结语 ( 1) 树脂砂替代粘土砂造型，采用合理的造型工艺铸造360 m2 烧结台车中间体，铸件表面粗糙度有所降低，粘砂、气孔和缩孔等铸造缺陷明显减少，同时提高了劳动生产率。 ( 2) 金属模具替代木模造型( 芯) ，生产效率高,模样变形小，保证了铸件的尺寸精度。 ( 3) 加强生产过程中的质量控制是获得高质量铸件的前提条件。 ( 4) 合理的熔炼和球化孕育处理工艺是产品获得较高内在质量的关键。 ( 5) 我公司采用的铸造工艺在生产实践中是可行的，可为大型复杂球墨铸铁件的铸造提供借鉴。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/14/2008)