100.V法铸造工艺产球墨铸铁件的技术总结

V法铸造工艺生产球墨铸铁件的技术总结

马怀荣，刘祥泉，韩建华，张玉芳，张现诚

（淄博通普真空设备有限公司，山东 淄博 255200）

摘要：本文介绍了V法铸造工艺生产球墨铸铁件的部分经验，及防止球铁铸件“三缩”的措施，设计适应球墨铸铁的V法专用砂箱；强调选用角形系数1.4以下的优质型砂，旧砂必须将塑料薄膜、砂团等杂物筛除；选用高质量的振实台和振实工艺，且真空系统必须保证负压强度-0.06MPa以上，砂型表面硬度保证90度以上；设计合理的补缩冒口（通气冒口）和冒口缩颈。

关键词：糊状凝固；球墨铸铁凝固曲线；V法砂型刚度

作者公司是一生产V法铸造及消失模铸造成套设备的专业厂家，为推广V法铸造工艺，组建了一个V法铸造、消失模铸造试验研究分厂，配备1.2T中频感应电炉，可以进行演示、试制，同时也正常生产铸件。可供应用V法铸造、消失模铸造的单位来参观考察。有的单位直接拿着图纸要求给试铸出V法铸造的合格铸件。例如：汽车、装载机用铸钢前桥、中桥、后桥；铸钢阀体、机座等。也有铸造球墨铸铁车桥、变速箱体等汽车用零件，也有灰口铸件等。

在试铸中遇到许多技术问题，球墨铸铁件的缩凹、缩松、缩孔（俗称三缩）的技术问题就是难题之一。通过努力，这一技术问题基本解决。现把解决方法做一介绍，供同行参考，并欢迎提出宝贵意见。

为了说明问题，现以QT450-10的变速箱体为例，该箱体外形尺寸535×311×269mm，主要壁厚13mm，最厚32mm。单重46kg。

第一次铸出的毛坯铸件浇注位置的高度要求270mm，实际272～277mm，工艺是一箱8件。经测量发现，靠近砂箱侧面抽气滤网是272mm，靠近砂箱中心的是277mm。为什么出现5mm的差别？作者认为：（1）靠近侧面抽气滤网（简称侧吸）部位型腔刚度大，铸件变化小。靠近砂箱中心，则远离侧吸部位砂型刚度小，铸件高度变化大。（2）最小高度272mm，是因为制定工艺时，收缩率全部选择0.8%，是不符合实际的。应该水平选0.8%，垂直选0%。（3）铸件上表面厚大部分出现局部缩凹。

作者认为产生上述三个问题的原因是对球墨铸铁件在V法铸造工艺中的特殊性认识不足，措施不利造成的。

球墨铸铁件的铸造特征：

（1）糊状凝固（又称粥状凝固），凝固温度区间很宽以致表面的共晶转变尚未结束，铸件中心就开始共晶转变。这时铸件表面硬壳尚未形成，在凝固过程中外壳很不坚实。

（2）球铁的凝固曲线是：凝固一次收缩→石墨化膨胀→凝固二次收缩。其中石墨化膨胀的力很大。加之表面硬壳不坚实，铸件体积加大。增大的体积，需要铁水来补充。可是这时浇注已经结束，无铁水来补充，只好将铸件顶部厚大部分尚未凝固的铁水来补充到扩大的体积中。待二次收缩时，铸件厚大部分只好缩凹、缩松、缩孔。这个特性是客观存在的，是不能改变的。铸造工作者的任务就是用适宜的铸造工艺去保证不出现缩凹、缩松、缩孔。采取以下技术措施： [2][1]

1 球铁的化学成分

提高碳和碳当量控制Mg残和RE残，选用低稀土的球化剂，强化孕育，使Mg残0.04%以下，RE残0.03%以下，CE4.8%左右，尽量减少材质的收缩[1-3]。

2 充分发挥V法铸造工艺的负压作用，提高砂型的刚度

（1）设计适应球墨铸铁要求的专用砂箱

（a）增加砂箱箱带，使砂箱刚度得到保证。

（b）增加背吸管的密度，保证砂型处处达到要求的硬度。

（c）每个箱体（铸件）上方都有一条箱带，一条背吸管压着，而且上下箱相同。背吸管是提高砂型负压强度的，箱带是加固砂型强度的。这种结构的砂箱，砂型刚度、强度大大提高，石墨化膨胀的破坏力就不会造成型腔变形和铸件体积加大。

（2）选择角形系数小的优质型砂

石英砂的角型系数1.4以下，最好选用宝珠砂（角型系数1.2以下），水分0.5%以下，含泥量0.3%以下，回用的旧砂必须将废塑料薄膜、砂团等杂物筛除。造型时，充填性好。制做的砂型，处处强度都达到要求，都能抵御石墨化膨胀的破坏力。

（3）高质量的振实台及振实方法

最好用三维振实台，对一些形状简单铸件可以用一维或二维，但一定慎重。我们的结论是只有振实到位的砂型才能做出合格的砂型强度。我们要求砂型表面的硬度处处达到90度以上，最好95度以上。

（4）合理的真空系统

V法造型砂型的成型、强度都靠真空系统形成。砂箱结构、型砂质量、振实质量再合理，真空度不够，型腔表面硬度达不到90度以上，也不行。我们认为浇注中真空系统的表压应在-0.06Mpa以上。

试制初期选用一台SK20的真空泵，最大抽气量20m/min。每箱砂型的体积是2300×1700×640mm(体积2.5m)，为了提高砂型强度又增加一台12 m/min的真空泵，浇注结果很好。

（5）球铁冒口（通气冒口）

因为球墨铸铁的凝固是糊状凝固而且凝固温度范围较大，铸件补缩困难，容易出现缩松、缩孔。因此必须合理设计冒口。认为：①QT冒口必须有足够的液体补缩，这是保证不产生一次缩孔的关键。冒口高度要高，提高压头、提高补缩效果。②QT冒口必须有合理的冒口缩颈。必须保证浇注中冒口充分发挥补缩作用，浇注后铸件凝固到石墨化膨胀阶段时铁水不从冒口颈反溃到冒口中，免得铸件产生二次缩孔。如何掌握这个缩颈尺寸，一方面根据以往经验，一方面从冷却后的铸件砸下冒口，对冒口进行分析，如果发现二次缩孔，说明冒口颈太大，如果无二次缩孔，也无一次缩孔，说明冒口缩颈尺寸合理。③许多资料介绍，冒口大小合理，冒口颈大小合理可利用球铁的石墨化膨胀来提高球铁的致密度，提高球铁件的机械性能。但是砂型刚度、强度必须达到要求，否则会出现缩凹缺陷。

通过努力，最后生产出合格的QT450-10的变速箱体。金相鉴定球化2级，石墨6-7级，材质完全合格，得到用户的好评。实践证明用V法铸造完全可以生产出合格的QT铸件。

我们认为V法铸造在提高砂型刚度、强度方面，比普通砂型要容易的多。完全可以实现无冒口铸造，完全可以生产出机械性能更优良的球铁铸件，在球铁件生产上大有作为。相信在广大V法铸造工作者的努力下一定会取得更大的成绩。 [3]333

3 结论

（1）球铁件产生“三缩”的原因，主要是没处理好糊状凝固和石墨化膨胀凝固特性。

（2）只要严格控制化学成分，使CE＝4.8%左右，Mg残0.025%～0.05%，RE残0.02%～0.04%。保证球化、孕育质量，降低材质造成的“三缩”的因素。同时合理设计球铁专用V法砂箱，负压度-0.06MPa以上，砂型表面硬度90度以上。合理设计浇冒口、缩颈，保证不出现一次缩孔，也不出现二次缩孔。完全可以防止“三缩”的产生。

（3）V法铸造在解决“三缩”上比普通铸造工艺上更容易。

（4）V法铸造完全可以生产出优质的球铁铸件。

参考文献：

[1] V法铸造QT450-10变速箱箱体的生产实践.马怀荣.第九届全国铸造学会消失模铸造学术年会暨首届全国V法铸造学术年会论文集P105～107.

[2] 铸铁与冲天炉实用手册.马敬仲.

[3] 铸态球墨铸铁生产中的几大要素杨智明,铸造技术,08/2009.