摘要：文章對長江三峽水利樞紐永久船閘—U型架產(chǎn)品的鑄造工藝進行了探討，對ZG35CrMo的U型架鑄件的鑄造工藝進行了闡述，并根據(jù)實際工作經(jīng)驗，對生產(chǎn)技術(shù)條件、工藝方案的選擇、鑄后的熱處理進行了闡述，希望可以為鑄鍛工業(yè)的技術(shù)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：三峽U型架；鑄造工藝；熱處理；永久船閘；鑄鍛工業(yè) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG249 文章編號：1009-2374（2016）06-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.021

1 生產(chǎn)U型架技術(shù)條件

1.1 化學(xué)成分及機械性能

U型架鑄件材料：ZG35 CrMo，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分（%）：含C量0.30～0.37，含Mn量0.50～0.80，含Si量0.30～0.50，含P量0.040以下，含S量0.040以下。機械性能：抗拉強度≥585MPa，屈服強度≥390MPa，延伸率%≥12%以上，斷面收縮率%≥20%以上，沖擊值≥23。U型架體：必須用統(tǒng)一均勻的合金鋼鑄件制成，要具有足夠的機械強度。

1.2 要求的生產(chǎn)條件和方法

U型架需要進行正回火火熱處理，以消除應(yīng)力，同時提供熱處理曲線，包括升溫曲線、冷卻溫度、時間進度等。先噴砂或噴丸，后噴漆，以便除掉鑄型砂、氧化鐵皮和其他雜質(zhì)。粗加工后必須進行消除應(yīng)力處理。鑄造和加工過程中，強烈要求嚴(yán)格進行質(zhì)量控制。

1.3 鑄件表面質(zhì)量要求

鑄件表面經(jīng)過熱處理后應(yīng)平整光潔，不允許有氣孔、裂紋、縮松、縮孔、黏砂等缺陷。冒口、飛邊、毛刺等應(yīng)清除干凈并打磨平整。鑄件不得有影響強度的缺陷。鑄件表面質(zhì)量要在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。

1.4 試料

U型架要帶本體試料，試料的機械性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，缺陷、檢驗程序必須符合ASTM規(guī)定，鑄件表面質(zhì)量要求，鑄件表面經(jīng)過熱處理后應(yīng)平整光潔，不準(zhǔn)有裂紋、縮孔、黏砂等缺陷，鑄件不得有影響強度的缺陷。鑄件表面質(zhì)量要在技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

2 工藝方案的選擇

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求嚴(yán)的特點，結(jié)合沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場的條件及工人操作的生產(chǎn)習(xí)慣，筆者選擇了砂型、手工、砂箱結(jié)合地坑實樣造型的鑄造方法。澆注位置：為了得到高質(zhì)量的鑄件和方便操作，筆者采用了大平面向上的澆注位置。此澆注位置便于排氣、便于操作下芯。

分型面：分型面的選擇是與澆注位置的選擇密切相關(guān)，確定了澆注位置之后，即可按澆注位置的選擇原則來選定分型面，此件筆者選了一個分型面，便于操作、檢驗、易保證各部尺寸的準(zhǔn)確：木型采用實樣木型，中間組芯。

2.1 造型材料

為了達到尺寸準(zhǔn)確、表面光潔度的技術(shù)要求，特別是為了達到減少縮沉以提高內(nèi)部質(zhì)量，確保檢測的技術(shù)要求，筆者選用了石英樹脂自硬砂造型造芯，在熱節(jié)附近、冒口下及圓角處用鉻鐵礦樹脂砂，表面刷醇基鋯砂粉快干涂料。

2.2 工藝參數(shù)

2.2.1 縮尺：縮尺是為了保證鑄件冷卻由液態(tài)到固態(tài)后尺寸符合圖紙要求，而在制作木型時所加的適當(dāng)放尺?？s尺是根據(jù)鑄件的線收縮率來確定的，而鑄件的線收縮率又直接與鑄件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、收縮時的受阻情況、造型方案、造型用砂等有關(guān)。根據(jù)鋼渣鍋的具體情況，縮尺定為2.0%。

2.2.2 加工余量：加工余量是鑄件在機械加工時去掉的一層金屬的厚度。加工余量的大小取決于鑄件的最大尺寸、加工面間的距離、加工面與加工基準(zhǔn)面的距離、鑄件的尺寸精度以及澆注時加工面的位置。此件加工面很少，幾乎全是黑皮面，有加工面取加工量15mm。

2.2.3 拔模斜度：為了在造型時易于起模，而在模樣的立面上給出一定的斜度。此件四周組芯，上面實樣隨形帶出斜度，且斜度值超過應(yīng)給定的拔模斜度。所以，拔模斜度可以不必考慮。

2.2.4 分型負數(shù)：由于鑄型上、下型之間合箱后不嚴(yán)密，為防止跑火，合箱時要在分性面上放石棉繩。這樣一來，就增加了型腔的高度。為了保證鑄件尺寸符合要求，在模樣上必須減去相當(dāng)?shù)母叨?，此高度尺寸即為分型負?shù)。分型負數(shù)的大小，與鑄件的尺寸有關(guān)，即與分型面的大小有關(guān)，與使用的型砂性質(zhì)有關(guān)。分型負數(shù)定為4mm。

2.2.5 漲箱系數(shù)：鑄件在澆注時，由于鋼水壓力大，而型砂在受熱后變軟，分解，被高壓鋼水向后推，使鑄件漲箱，在考慮毛重時，應(yīng)將此數(shù)值加入。漲箱系數(shù)與鑄件高度，壁厚和所用的造型材料有關(guān)，此件砂箱結(jié)合地坑實樣造型，四周廢砂撞平，漲箱系數(shù)定為4%。

2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

澆注系統(tǒng)直接影響著鑄件的質(zhì)量，很多鑄造缺陷，如包砂、夾雜物、澆不足、裂紋等缺陷，多與澆注系統(tǒng)不合理有關(guān)，所以鑄鋼件的澆注系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計合理。此件澆注系統(tǒng)的設(shè)計遵循了下列原則：

2.3.1 保證鋼水平穩(wěn)地進入鑄件型腔，有合理的注入位置，保證鋼水的順序凝固。此件高700mm，為使鋼水平穩(wěn)地進入鑄型，筆者采用一層澆注系統(tǒng)，此澆注系統(tǒng)達到了注入位置合理，鋼水能平穩(wěn)地進入鑄型且造成了趨向于冒口的溫度梯度，有利于鋼水的順序凝固，有利于鑄件的內(nèi)部質(zhì)量的提高。

2.3.2 澆口各部分截面尺寸恰當(dāng)，減少鋼水的消耗，并有恰當(dāng)?shù)纳仙俣?。?件毛重5.5噸，鋼水總重14.0噸；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.5噸。包孔直徑￠70mm×1，總截面積為3846.5mm2。直澆口1個￠100mm，總截面積為7850mm2。橫澆口1道￠80mm，總截面積也應(yīng)按5024mm2算。因為直澆口均勻進入橫澆口同時向兩個方向流去，只能擴大其面積。內(nèi)澆口3個￠65mm，總截面積為9950mm2。澆注系統(tǒng)的截面積之比為：包孔∶直澆口∶橫澆口∶內(nèi)澆口=1∶2.04∶2.04∶2.59。

鋼水在型腔中的上升速度計算如下：

t=Q/nq（秒）

式中：t為澆注時間（秒）；Q為鑄件重量（千克）；n為注孔數(shù)量（個）；q為鋼水的流量（千克/秒）。包孔直徑R（毫米）60時，q取90；R=70時，q取120；R=80時，q取150；R=100時，q取195。

則：

t1=Q/nq=5500/（120×1）=45.8秒

t2=Q/nq=5000/（120×1）=41.7秒

V=H/t

式中：V為鋼水在型腔中的上升速度（毫米/秒）；H為鑄件的高度（毫米）；

則：

V1=825/45.8=18.01（毫米/秒）

V2=825/41.7=19.78（毫米/秒）

此上升速度可滿足應(yīng)用樹脂砂生產(chǎn)大型厚壁鑄鋼件時鋼水在型腔內(nèi)上升速度的工藝要求。澆注時，待鋼水上升至冒口內(nèi)1/3高度時，在冒口內(nèi)加高效覆蓋劑。鋼水再由點冒口水口澆入一直澆完為止，澆注后加足夠量的高效覆蓋劑。

2.4 冒口

鋼水澆注時從液態(tài)狀態(tài)下經(jīng)過降溫直到凝固完的全過程中，要發(fā)生體收縮。在收縮過程中，需要適當(dāng)?shù)匿撍a縮，否則鑄件將產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口就是用來盛裝鋼水補縮鑄件而設(shè)置的。為了形成鑄件向著冒口的順序凝固，有時采用內(nèi)冷鐵和外冷鐵來控制。冒口高度設(shè)計以冒口內(nèi)的金屬液能保持較高的熱量和壓力為原則。U型架的冒口設(shè)置，遵循了下列原則：冒口設(shè)在鑄件最后凝固的部位，即鑄件的最高部位，以造成順序凝固的條件，冒口設(shè)在鑄件澆注位置的上部，便于設(shè)置并提高了補縮效果，冒口采用圓形和集中的大冒口，以提高其補縮效果。

3 鑄后處理

3.1 氣割與補焊

ZG35 Cr Mo材質(zhì)屬合金鋼，鑄造應(yīng)力較大，為了防止產(chǎn)生裂紋，切割冒口及補焊在工藝上，規(guī)定加熱后進行，加熱溫度為250℃～300℃。本體切完冒口以后馬上進到熱處理爐中進行熱處理。小的局部缺陷可局部加熱補焊，補焊后要進行回火處理（溫度為590℃），以消除應(yīng)力。所用焊條為R307。

3.2 熱處理

根據(jù)技術(shù)要求，鑄件要進行退火，正、回火處理，工藝曲線如下：對操作及夾具的要求：上爐前鑄件要清理干凈；鑄件要放平、墊實、加熱要均勻。墊鐵高度≥500mm火焰不能直射鑄件表面，均勻加熱；鑄件前后左右中間要壓4只熱電偶，保溫計時以偶到溫為準(zhǔn)；控制升溫、冷卻速度，做好操作記錄；未盡事宜，按《鑄鋼件鑄后熱處理規(guī)范》執(zhí)行。

圖1

3.3 鑄件缺陷及改進

3.3.1 缺陷：裂紋缺陷：U型架在轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)裂紋。

處理：將裂紋鏟凈，修出焊接坡口，用R307焊條焊補后，再經(jīng)無損檢測。

3.3.2 工藝改進：以前工藝：U型架毛重5.5噸，鋼水總重14.5噸。收得率37.9%。3#冒口實樣1∶10￠750mm高850mm1個；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.5噸。收得率37%。3#冒口實樣1∶10500×800mm高850mm1個。

改進工藝：U型架其中4件U型架毛重5.5噸，鋼水總重14.0噸。收得率39.3%，提高1.4%。3#冒口保溫￠650mm高850mm的1個；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.0噸。收得率38.5%，提高1.5%。3#冒口保溫￠650mm高850mm1個。

4 生產(chǎn)結(jié)果評價

（1）通過生產(chǎn)長江三峽水利樞紐永久船閘—U型架產(chǎn)品，主要是通過借鑒相似材質(zhì)的工藝參數(shù)及以前生產(chǎn)過U型架的經(jīng)驗，設(shè)計選擇U型架的工藝方案，通過不斷的探索和實踐，驗證了工藝，改進了工藝，并在總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上逐步完善了工藝，證明了這次工藝改進是正確的、切實可行的；（2）對U型架鑄件進行全面檢查，質(zhì)量完全達到ASTM標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求；（3）這一實踐不僅提高了沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄件工藝改進方案的設(shè)計水平，而且成功地完成了U型架的生產(chǎn)，使質(zhì)量逐步提高，生產(chǎn)出的鑄件一次比一次好。生產(chǎn)U型架時，較理想地解決了鑄件出現(xiàn)的裂紋等缺陷，并提高了鑄件表面質(zhì)量，提高了成品率降低了成本，為沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司增加了經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 李魁盛.鑄造工藝設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1979.

[2] 施延藻.鑄造實用手冊[M].沈陽：東北工學(xué)院出版社，1988.

作者簡介：王重鑫（1983-），男，沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司工程師，研究方向：熱加工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）