（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 471004）

消失模鑄造球墨鑄鐵件的工藝探討

張孟琨,宋巖,軒世成,蔣衛(wèi)東

（一拖（洛陽）鑄造有限公司，河南洛陽 471004）

針對消失模鑄造球墨鑄鐵件出現(xiàn)的球化衰退、表面砂渣孔及鑄件變形等問題，結(jié)合消失模工藝的特點，進行了工藝改進，經(jīng)大批量生產(chǎn)驗證，使上述問題得到了有效的控制，產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

消失模；球墨鑄鐵；球化衰退；砂渣孔；變形；工藝改進

一拖（洛陽）鑄造有限公司（以下簡稱“一拖鑄造”）于2015年建成投產(chǎn)了一條1.5萬噸消失模生產(chǎn)線（見圖1），以生產(chǎn)中國一拖集團有限公司大、中型輪式拖拉機的殼體類鑄件為主，鑄件毛坯質(zhì)量不大于100 kg，材質(zhì)以HT250和QT500-7為主。

圖1 消失模生產(chǎn)線

一拖鑄造從2015年5月份開始在消失模線生產(chǎn)球墨鑄鐵件，由于對消失模技術(shù)認知程度有限，關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù)還未掌握，面對全新的裝備和部分尚未涉及的工藝領(lǐng)域，尤其是在生產(chǎn)球墨鑄鐵件過程中出現(xiàn)了許多生產(chǎn)組織及產(chǎn)品質(zhì)量方面的問題。通過近半年不斷地學(xué)習(xí)和摸索，針對在消失模線生產(chǎn)球墨鑄鐵件出現(xiàn)的球化衰退、表面渣孔、鑄件變形等主要問題，進行了大量的工藝試驗和改進，制定了一套完整的生產(chǎn)工藝，使球鐵件產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

1 生產(chǎn)條件

消失模造型線主要工藝參數(shù)：

年設(shè)計生產(chǎn)綱領(lǐng)：雙班制1.5萬t合格鑄件

砂箱尺寸：1 200×1 100×1 300(mm)

生產(chǎn)節(jié)拍：15箱/h

鑄件箱內(nèi)冷卻時間：大于150 min

真空度：-0.04～-0.06 MPa

熔化設(shè)備：

一套10 t一拖二6 000 kW中頻感應(yīng)電爐

2 產(chǎn)品基本情況

消失模線生產(chǎn)的2種球墨鑄鐵件（圖2）均為中馬力輪式拖拉機上的動力傳動殼體，主要參數(shù)見表1。

圖2 傳動殼體

表1 產(chǎn)品主要參數(shù)

產(chǎn)品技術(shù)要求：鑄件金相組織的球化率不低于3級;鑄件表面不允許存在砂、渣孔等也洞類缺陷，鑄件變形小于0.5 mm;鑄件化學(xué)成份見表2。

表2 鑄件化學(xué)成份 %

3 生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的主要問題及原因分析

3.1 球化衰退

球化衰退是指經(jīng)球化處理過的同一包鐵液，先澆注的鑄件球化良好，而后澆注的球化不良；或是在爐前檢驗球化良好，但在鑄件上出現(xiàn)球化不良。這表明經(jīng)球化處理后的鐵液在停留一段時間后球化效果會下降甚至消失，這種現(xiàn)象即為球化衰退。

在消失模線生產(chǎn)球鐵件初期，殼體鑄件金相組織的球化率低于3級即球化衰退的比例接近40%，個別包次鑄件的金相組織球化級別甚至達到5級，無法滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

球化衰退的原因分析：

（1）與砂型鑄造相比，采用消失模工藝生產(chǎn)需要更高的澆注溫度,一般情況下，鐵液澆注要高出砂型鑄造40～50 ℃，一拖鑄造工藝規(guī)定的球墨鑄鐵件的澆注溫度是1 450～1 480 ℃。由于在球墨鑄鐵的球化、孕育處理過程中要加入大量的處理劑，這使得鐵液溫度要降低50～100 ℃。因此，為了保證澆注溫度，鐵液的出鐵溫度必須足夠高，工藝規(guī)定的現(xiàn)場出鐵溫度為1 560～1 570 ℃。球化處理采用沖入法，如此高的出鐵溫度必然會加快球化反應(yīng)速度以及對球化劑、孕育劑的燒損，在使用常規(guī)球化劑和孕育劑的情況下，我們認為這是導(dǎo)致球化衰退的主要原因之一。

（2）經(jīng)球化處理好的鐵液要經(jīng)過爐前扒渣、叉車轉(zhuǎn)運、測溫、天車轉(zhuǎn)運等4個環(huán)節(jié)后才能開始澆注，期間鐵液的停留時間如果過長，造成澆注時間減短，也會導(dǎo)致球化衰退。

（3）關(guān)于球化處理包的使用問題。在球墨鑄鐵件的生產(chǎn)初期，由于產(chǎn)量小，沒有使用球化處理專用包，而是使用一般的灰鑄鐵澆注包，只是在包底一側(cè)修出堤壩而已。在球化處理過程出現(xiàn)了反應(yīng)劇烈、鐵液降溫快、扒渣慢等一系列問題，也是導(dǎo)致最終球化衰退的原因之一。

3.2 表面砂渣孔

表面砂渣孔是指出現(xiàn)在鑄件外表面上的孔洞類缺陷，鐵液從出爐、球化及孕育處理到澆注，其中的夾雜物和充型過程中產(chǎn)生的氧化物如不能除凈，最終將上浮到鐵液表面形成渣孔或夾渣類缺陷（見圖3）。

圖3 表面渣孔

表面砂渣孔的來源主要有三個方面，一是球化、孕育處理過程中產(chǎn)生的夾雜物，二是聚渣劑殘留，三是澆注包修包材料脫落。當(dāng)上述這些雜物未得到全面、認真的清除，在澆注過程中便隨著鐵液流進行型腔，由于它們的比重遠遠小于鐵液，最終上浮在鑄件表面形成孔洞類缺陷。

在消失模球鐵生產(chǎn)過程中，為確保澆注溫度和球化效果，各工序必須盡可能地縮短時間，所以在對鐵液處理的過程中會出現(xiàn)夾雜物清理不凈的現(xiàn)象，而且即便是表面的處理干凈了，但鐵液內(nèi)部的夾雜物會慢慢上浮，所以必須針對這類缺陷采取有效的措施。

3.3 鑄件變形

鑄件變形是消失模工藝生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷之一，產(chǎn)生變形的主要原因是泡沫塑料的強度低，具有變形的可能性。除產(chǎn)品結(jié)構(gòu)因素外，容易導(dǎo)致鑄件變形的幾個重要工序點為： ①白模在烘干過程中的擺放方式；②組模過程；③完成浸料后在烘干架上的擺放方式；④澆注完成后保壓時間。

4 采取的工藝措施

4.1 球化衰退工藝措施

（1）經(jīng)試驗，使用了常州某品牌消失模專用球化劑和孕育劑，該產(chǎn)品適應(yīng)消失模工藝的特點，在出爐溫度較高的情況下，具有較強的抗衰退能力。

（2）更新了4個球化澆注包，堤壩完整，澆包高度與直徑比為1.8:1。

（3）根據(jù)鐵液實際S含量，適時調(diào)整球化劑的加入量（1.5～1.7%）。

（4）原鐵液成份控制見表3。

（5）嚴格控制出鐵溫度，電爐鐵液測溫超過1 580 ℃，不允許出鐵。

表3 化學(xué)成份 %

（6）壓縮球化處理后各工序的時間，使整個球化處理、孕育、澆注等過程更加緊湊，從出鐵到最后一件澆注完成，全部時間控制在10 min之內(nèi)。

（7）合理裝箱，既可提高生產(chǎn)效率，又能最大限度地加快澆注速度。

4.2 表面砂渣孔工藝措施

對于因鐵液內(nèi)夾雜物產(chǎn)生的表面缺陷，除了從操作上嚴格要求外，例如要盡可能地將渣子扒干凈、澆注前吹凈出鐵口的浮渣、浮砂及聚渣劑等，最關(guān)鍵、最有效的措施是在澆注系統(tǒng)內(nèi)增加了泡沫過濾器。但在選擇過濾片時一定要注意以下幾點：

（1）應(yīng)選用耐火度相對高的泡沫過濾器，消失模鑄造球鐵件的澆注溫度一般在1 450 ℃以上，所以選用的泡沫過濾器的耐火度應(yīng)不低于1 480 ℃，另根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，生產(chǎn)球鐵件時不適宜用直孔過濾器。

（2）過濾器的安放位置有兩處可選擇，一是放在直澆盆內(nèi)，出鐵時鐵液直接沖入，會產(chǎn)生較大的沖擊力，對過濾片的強度有更高的要求。二是安放在直澆口棒的中間部位，鐵液在進入過濾片前有一定的緩沖，而且避渣效果好。

4.3 鑄件變形工藝措施

（1）組模前對易變形產(chǎn)品的白模嚴格檢查，放在平板上100%用塞尺檢查，合格后方可進入下道工序。

（2）掛涂料和裝箱造型時要結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，注意操作方式。（3）適當(dāng)延長澆注后的保壓時間，不低于10 min。（4）從工藝上增加工藝支撐、工藝拉筋，提高模樣的剛性，如圖4所示。

圖4 工藝拉筋

5 改進效果及結(jié)論

通過上述工藝改進：①鑄件球化級別達到3級以上，合格率100%，鑄件表面的砂渣孔大幅度減少，鑄件變形問題得到有效控制；②在較短時間內(nèi)實現(xiàn)了消失模鑄造球墨鑄鐵件的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品成品率＞90%。

與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝不同，消失模工藝有其自身的特點，在實際的生產(chǎn)過程中，一方面要借鑒砂型鑄造的成熟工藝，另一方面則必須結(jié)合其特點選擇合適的原材料和工藝。對一拖鑄造而言，消失模工藝仍然處于摸索和學(xué)習(xí)階段，生產(chǎn)中遇到的問題仍然很多，例如鑄件的變形問題、組模效率的提升問題、黑區(qū)的澆注問題等，這些工藝問題都有待廣大技術(shù)人員不斷地學(xué)習(xí)和實踐，而逐一克服、解決，最終達到提升產(chǎn)品品質(zhì)和企業(yè)競爭力，并有效地推動企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的目的。

[1] 黃天佑.消失模鑄造技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2000.6.

[2] 鄧宏運.消失模鑄造及實型鑄造技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2012.11.

[3] 中國鑄造工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊（第1卷）鑄鐵[M].北京:.機械工業(yè)出版社，2007.

[4] 范英俊，張伯明， 關(guān)洪國，等. 消失模鑄造技術(shù)在球墨鑄鐵管件生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù),1999(6).

Study on lost foam casting process for ductile iron

ZHANG MengKun，SONG Yan，XUAN ShiCheng，JIANG WeiDong
（YTO（LuoYang）Casting Limited Company, Luoyang 471004, Henan，China）

In view of ductile iron, Ball of recession, sand and slag inclusion of casting surface and deformation problems were discussed. Combined with the characteristics of EPC technology, process improvement carried out by mass production verification, the above-mentioned problems have been effectively controlled, and the quality of the products tends to be stable.

lost foam casting; ductile iron; ball of recession; sand and slag inclusion; deformation; process improvement

TG249.6；

A；

1 006-9 658（201 6）04-0070-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.01 8

2016-01-18

稿件編號: 1601-1210

張孟琨（1987—），男，工程師，主要從事鑄造工藝設(shè)計和現(xiàn)場工藝管理工作.