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    感应电炉熔炼厚大断面球墨铸件的实践 需注意的点

    -----文章引用自"微信公众号:铸造生态圈" ;原创作者:齐重数控 袁洪志 


    我公司自主研发的XK2650×40数控双龙门双刀架移动铣镗床是一台大型高端产品,同时具有车削功能。由于切削力非常大,所以对滑枕要求极高。该铸件长6000mm,宽800mm,重6.5t,薄壁处厚70mm,主轴孔长800mm,厚200mm,材质QT700-2,属厚大断面球墨铸铁件。机加工后要求硬度≥200HBW,长度方向的4个面均是导轨,不能有任何缺陷。主轴孔端部有4个Ф80㎜油孔,深600㎜,因此厚大部位不能有心部缩孔、缩松缺陷。滑枕中间部位需铸入4件尺寸为Ф80㎜×10㎜、长1000㎜钢管,钢管的位置固定也很关键,并且不能因此而产生裂纹、气孔等铸件缺陷。如何满足强度、硬度等技术要求,要靠造型工艺和熔炼工艺来解决。特别是高牌号厚大断面球墨铸铁件易产生缩孔、缩松、裂纹及硬度低等缺陷,因此要通过试验才能确定造型工艺和熔炼工艺方案。


    经过分析研究,根据生产经验和查阅相关资料,决定通过模拟试验来摸索工艺方案。设计一件和实际铸件比例相当的铸件进行试验,分平做平浇和平做立浇两种方案进行试验。厚大部位在砂芯和砂型上铺放专用石墨冷铁,进行强制冷却。设计专用芯骨,将4件钢管用钢筋焊接,固定在芯骨上,专用石墨冷铁也用螺丝固定在芯骨上。立浇时主轴孔在下面,并加300㎜高缩头,可以将缩孔缺陷移入缩头内。


    同时进行化学成分和熔炼工艺的试验,分别试验铜、锑、钼合金化的力学性能及产生缺陷的情况。


    1.试验方法、结果及分析

    平做平浇和平做立浇各试验3件,使用5t/h中频感应电炉熔炼铁液,共浇注6件试验件。采用呋喃树脂砂造型、制芯,砂型24h抗拉强度大于1.1MPa。型芯舂实,采用醇基锆石粉快干涂料。砂芯在平台上打制,避免变形。原铁液化学成分见表1,配料为Q10生铁75%、废钢25%,增碳剂为类石墨,纯铜板块度为100~200mm,出铁前加入到炉内,使用钇基重稀土硅铁镁合金球化剂,成分为重稀土wRE=24%、wSi=40%~45%、wCa=5%~8%、wMn=4%~4.5%,Mg=8%,加入量1.8%。冲入法球化处理。孕育剂为75SiFe合金,每件浇注3个试块。为控制孕育剂加入量,提高球化孕育效果,使用碳化硅进行炉内预处理。试验件化学成分检测结果见表2,力学性能及缺陷检测见表3。




    由表3可以看出,与普通球墨铸铁相比,合金化后力学性能大幅提高。铜促进珠光体的生成,并细化晶粒;钼提高了铸态球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和硬度;锑能稳定珠光体,提高抗拉强度,提高铸件的综合力学性能。平做平浇出现了进脏、气孔及缩孔等缺陷,因为大平面向上,厚大部位主轴孔处于水平位置,无法避免出现各种缺陷。平做立浇解决了这些难题,但因立浇太高而操作不便,型内底部压力大,易产生粘砂缺陷。而立于地坑内浇注,提高铸型强度和刚度即解决了这两个难题。通过试验可得出结论,平做立浇造型工艺及加铜、钼、锑合金化的熔炼工艺是保证铸件技术要求和质量的有效工艺措施。


    2.生产实践

    通过6件试验件的试验过程,确定了平做立浇的造型工艺,基本掌握了合金化QT700-2高强度球墨铸铁的熔炼工艺。在正式生产该滑枕铸件时使用两台5t/h中频感应电炉熔炼铁液,配备NSP-6000型炉前快速化学成分分析仪,德国M20型直读光谱分析仪,NSP-305MTX快速测温仪,OCS-XS(F3)无线传输电子吊秤,一个10t球墨铸铁专用浇包,共熔炼8.5t铁液。根据试验检测结果,确定了该件的目标化学成分,见表4。


    造型工艺上设计了底注和阶梯浇注相结合的有利于均衡凝固的浇注系统和强制冷却措施,并保证了砂型的强度和刚度,有利于提高石墨化膨胀带来的自补缩效果,避免厚大部位产生心部缩孔、缩松缺陷。


    通过严格的试验过程和周密的工艺技术准备工作,成功生产了4件滑枕铸件,经检测,化学成分和力学性能都达到了机床设计的技术要求。


    3.结语

    通过试验证明,合金球墨铸铁具有非常大的应用潜力,特别是机床向着高精尖方向发展,对关键铸件的强度、硬度及质量要求也越来越高。合理的熔炼工艺和造型工艺方案以及各种工艺措施是保证合金球墨铸铁件质量的关键所在。


    注意的是,由于铜、锑的熔点低,烧损率高,熔炼过程中应掌握好加入时机,锑烧损率为20%~25%。钼铁合金熔点高,可以和锰铁一起加入炉内。


    在试验和生产过程中,充分体现了中频感应电炉的优越性,熔化速度快,成分波动小,便于调整化学成分,铁液温度易于控制。炉内预处理技术效果显著,应大力推广应用。在国家大力治理环境的大环境下,中频感应电炉的制造技术和应用技术必将得到全面提高和推进。

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