发热保温冒口在铸钢件上的应用_图文

1、发热保温冒口在铸钢件上的应用 苏州兴业集团铸造材料有限公司摘要 :通过在阀门铸钢件上的试验, 找出发热保温冒口模数和容重与铸件模数和重量的 关系,确定发热保温冒口的补缩效率。关键词 :发热保温冒口 体积收缩率 补缩效率一.在阀门铸钢件上的试验与应用江苏某阀门有限公司是我国最大的工业阀门制造商和出口商之一,产品 80%出口国外。 铸造不锈钢阀门是公司的主要产品之一。在生产中不锈钢阀门与碳钢、 低合金钢阀门合用一套模具。 同样的工艺方案和工艺措施, 不锈钢阀门常出现缩孔、缩松。在清除这些缺陷和补焊过程中易产生裂纹,需多次加热、保 温,工作量很大,严重影响正常生产周期。铸造不锈钢的合金含量高,凝固温

2、度范围大,凝固时体积收缩大。另外,铸造不锈钢金 属液流动性差,需提高过热度,这又加大了凝固时的体积收缩。不锈钢阀门用碳钢、低合金 钢阀门模具时, 其补缩系统必须加强, 常用的主要工艺措施就是加大冒口。 在熔炼能力一定 时, 就可能出现钢水不够的情况。 由于加大冒口也增加了切割冒口的工作量, 同时冒口切割 面产生裂纹的倾向也增大。基于以上情况, 试验和应用了苏州兴业铸造材料公司生产的发热保温冒口套。 解决铸造 不锈钢阀门容易出现缩孔的问题,提高工艺出品率,降低生产成本。(一 .发热保温冒口的特点发热保温冒口是用绝热材料、 发热材料制作的冒口套。 它集合了保温冒口和发热冒口的 优点。 浇注时发热保

3、温冒口套中的发热材料与金属液接触产生发热反应, 放出的热量使进入 冒口的温度较低的金属液加热, 随后冒口中的保温材料开始烧结、 绝热, 进一步延缓了冒口 中金属液的凝固时间, 因此冒口尺寸可以比保温冒口和发热冒口设计得更小。 补缩效率是普 通冒口的 3倍,具有明显的技术效果和经济效益。是目前铸造行业最先进的工艺技术之一。 (二 .发热保温冒口补缩能力的试验1. 试验方案采用苏州兴业铸造材料公司生产的68H86的发热保温冒口套和该铸造有限公司大 量使用的某厂生产的90H120、100H130的保温冒口套作对比试验。铸件材质为含 碳量 0.20%左右的碳钢。浇注后对每一个铸件连同冒口秤重;向冒口中

4、灌水,测缩孔体积; 切割冒口后秤铸件重量;RT 检查;化学成分分析。(1试验 1a. 铸造工艺及各参数见图 1 (图中模数的单位为 ,下 同 ,试验结果见表 1。图 1 表 1 试验 1 结果序 号 铸件、冒口总重(Kg铸件重 (Kg 冒口秤重 (Kg 冒口灌水重 (gRT 检查 1 13.1 8.4 4.7 51.5 无缺陷 2 14.8 8.3 6.5 90无缺陷3 11.2 9.3 1.9 12.5 无缺陷 445.5无缺陷b. 分析4号试件发热保温冒口几何模数与铸件模数之比为 0.73, 发热保温冒口容重与铸件重量 之比为 0.183时,铸件未出现肉眼可见缩孔,内

5、部没有缩松缺陷。4号试件铸件、 冒口总重 13.1Kg, 以该钢种的凝固体积收缩率为 4.5%计算, 需要 0.59Kg 的钢水补缩,但缩孔的体积只有 45.5毫升,相当于 0.3Kg 钢水。3号试件冒口缩孔中只能灌 水 12.5毫升,冒口高度由原来的 86毫米降低到 60毫米(图 2、图 3 。图2 图 3 这是因为铸件在凝固初期发热保温冒口套中的发热材料燃烧, 大量地释放热量, 使冒口 内钢水延缓凝固时间, 冒口套中保温材料的绝热作用有效阻止了对流的热损失, 进一步延缓 了钢水凝固时间。 冒口中的金属液在铸件完全凝固前长时间保持高温、 液态, 补缩效率更高。(2试验 2为进一步了解发热保温

6、冒口的补缩效率, 仍采用试验 1所用规格发热保温冒口和保温冒 口,加厚铸件尺寸进行第二次试验。a. 铸造工艺及各参数见图 4,试验结果见表 2 b. 分析2号试件保温冒口几何模数与铸件模数之比为 0.92,冒口钢水容重与铸件重量之比为 0.40,铸件无缩孔。 2号试件冒口钢水容重 4.88Kg,浇注 后实际重量为 4.1Kg, 用于补缩的钢水重量 为 0.78Kg , 这 和 铸 件 冒 口 钢 水 总 重 16.4Kg 与钢水体积收缩系数 4.5%的乘积 相吻合, 即在设计含碳 0.20%左右的 WCB、 LCB 等碳钢铸件时, 取体积收缩率为 4.5%是合适的。图 4表 2 试验 2 结果

7、序号 铸件、冒口总重(Kg铸件重 (Kg 冒口秤重 (Kg 冒口灌水重 (gRT 检查 1 14.6 10.4 4.2 81 无缺陷 2 16.1 12.3 4.1 77 无缺陷 3 14.1 12.7 1.4 44 夹杂一级 41513.41.668较大缩孔3号试件其发热保温冒口几何模数与铸件模数之比为 0.69, 冒口钢水容重与铸件重量之 比为 0.18时, 铸件上94×14的凸台上出现小缩孔, 磨去凸台后缩孔消失, RT 检查无缩松, 这表明已到了出现缩孔的边缘。冒口中用于补缩的钢水重量约 0.7Kg, 近似等于铸件冒口 钢水总重与钢水体积收缩系数的乘积。(三 .有效模数和补缩

8、效率1. 发热保温冒口有效模数的确定根据有关资料和试验数据,苏州兴业铸造材料公司推荐发热保温冒口的效能系数(即 有效模数与几何模数之比为 1.6。铸造工艺设计时冒口的模数通常为铸件模数的 1.2倍, 由此可得出发热保温冒口的几何 模数与铸件模数之比为(1.2/1.6:1,即 0.75倍;试验 1的 4号试件发热保温冒口几何模数与铸件模数 17.1之比为 0.73, 近似等于 0.75,无缩孔、 缩松; 试验 2的 3号试件发热保温冒口几何模数与铸件模数之比为 0.68, 小于 0.75, 铸件冒口下方的搭子出现小缩孔。据此,可得结论:发热保温冒口的效能系数为 1.6,发热保温冒口的几何模数与铸

9、件模 数之比为 0.75,在铸造工艺设计时具有较强的实用性。2.发热保温冒口的补缩效率在极限情况下冒口能提供补缩的钢水应等于铸件冒口体现凝固时的体缩 , 用下式表 示:×wr =×(wr +wc (1 式中 发热保温冒口的补缩效率 w c 铸件重量 w r 冒口容重 钢水的凝固体积收缩率(低碳钢取 4.5%,不锈钢取 6.7% 根据试验 1的 4号件计算: w r =0.182 wc ,=×(wr +wc /wr 则 发热保温冒口的补缩效率 =29.2%。 不锈钢体积收缩率取 6.7%,根据式(1计算: 0.292 w r =6.7%(wr +wc , 则 w r

10、 =0.297wc , 重冒口即发热保 温容与铸件重量之比为 0.297。 (四 .应用实例 1.WCB 阀盖铸造工艺方案见图 5,冒口 底部均加底座, 工艺参数如表 3, 表中冒口总重含浇注系统和补 贴。图 5表 3铸件重量 冒口类型 冒口尺寸及数量 冒口总重 工艺出品率3,900 Kg 保温冒口 340×510×500×3个 1,734 Kg 67.2% 发热保温冒口 260×390×345×3个 1,000 Kg 79.6%采用发热保温冒口的 WCB 阀盖铸件 , 浇注后冒口剖面如图 6,冒口缩孔形状为集中形 和分散形相结合。冒

11、口的补缩效率(冒口底座的容重统计在内为 27.3%,铸件致密,无缩 孔缩松。2.CN7M 不锈钢钢阀门工艺方案见图 7,工艺参数如表 4。表 4铸件重量 冒口类型 冒口尺寸及数量 冒口容重 工艺出品率2,040Kg 保温冒口180×270×235×2个1,146Kg 64% 190×285×250×2个160×240×210×2 个发热保温冒口180×270×215×2个1,000Kg 67.1%180×270×215×2个160×24

12、0×180×2个图 8 图 9采用保温冒口的不锈钢阀门铸件 , 冒口下方铸件产生很大的缩孔。 图 8、 9是切割后的冒口。 由于保温冒口套不具备发热功能,补缩效率低,冒口顶部凝固得较早,形成一个小孔,内部 是一不规则的缩孔直通底部,在与铸件交接处很容易出现缩孔和缩松。在前述试验的基础上用发热保温冒口取代保温冒口(冒口尺寸略作调整 。铸件中法兰 及通道座圈上方的冒口部位无缩孔,左右法兰上有时出现小缩孔。从上述数据和浇注后的情况作如下分析:1用保温冒口补缩时,冒口连同 V 形底座钢水总容重为 645Kg,占铸件、冒口补贴和浇口总重(需冒口补缩的总重量的 25.8%,小于 29.

13、7%,且保温冒口 的效能系数小于 1.6,不能满足补缩的需要,一定会出现缩孔。2用发热保温冒口补缩时,浇注后左右法兰上的冒口高度由原来的 215降低至不足 130 ,下降了 85 以上,在凝固过程中有 40%的钢水(约 142Kg起到补缩作用。图 10是左右法兰上的冒口浇注后的形状,图 11是冒口剖开后的形状,表明即使到了凝固后期冒 口中仍有相当一部份钢水对铸件补缩。图 10 图 11 左右法兰上有时出现小缩孔, 是由于法兰上的冒口处于最高位置, 比通道位置的冒口高 122 ,钢水充满型腔后冒口开始负担起液态补缩任务,而通道部位的冒口始终处于法兰冒 口的下方, 液面不会下降, 只是中心部位有较

14、大缩孔。 根据冒口提供的钢水量应大于铸件 冒口产生总体积收缩的原则,作下述分析计算:铸件冒口总重 3,040Kg铸件冒口总体积收缩 3,040×0.067=203.68法兰冒口钢水下沉总量 142Kg通道冒口能提供的补缩量 38.3×2×0.292=22.4Kg铸件不出现缩孔、缩松的条件是六个冒口继续提供的钢水量应大于等于:203.68-(142+22.4 =39.28 Kg每个冒口的缩孔部分钢水重量等于:39.28÷6=6.54 Kg目测图 11,要达到这个数字比较勉强,因此左右法兰上有时出现小缩孔,浇注时在左 右法兰冒口中撒上适量发热剂或适当加高冒口

15、,缩孔即消失。(五.对钢水化学成分的影响发热保温冒口是靠冒口套中的发热材料来提高钢水温度、 强化补缩效率的。 对冒口各个 部位进行化学分析,观察成分的变化情况。1. 材质 WCB 含碳量 0.200.21% ,由上至下分析数据如表 5。表 5序号 分析部位化 学 成 分C Si Mn P S Al1表层 a 0.219 0.545 0.942 0.021 0.018 0.1662 b 0.237 0.496 0.941 0.026 0.013 0.1023 C 0.225 0.451 0.958 0.031 0.015 0.0044 d 0.200 0.636 0.965 0.027 0.01

16、5 0.0635 中心部位 0.238 0.471 0.940 0.025 0.014 0.0652. 材质 表6 序 号 1 2 3 4 CN7M 分析数据如表 6。 化 C 0.058 0.062 0.060 0.053 Si 1.369 1.342 1.370 1/165 Mn 1.183 1.171 1.177 1.163 P 0.015 0.017 0.015 0.019 学 S 0.007 0.008 0.007 0.006 成 Cr 19.28 19.24 19.26 19.46 分 Ni 27.53 27.91 27.37 27.23 Mo 2.063 2.079 2.065

17、2.086 Cu 2.987 3.005 2.980 3.057 Al 0.061 0.076 0.084 0.010 分析部位 表层 表层 本体 1 2 中心部位 二、 结论 从以上分析数据可以看出，冒口中各点的化学成分与钢水的原始成分相比，碳增加 0.01 0.02，有害元素硫、磷几乎没有增加，对于碳钢和大部分合金钢不会影响质量，但对于质量要 求高的合金钢和不锈钢铸件，要考虑有 0.01的增碳量，比较方便的方法是适当增加冒口高度。 二在耐磨钢铸件上的应用 1.江苏某电力耐磨铸件公司 该公司生产的锤式破碎机用耐磨铸钢件锤头，型砂用 CO2 硬化水玻璃砂。原工艺采用纤维 保温冒口，铸件时有缩孔

18、、缩松。热处理后，Pt 检查有细裂纹。不良品率较高，使用寿命短， 磨耗较高。图 12、图 13 是冒口根部的缩孔情况。 图 12 图 13 现工艺在三种锤头上分别采用兴业铸造材料公司生产的150、 180、 200 的发热保温缩 颈冒口，工艺出品率较保温冒口提高 12。打箱后去除冒口，冒口根部断面细洁清晰，无缩孔 缩松（图 14、图 15、图 16、图 17） 。Pt 检查合格。铸件质量深得用户和外商好评。 图 14 图 15 305 图 16 图 17 2.东北某铸造有限公司 该厂生产矿山机械用高锰钢铸件。圆锥破碎机的轧臼壁、破碎壁铸件重量 3.55 吨。传统 工艺采用砂型冒口，后改用漂珠保温冒口，工艺出品率提高 16，但铸件质量不稳定，冒口根 部常出现缩孔（图 18，图 19，图 20，图 21） 。 图 18 图 19 图 20 图 21 06 年底生产出口高锰钢铸件，修补过的铸件在交货时，与外商屡有质量纠纷，严重影响交货 周期。07 年初试用发热保温直桶冒口，工艺出品率比漂珠保温冒口提高 13，补缩良好，冒口 根部致密。图 2225 是采用发热保