46英寸球墨铸铁阀体的铸造工艺设计.pdf

9l 8 铸 造 F OUND R Y S e p ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 6 4 N0 ． 9 4 6 英寸球墨铸铁阀体的铸造工艺设计 郑永杰，朱文勤 大连华锐重工铸业有限公司，辽宁大连 1 1 6 0 2 1 摘要 球墨铸铁阀体结构复杂、壁厚相差较大，且阀体铸件对内部缺陷要求较高。文章介绍了球墨铸铁阀体铸件的 模型制作 、铸造 、熔炼及热处理工艺。合理的工艺设计提高了铸件的出品率。 关键词 球墨铸铁 ；阀体；壁厚 中图分类号T G 2 5 5 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 4 9 7 7 2 0 1 5 0 9 0 9 1 8 0 3 Ca s t i n g Pr o c e s s De s i g n o f 46 I n c h Va l v e B o d y Z HE NG Y o n g i e ， Z H U We n - q i n Da l i a n H u a r u i H e a v y I n d u s t r i e s C a s t i n g C o ． ， L t d ． ， Da l i a n 1 1 6 0 2 1 ， L i a o n i n g ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d u c t i l e i r o n v a l v e b o d y c a s t i n g s h a v e c o mp l e x s t r u c t u r e a n d l a r g e d i ffe r e n c e o f wa l l t h i c k n e s s ， a nd t h e r e q ui r e m e n t f o r i n t e r i o r d e f e c t s o f t he c a s t i n g i s hi g h． The p a t t e r n- ma k i n g ，c a s t i ng ， m e l t i n g a n d he a t t r e a t me n t o f t h e c a s t i n g s we r e i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r ． T h e y i e l d o f t h e c a s t i n g wa s i mp r o v e d b y t h e r a t i o n a l p r oc e s s d e s i g n． Ke y wo r d s d u c t i l e i r o n ； v a l v e ； wa l l t h i c kn e s s 本公司阀体的生产数量较少 ，且都采用水平放置 浇注，大冒口补缩 ，制作随型冷铁冷却的铸造工艺 ， 虽然铸件能满足客户要求 ，但出品率很低 ，生产成本 较高 ，且水平放置浇注方式制芯 、组芯难度大 ，铸件 壁厚较难控制。此次为美国某公司生产的4 6 英寸阀体 ， 采用垂直放置浇注方式 ，仅使用出气安全 冒口和通用 冷铁工艺 ，提高了工艺出品率 ，降低了生产成本 ，提 高了生产效率，铸件壁厚也得到了很好控制。 1 研 制过程 1 ． 1 产品介绍 阀体材 质 为6 0 ． 4 0 ． 1 8 AS T M A 3 9 5 ，毛坯 重 量 2 9 0 0 k g ，铁液晕3 6 0 0 k g ，毛坯件轮廓尺寸 1 4 7 8 mmx 9 1 1 mm，结构较复杂 ，法兰和其他部位壁厚相差较 大 ，铸件形状及主要尺寸如图1 所示。 铸件上下端法兰厚度1 2 5 mm，主要壁厚为2 5 mm， 客户对材质性能要求较高 ，拉伸和屈服强度要求分别 达 g 4 1 5 MP a 、2 7 5 MP a 以上的同时 ，伸长率仍需达到 1 8 ％以 } ，这样对铁液的熔炼工艺需做试验性调整 ， 而金相要求充分铁素体化 ，不能含有较大碳化物 ，至 少含9 0 ％的 I型和 I I 型 相当于E N I S O 9 4 5 规范要求 的 V 和Ⅵ 型石 墨 。 另外根据AS T M A 3 9 5 规范的要求 ，此类材质还需 做高温铁素体化退火。阀体对 内部致密性要求较高 ， 法兰圆角处需做x一 射线探伤 ，阀体全身做MT 检测 ，不 允许有任何超标缺陷存在。加工后还需做水压 试验 ， 在2 ． 8 MP a 压力作用下持续 1 5 mi n 以上不渗漏才合格 。 所以对铸造工艺技术水平和车间操作要求非常高。 1 ． 2 铸造工艺设计 1 ．2 ． 1 浇注方式及模型方案的设计 此铸件可采用两种浇注方式 ，即水平放置和垂直 放置浇注方式 水平放置即图1 中心线水平，垂直放置 即图1 中心线垂直 。若采用水平放置浇注方式，铁液 在上升过程中，杂质不会随铁 液集 中到达铸件顶端 ， 而是最终分散分布在毛坯面 ，加上铸件本身壁厚较薄， 将会对其强度会有很大影响；采用垂直放置方式浇注 ， 『 J 1 g 7 8 图1 铸件结构 F i g． 1 S t r u c t ur e o f c a s t i n g 收稿 曰期 2 0 1 5 - 0 l 一 0 6 收到初稿 ，2 0 1 5 0 2 0 3 收到修订稿 。 作者简介 邓永杰 1 9 8 3 一 ，男 ，丁程师 ，从事球 墨铸铁件铸造工艺研究工作。电话 0 4 1 1 - 8 5 5 8 3 0 2 0 ，E ma i l z h e n g y j d h id c w． c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铸造 郑永 杰等 4 6 英寸球墨铸铁阀体的铸造工艺设 计 尽管杂质不能完全集中到达铸件顶端 ，但相对水平放 置方式 ，优势比较明显。 水平放置方式制芯组芯难度大 ，且因其只能设计 为悬臂芯 ，组芯后在浇注过程 中随铁液的上升 ，砂芯 受铁液浮力作用导致其稳定性差 ，铸件壁厚尺寸难以 有效控制。另外垂直放置方式 内浇道设置简单 ，铁液 流动产生较少紊流 ，而水平放置方式 内浇道设置复杂， 紊流多 ，因此而产生的氧化渣和气孔较多[1 ] 。 模型制作方面 ，水平放置方式模型简单 ，因此造 型方便 ，但芯盒制作复杂，制芯组芯难度大 ；而垂直 放置方式砂芯较多 ，模型成本相对较高。 图2 模 型方案 Fi g ． 2 P a t t e r np l a n 综合以上各因素 ，最终浇注方式选择 了垂直浇注 方式 ，铸型方案如图2 。铸件 内腔由2 ～5 芯构成 ，铸 件外部由1 、6 芯及模型外形构成，此浇注方案有一个 特别注意的问题 ，就是1 、2 、5 砂芯在铁液浇注过程 的漂浮问题 ，在合箱时需要将其压实 ，防止上浮。 1 ． 2 ． 2 冒口、浇 口、冷铁设计 1 冒口设计。上端法兰厚度1 2 5 mn l ，模数约为 3 ，满足 自补缩条件[2 ] ，另外车间使用树脂 自硬砂造型 ， 抗压强度约1 MP a ，且上下砂箱使用螺栓和箱卡紧 固， 所以型腔刚度足够 ，这样保证了上端法兰的自补缩条 件 ，可采用无冒口铸造工艺 ，但考虑到铸造现场的实 际需要 ，设计了4 个安全 冒口，以起到补充铁液和排气 的作用，冒口使用冒口板和法兰面连接。 2 浇注系统及浇注温度设计 。因球铁需要用主 要含Mg 的球化剂来进行球化处理，所以铁液中不可避 免存在Mg O、Mg S 等杂质 ，为最大限度地限制杂质进 入型腔 ，降低Mg 的二次造渣 ，选择 了开放式浇 注系 统 ，同时开放式浇注系统充型平稳 ，铁液被空气氧化 程度低 ，也是选择开放式浇注系统的原因之一。 内浇道采用4 道扁平浇 口，均布在下端法兰面，直 浇道采用q b 6 0 m n l 陶瓷管 ，直浇道与内浇道截面积比为 1 3 ． 5 ，设计浇注时间为4 5 S 。 铸件主要壁厚较薄，要求高温浇注 ，但温度过高 会导致收缩率增大 ，不利于消除缩松缺陷 ，最终根据 经验将浇注温度设计在1 3 4 0 ～1 3 5 0℃。 3 冷铁设计。铸件主要壁厚均匀 ，可实现同时 凝 固；上端法兰圆角可 由法兰提供补缩 ，而下端法兰 圆角处有较大热节 ，需设置冷铁抵消热节 ；下端法兰 因内浇道存在，凝固过程中温度最高，且无铁液补缩 ， 所 以在法兰面上设置 了冷铁。冒口、浇注系统 、冷铁 的工艺设计方案见图3 。 图3 工艺设计方案 Fi g ． 3 Te c h no l o g y p l a n 1 ． 3 熔炼工艺 1 ． 3 ． 1 化学成分 成 分 范 围设 定 为 3 ． 7 0 ％～3 ． 8 0 ％ C，2 ． 2 0 ％～ 2 ． 3 0 ％ Si ， 0 ． 2％ ～ 0 ． 3 ％ M n， 0． 0 2 ％ S， 0． 0 4 ％ P， C E 控制在4 ．4 0 ％～4 ． 5 5 ％，C E 过 高易出现石墨漂浮 ， C E 过低会减少石墨化膨胀量 ，对 自补缩不利 。控制 0 ． 0 3 ％0 ． 0 5 ％Mg 残 和0 ． 0 3 ％0 ． 0 4 ％R E 。如果铁液内 的Mg 残过多会增加碳化物的产生 、增加收缩量 ，使铸 件产生缩孔 、缩松缺陷 ，R E 残 过高会出现异形石墨和 增加碳化物形成倾 向。 1 ． 3 ． 2 球化及孕育处理 球化处理采用包 内冲入法 ，针对客户要求材料基 体充分铁素体化 ，且无碳化物，我们适 当增加孕育量 至1 ． 0 ％，并采用二次孕育措施 ，防止孕育衰退 ，细化 石墨球 ，增加石墨球数量 。球 化剂加入量 为0 ． 8 ％～ 1 ． 1 ％，球化剂和孕育剂主要成分见表1 。 表1 球化剂和孕育剂成分及其含量 Ta b l e 1 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n s o f t h e n o d u l i z e r a n d i n o c u l a n t w g ％ 1 - 3 - 3 浇注过程 该铸件的浇注重量为3 6 0 0 k g ，公司采用 1 5 吨中频 电炉熔炼 ，在炉前进行一次孕育 ，浇口箱内二次孕育， 实际测得浇注温度为1 3 4 2℃，浇注充型时间为4 8 S 。 1 ． 3 ． 4 热处 理 为促进铁素体化 ，此类高牌号铸件需进行高温铁 下转第 9 2 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m