铁模复砂工艺兼得金属型与砂型二者优势你不可不知的知识点

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　　铁模覆砂铸造，就是在金属模与粗成形金属铸型（砂箱）内壁之间，覆上一层4~8㎜厚的覆膜砂，通常金属模的加热温度为240~250℃，外面的金属砂箱的加热温度约为200℃，覆膜砂在这样一个温度场下固化，覆盖在金属砂箱内表面的覆膜砂成为硬壳的铸型，铁液注入覆有覆膜砂的金属砂箱之中，凝固后成为铸件的铸造工艺方法。此工艺是基于金属型铸造和砂型铸造相结合基础上发展起来的，兼有二者的优点：铁砂箱加快了铁液的凝固冷却，使铸件石墨细小，结晶组织致密，基体中珠光体体积分数增加；铸件尺寸精度高，加工余量小；造型材料需要量少；废品率相对较低，以及铸件清理工作量小。由于铸型强度高，几乎不存在型壁位移（向外）现象，所以石墨膨胀作用于铸型的推力，几乎不产生效应，因此使铸件得到良好的自补缩，有利于减少或消除铸件产生缩孔、缩松等缺陷。与砂型铸造相比，采用铁模覆砂铸造工艺生产出的铸件，组织更致密，综合物理性能得到改善，可实现铸件小冒口或无冒口铸造。该工艺的缺点是：前期资金投入较多；适用于少品种、大批量铸件的生产。制动鼓铁模覆砂造型工艺如附图所示。

1. 冒口座套 2.冒口覆砂层 3.浇冒口 4.射砂孔 5.浇注系统 6.上砂箱 7.上砂箱覆砂层 8.铸件 9.下砂箱覆砂层 10.下砂箱 11.射砂孔

　　制动鼓铁模覆砂造型工艺示意图

　　1. 铁模覆砂工艺设计中及操作中的注意事项

　　（1）覆砂厚度对铸件质量和生产成本都很重要。覆砂厚度过大，不但影响其激冷效果，也加大了生产成本。覆砂厚度过小，激冷过重，铸件的硬度高，不便精加工。一般情况下，精加工面覆砂较厚，非加工面覆砂较薄；珠光体基体材质的铸件覆砂较薄，铁素体基体的铸件覆砂较厚；热节点覆砂较薄，非热节点覆砂较厚;铸件大且形状复杂时，覆砂要厚，否则影响砂的流速，途中固化，致使铸型下部充砂不实。

　　（2）如果铸件的高度大，在下部要设“气塞”，防止起模时下部产生真空区不能进气，吸伤铸型。

　　（3）在加热铁模及砂型时，要控制其加热温度及整体温度的均匀性。

　　（4）在设计分型面时，尽可能使上下型（砂箱）高度均匀，减少充砂路程，便于使覆膜砂充实铸型。

　　（5）砂箱与铁模底板的接触面，砂箱上要开设排气道，其大小以只能充分排气而不能跑砂为准则(一般是用手锯开槽即可)。

　　2．制动鼓化学成分及物理性能的要求

　　制动鼓属于HT250孕育铸铁，是汽车上的制动部件，质量要求严格，化学成分和力学性能技术要求见表1、表2。

　　金相组织按GB/T7216。

　　基体：片状珠光体，铁素体或碳化物≤5%

　　石墨：A型石墨，石墨长度3～5级

　　3.化学成分的控制

　　C：碳是铸铁的基本元素，碳在铸铁中的存在形式主要有两种：一种是以游离状结晶碳石墨的形式存在，另一种是以化合状渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式，把铸铁分成许多类型。在灰铸铁中碳主要以片状石墨形式存在。含碳量高，有利于促进石墨化，析出的石墨量大，其金相组织往往为铁素体基体和粗大的片状石墨，材料强度和硬度较低；如果含碳量控制适当，又得到合理孕育，其金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的强度和硬度；如果含碳量低，又得不到合理孕育，其金相组织为珠光体和细片状石墨，甚至是白口组织，其强度、硬度高，不便于机械加工。

　　对于生产HT250制动鼓来说，如果要求wC＝3.0％ ~3.6％，比较好控制，通过孕育措施就可以到达到力学性能要求；如果要求wC＝3.4％~3.6％，那就需要进行低合金化处理才能达到其力学性能要求。

　　Si：硅能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化元素，其石墨化作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。一般C、Si含量低可获得较高的强度和硬度，但铁液流动性稍差；反之，碳硅含量高，强度和硬度较低，铁液流动性好。

　　灰铸铁中 C、Si 都是促进石墨化元素。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。降低碳当量可减少石墨数量，细化石墨、，增加初析奥氏体枝晶数量，因此是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。但是降低碳当量会导致铸造性能降低，铸件断面敏感性增加，硬度上升造成加工困难等问题。因此控制炉前wSi＝0.8%～1.0%，终硅wSi＝1.6%～1.8 %。

　　Mn：锰是阻碍石墨化元素，故提高含锰量会增加基体组织中的珠光体数量。随锰含量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。因此控制wMn＝0.7%～0.9 %。

S：硫在铸铁中通常被认为是有害元素。硫稳定渗碳体，阻止石墨化。硫化铁的熔点低、且质软而脆，能降低铸铁的强度，促进铸铁的收缩，并引起铸铁的过硬和裂纹形成。

　　用感应电炉熔炼铁液的过程，与用冲天炉熔炼铁液的过程是不相同的。

　　冲天炉从开始熔化到铁液自炉中流出所经历的时间很短，约10min。即使冲天炉的出铁温度不太高，但在炉内熔化带的温度也在1700℃以上，而且铁液的氧化并不严重，只会有利于粗大片状石墨的分解，使其溶于铁液，而且也不会减少自发晶核的量。这是因为细小的铁液滴落在炽热的（白亮色）焦炭上，从焦炭上吸收了C、S，反而增加了自发晶核的量。另外，当炉中铁液经过冲天炉的“过桥”流出后，要在前炉缸中停留一段时间，这对铁液的增核是有利的。

　　用感应电炉熔炼就不同了，从开始熔化到出铁，需要约1h，不存在增碳、增硫的现象，而且铁液过热温度高，过热时间长，又有感应电流的搅拌摩擦作用，铁液中微细的晶态石墨即自发晶核和外来结晶核心都会逐渐溶于铁液而消失，或浮至液面并与集渣剂粘裹在一起被挑出炉外。这样，使铁液在共晶结晶时，可作为外来晶核的物质大幅减少。例如，可作为外来晶核的SiO2，在温度很高，又有搅拌作用的条件下，就易于与铸铁中的碳发生如下反应而消失。

　　SiO2+2C→Si+2CO↑

　　这种缺少晶核的铁液，在共晶结晶凝固过程中过冷倾向大，对孕育的回应能力很差，生产出的铸件硬度高，不易精加工。

　　硫在灰铸铁中还具有低合金化的特殊作用。当wS＜0.06%时，硫的一些有益作用就无法得到发挥。在铸铁中存在有细小而分散的硫化夹杂物，能在石墨的生核和成长中起积极而有益的作用。用感应电炉熔炼废钢加增碳剂的合成铸铁，其最终含硫量一般wS＜0.03%的。因此，为了提高铁液的含硫量，炉前化验后适量加入硫化亚铁，wS＝0.07%～0.09%。

　　P：磷在铸铁中通常也被认为是有害元素。P使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，能溶于液态铸铁中，并降低碳在液态铸铁中的溶解度, 有略微促进石墨化作用，故计算碳当量时应计入磷的含量。当金属材料中磷的含量达到一定量时，在铸铁中就易形成磷共晶，含磷量越高，磷共晶数量越多。磷共晶的熔点低，在铸铁凝固过程中，较长时间的保持液态，不断被共晶团排挤，最后被“驱逐”到共晶团边界，在那里凝固，因此磷共晶呈多角状分布在共晶团边界上，由于磷共晶锐角对金属基体具有一定的切割作用，所以降低了材质的强度，使铸件易发生脆裂缺陷。

　　就制动鼓的生产来说，应从使用的原材料源头进行控制，就是不要进高磷生铁、不要大量使用炮弹皮、柴油机缸套等高磷铸铁件作为回炉料。控制wP＜0.06%。

　　Cr：铬是反石墨化元素，共析转变时稳定珠光体。在灰铸铁中在0.15%时，即可明显起到提高材质硬度和强度的作用。在对铬的含量和控制方法上，我们作了大量的工作，在wC＞3.4%的铸铁里，其含量稍低，铸件的硬度和强度就低；其含量稍高出要求范围，铸件的硬度就高，精加工困难。因此在最后调料过程中采取措施，控制wCr＝0.3%～0.45%。

　　实际生产中，根据技术要求制定的配料单见表3，化学成分对材质力学性的影响见表4。