均衡凝固技术及应用.pdf

首届中国大型铸锻件制造技术发展论坛论文集 均衡凝固技术及应用 范宪之 (天津第一机床总厂铸造厂，天津300180) 摘要：灰铸铁和球墨铸铁件在凝固过程中，由于石墨析出产生体积膨胀，从而可以抵消一部分由于温 度降低而产生的液态收缩和奥氏体析出的凝固收缩。这种膨胀、收缩相抵的能力，称为“自补能 力”。均衡凝固原则就是充分利用铸铁件在凝固过程中石墨化膨胀的这个特点，改变传统的大冒口工 艺，实现有限冒口和无冒口设计，以提高铸件质量，节约冒口铁液的工艺。 关键词：铸铁件；冒口；凝固；收缩 灰铸铁和球墨铸铁(以下简称铸铁件)与铸钢件有完全不同的凝固、收缩特性，由于缺少铸铁件 工艺理论的研究，长期以来铸铁件一直沿用顺序凝固、同时凝固的工艺原则，在理论上和实践上存在 问题较多，主要有以下几方面。 (1)由于过分强调凝固“顺序”，冒口要最后凝固，冒口太大，工艺出品率太低，一些手册、教 材、专著所提供的设计方法、数据、严重脱离实际。 生产实践已经证明，对于厚实的大件不必要安放很大的冒口，可以采用无冒IZl或有限冒口的生产 工艺。 为什么会出现这种情况呢?这是因为人们从顺序凝固的概念出发认为要用冒口，冒口就要晚于铸 件凝固，所以要取比例系数大于l，又由于受到铸钢件平衡系数1．2的影响将比例系数的下限定为 1．2。 (2)铸铁件采用大冒口并不“保险”，往往是“越补越缩”，生产中经常可以发现大冒121根部， 冒口根的周围，冒口下面的热节处产生缩孔、缩松、缩凹，严重时伴随有气孔一缩孔一裂纹缺陷。特 别是当忠实地执行顺序凝固原则将冒1：1安放在铸件的几何热节上时，缺陷情况更加严重，铸件的几何 热节是容易产生收缩缺陷的部位，在其上安放一个大冒口(通常为圆柱形或瓶式冒口)，从几何上加 大了热节的尺寸，从物理上减小了热节处的散热面积，使原来的热节加大，这个加大了的热节称为接 触热节，当铁液直接从冒121引入或内浇道开在冒口根部，使浇道根一冒12I根一铸件热节重合，考虑到 铁液流动的热影响，接触热节变得更大。 将冒口安放在铸件的热节处，称为热节冒121。热节冒121及其产生的接触热节是铸铁件冒I：1根部产 生缩孔、缩松、缩裂、气孔的原因。 ‘ (3)关于铸铁件自补缩目前的资料推荐的计算公式如下。 y缩=y液+V凝一V石膨+V型移 该公式错误地忽略了铸件液态收缩值(y液)，凝固收缩值(V凝)在前，石墨化膨胀值( y石胀)在后的时间差，不同时间的收缩和膨胀是不能起相抵作用的，而且受到铸件结构条件的限制， 铸件石墨化膨胀量不能100％被利用。 铸件初始冷却收缩在前，产生的体积亏损得不到有效的外部补缩就会产生缩凹、缩孔和缩松，收 作者简介：范宪之，铸造厂总工程师，高级工程师。电话：022E—mail：tj_．foundry 通讯地址：天津市河东区津塘路146#传真：022 —86— 均衡凝固技术及应用 缩孔洞一旦形成，后期的石墨化膨胀不能将其消除，而只能产生型壁迁移(V型穆)，所以型壁迁移是 石墨化膨胀没有被补缩利用的结果。该公式认为型壁迁移是增加铸件缩孔、缩松体积的因素，是不公 平的。 综上所述，由于铸件凝固过程存在石墨化膨胀，石墨化膨胀对收缩的相抵作用，不受数量、时 间、利用程度的影响。 1 均衡凝固工艺与有限补缩 铸铁件在冷却、凝固过程中，既有液态收缩、凝固收缩，又有石墨化膨胀，但不能简单的代数叠 加自补缩。不同时间产生的收缩和膨胀不能相抵。对于一个铸件，由于各个区域的冷却速度之差，各 部分进入收缩就可以相抵。即铸件的自补缩是从铸件宏观整体而言，是在铁液相流通的情况下，一部 分对另一部分的补缩。 疑 善 爿 警 遮 图1 收缩和膨胀的叠加原理 图中