大型高铬铸铁护套铸造工艺

冯晓冉，张建宝

（石家庄强大泵业集团有限责任公司，河北 石家庄 050035）

随着疏浚行业的快速发展，挖泥泵零部件越来越大型化，近期我公司就接到了某航道局的大护套生产任务。此护套零件重量经计算约为19 t.零件最大方向尺寸：4501mm×3900mm×1090mm，其为公司历史上生产的最大高铬铸铁护套。客户要求护套表面无明显气缩孔，内部组织致密并且硬化后硬度须大于58HRC，因此铸造难度较大。

1 零件的化学成分

化学成分设计的主要思路是：①加大含碳量以获得足够数量的高硬度共晶碳化物。但含碳量过高，碳化物成网状，脆性加大；②含铬量适当，以保证基体组织淬火后主要为马氏体，从而保证达到足够硬度。结合我公司的Cr26材质实验，将成分定为

表1 护套化学成分（质量分数，%）

2 铸造工艺设计

2.1 造型方法

采用碱酚醛树脂砂造型。铸件尺寸超过4500mm，考虑到工装和现场条件的限制，决定采用外壁和内腔全部组芯的工艺方案。

2.2 加工量

此护套最大方向长度超过4000mm，考虑到高铬铸铁线收缩难以精确计算且为组芯生产的现状，参考铸件尺寸公差和机械加工余量（GB/T6414-1999），上端面加工量均留25mm，下端面加工量均留20mm。

2.3 分型面

根据护套形状，采取从中间分型分模的方法。

2.4 浇冒口设计

根据高铬抗磨白口铸铁的凝固特点采用顺序凝固原则，在护套的最高部位设置顶冒口，不易放顶冒口的部位设置侧冒口。铸件壁厚120mm，按照比例法确定为冒口颈140mm，冒口共11个，冒口直径350mm，高度为800mm。

零件重量19 t，加上浇冒口浇注重量约为28 t，故采用漏包浇注，开双浇口。根据浇注重量，包孔直径确定为 70mm，选择 F包孔∶F直∶F横∶F内＝1∶1.5～2∶1～1.5∶2～4的封闭式开放式结合的浇注系统。根据陶瓷浇道砖的规格，确定直浇道90mm，横浇道70mm，内浇道50mm。最终确定F阻＝F包孔＝F横＝3846 mm2，F直＝6359 mm2，F内＝11775mm2。F包孔：F直∶F横∶F内＝1∶1.65∶1∶3。

2.5 浇注温度和速度

根据该种合金的特性，结合铸件结构和现场浇注条件确定浇注温度为1360℃～1410℃；浇注速度为用4min～5min浇注完毕。

2.6 抬箱力的计算

因为此次生产为组芯无箱造型，因此为避免跑火发生，抬型力的计算是个重点。根据公式F抬=k（F型+F芯）其中 k 取 1.2，ρ=7500kg/m3，ρ芯=1500kg/m3，S型≈3m2，h=1.0m，g=10m/s2，V芯≈6 m3，

则 F抬=1.2×（225+360）kN=702 kN

由此得出压铁须不少于70t

2.7 其他工艺参数及操作要点

碱酚醛树脂砂造型，模型拔模斜度1.5°，铸造收缩率按2%，浇注温度1380℃～1400℃，采用玻璃钢模型。

操作要点制芯时芯铁要放草绳团，保证芯子的退让性，芯子中间开排气孔。采用组芯造型，上下型各分为4块，共8块.放置芯铁，依照每半形状制做梯形芯铁，中间放置横向芯铁加固，为保证强度，芯铁采取焊接型材的方式。在隔舌位置放置冷铁及铬矿砂，芯头部位开出溢流槽4道，宽40mm，高20mm。制芯时芯盒内放置芯铁，合箱过程中，不下芯子先合上箱，将上箱扣好后打好记号测量尺寸，最后下芯子以便最后合箱的准确性。完成合箱后，沿分型面围草绳多股，并在每个面外侧采用多股草绳从下向上引出，外侧用砂子填满围好。

2.8 铸造CAE验证

从图1中可见缩孔可能存在部位主要分布在浇道和冒口的中心部位，逐渐中不存在明显的缩孔或缩松，从计算机数值模拟的结果看，可以认为设计的铸造工艺方案是可行的（表2）。

2.9 打箱及热处理

铸件打箱过早容易产生裂纹和影响铸件硬度，因此必须在温度200℃以下方可打箱，压箱时间约20d，另外打箱过程中不允许磕碰铸件。

热处理工艺为淬火+回火

3 生产实践验证

按照既定的工艺实施生产两件，铸件打箱清理后发现外表良好冒口无明显缩孔缩松，经磁粉探伤，表明铸件内部组织致密，无缺陷。尺寸测量也合格，热处理后打硬度HRC58～60，客户检验后对铸件质量比较满意。

表2 铸造CAE计算参数列表

图1 铸造CAE模拟

4 结束语

通过对护套成分工艺分析，针对高铬铸铁的铸造性能特点，制定合理的确定工艺参数，成功生产了公司历史上最大的挖泥泵护套，积累了生产组织、生产准备、生产工艺等方面积累了诸多数据和经验，为公司赢得更多的挖泥泵市场提供了有力的技术保障。

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