内冷铁在厚大铸钢件上的应用

凌云飞，胡昌军（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔市 161002）

内冷铁在厚大铸钢件上的应用

凌云飞，胡昌军（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔市 161002）

厚大铸钢件；内冷铁；铸造工艺

我公司生产的厚大铸钢件主要有桥墩、主压头、副压头、前盘、后盘等。这些铸钢件由于用途特殊，对其内部质量要求较高，除进行一些常规的性能检测外还要求进行其它性能检测，如探伤、打压等。为此在进行此类铸钢件铸造工艺设计时应充分考虑其特殊要求，保证产品能顺利通过各项性能检测

1 厚大铸钢件的工艺特点

1.1 放置内冷铁

1.1.1 内冷铁的作用

（1）内冷铁能有效提高铸件的工艺出品率，降低铸件的生产成本。

（2）内冷铁可以防止厚大件胀砂、缩松、粘砂等缺陷的产生，可以细化晶粒，减少铸造应力，对厚大铸件品质控制非常有益。

（3）内冷铁可以减小冒口，减少浇注钢液量，可以帮助我们突破生产条件和工序能力的限制。

（4）内冷铁的使用还可以防止厚大铸件出现晶粒粗大和减小铸造应力，防止铸件产生裂纹。

1.1.2 内冷铁的数量

由于铸件要求探伤检测或打压试验，所以对内部质量要求较高。如果内冷铁数量放得过多，造成内冷铁不能完全熔化，则会使探伤检测或打压试验不合格；但如果内冷铁放得过少，又不能充分发挥内冷铁的作用。因此应合理确定内冷铁的数量。

1.1.3 对内冷铁的材质及表面质量的要求

（1）对于碳钢件，内冷铁的含碳量应小于或近似铸件的含碳量；对合金钢铸件，内冷铁应是同材质。

（2）内冷铁须经防锈除渣，如果内冷铁表面出现锈蚀或焊渣未除净，则会影响内冷铁与钢液的熔合，污染铸件，产生渣孔、气孔、夹渣物等。

（3）内冷铁应设置合理的冷铁脚和距型壁距离，避免太靠近型壁造成熔合不良。

1.1.4 放置内冷铁的注意事项

（1）需进行探伤、打压的铸件应尽量少用内冷铁，防止内冷铁和铸件熔合不好造成探伤检测和打压试验不合格。

（2）内冷铁的放置将影响钢液的浮砂能力，放内冷铁后砂子也不易被抽干净。因此在放内冷铁前一定将砂子抽净，合箱时尽量防止砂子掉入型腔。

（3）当厚大区域不是整个铸件而是局部时，应以这个局部为单位计算内冷铁数量、冒口大小及钢液补浇时间。

（4）在型内放好内冷铁后，最好在3至4小时内浇注，以防止在冷铁上聚集水分致使铸件产生气孔。

（5）在放内冷铁处铸型上方未设置冒口的应开设气孔。如冷铁上方是暗冒口，其冒口上的出气孔直径应增大。

（6）内冷铁在铸型内用芯撑固定，防止内冷铁移动后与砂型靠得过近而不能完全熔化。

1.2 通过冒口补钢液

对于厚大铸钢件，在放置内冷铁的同时,往往配合使用在铸件浇注一定时间后往冒口中补充钢液的工艺，增加冒口中钢液的凝固时间。此工艺方法可以有效地提高铸件的工艺出品率，降低铸件的生产成本。此外，在减小冒口尺寸的同时，还可以减小冒口的切割难度，提高生产率。

2 典型厚大铸钢件的工艺设计

现以桥墩为例介绍典型厚大铸钢件的工艺设计。如图1所示，桥墩材质为ZG230-450，铸件要求加工后进行探伤检测。体积V0=6.08×108mm3，质量m=4750kg，模数 M0=153mm。

（1）内冷铁质量的确定Wd

由于此铸钢件为厚大铸件，有利于内冷铁的熔化，但铸件要求探伤检测，根据文献[1]综合考虑，内冷铁占铸件的质量分数按4%,内冷铁直径为8mm，内冷铁质量 Wd=4750×4%=190（kg）。

（2）放内冷铁后铸件的模数M01

根据公式Wd=fρV0（M0－M01）/M0

式中：f为系数，参考文献[1]确定，按最高浇注温度1600℃确定f为0.138；ρ为内冷铁的密度，为7.8×103kg/m3。最后计算得M01=113mm。

（3）冒口模数M0m的确定

考虑冒口的切割难度选择长条冒口，尺寸为500mm×1000mm，高度600mm，数量一个。冒口的模数M0m=102mm。

（4）补冒口时间T2的确定

根据实际经验，铸件模数M为80mm时，铸件的凝固时间T约为120min。由此根据公式[2]T/T0x=M2/M0x2（T、T0x分别为铸件1和铸件2的凝固时间；M、M0x分别为铸件1和铸件2的模数），铸件桥墩的凝固时间T01：

120/T01=802/（113）2

T01=240min。

冒口的凝固时间T0m（冒口可以看成一个铸件）：

120/T0m=802/1022

T0m=195min

所以补冒口的时间应大于T01－T0m=240－195=45（min），但应小于冒口的凝固时间195min，即补冒口的时间为45min＜T2＜195min，考虑一定的安全性，我们确定补冒口的时间为60min＜T2＜180min，此时间范围基本在下一炉出钢时补冒口即可。

补冒口的时间范围可以通过内冷铁的数量和冒口大小来调节，使其与生产条件相适应。

（5）内冷铁的要求

①内冷铁材质选用Q235－A。Q235－A的含碳量在0.8%～1.2%之间，小于ZG230－450钢的含碳量。

②内冷铁经过了防锈除渣。

③内冷铁设置了合理的冷铁脚和距型壁距离。

3 结语

采用上述工艺方法生产的桥墩表面质量和内部质量都较好,并顺利通过了铸件加工后的探伤检测。

[1]王文清，李魁盛.铸造工艺学.北京：机械工业出版社，1998.

[2]李隆盛.铸钢手册.北京：机械工业出版社，1981.

Application of Inner Chilling on Heavy Thick Wall Steel Castings

LING YunFei，HU ChangJun
（Qiqihar Railway Rolling Stock Co.，Ltd.Qiqihaer 161002,Heilongjiang China）

Heavy thick wall steel castings；Inner chilling；Foundry technology

TG260.6;

A；

1006－9658（2010）02－2

2009－10－28

2009－141

凌云飞（1977-），工程师，主要从事铸造工艺设计工作