军工台体的铸造工艺

孙振国 杨震华 贺 杨 金丽敏 王 话 周 寒 赵素珍

(沈阳铸锻工业有限公司铸钢公司，辽宁110027)

军工台体是军工实验的重要平台，该铸件的尺寸要求精度高，采用整体铸造，必须一次性无断流完成浇注成型。铸件要求按照GB/T 7233—1987规定进行超声波探伤，合格级别为Ⅱ级。为了保证其安全可靠地工作，不仅要求它的外观尺寸准确，而且内部组织必须致密，性能优良。它的质量好坏直接影响到军工实验的准确性。为了保证台体的内、外部质量，从造型方案、造型材料、工艺设计及工艺措施等方面进行试验研究，制订了如下技术措施：

(1)采用有机酯硬化水玻璃砂造型，保证铸件尺寸精度；

(2)铸件内砂芯与地面预埋圆钢焊接牢固，防止砂芯漂浮；

(3)木型制作撞砂胎，在保证外圆的尺寸精度的同时，减少制作实样木型时间和成本；

(4)上箱采用专用的冶金辅具，保证铸件的大平面质量；

(5)采用4包循环加热、保温，4包同时浇注，以满足铸件200 t钢水的需求；

(6)冒口中依次加入保温剂、发热剂、覆盖剂，增强冒口的补缩能力。

1 技术条件

1.1 化学成分

台体材料为ZG270-500，其化学成分见表1。

1.2 力学性能

台体的力学性能要求见表2。

表1 台体的化学成分(质量分数，%)Table 1 The chemical composition of platform(mass fraction, %)

表2 台体的力学性能Table 2 The mechanical properties of platform

1.3 无损检测

铸件要进行超声波探伤，按照GB/T 7233—1987规定执行，要求Ⅱ级。当铸钢件出现以下情况时不得进行返修：(a)铸造裂纹深度超过厚度的50%；(b)二次返修达不到指标要求。

2 台体铸造工艺方案

2.1 台体铸件的结构

台体铸件最大直径为∅7 600 mm，高度700 mm，结构见图1。铸件壁厚为150 mm～215 mm，铸件有多处分散热节。铸件毛坯重量145 t。

图1 军工台体结构图Figure 1 The structure sketch of the platform

2.2 铸造方案的分析和选定

将∅7 200 mm大平面设置为浇注位置，采用内、外两圈冒口分散布置，大平面下部筋部及热节处设置∅12 mm～16 mm内冷铁。浇口沿大平面周围分布。

确定此方案的原因：

(1)由于该件是由大平面向筋部厚度逐渐变小，把冒口设置在大平面上，创造良好的补缩条件，有利于顺序凝固，从而保证铸件内部质量达到探伤要求。

(2)由于筋部壁厚较厚，如果只靠大平面钢水来补缩，势必影响大平面的质量。而大平面是台体的最重要部位，因此，筋部和热节处放置内冷铁，调节其温度场，造成顺序凝固。

(3)为了避免钢水在型腔内的流速受到砂芯的影响，造成冲砂现象，设计浇口沿大平面周围分布，这样也有利于大平面浇注成型。

2.3 造型材料的确定

采用有机酯硬化水玻璃石英砂造型、制芯，型、芯表面涂刷醇基锆英粉涂料，提高铸件外部质量和尺寸精度。

造型材料有机酯硬化水玻璃砂的配比为：石英砂100%；水玻璃3%(占原砂)；固化剂18%(占水玻璃)。

2.4 铸造工艺参数的确定

2.4.1 缩尺与加工量

缩尺：取值范围为1.0%～1.5%；

加工量：取值范围为30 mm～35 mm。

2.4.2 冒口的设计和确定

按照比例法确定冒口大小，冒口分布如图2所示。

2.4.3 浇注系统的确定

图2 军工台体冒口分布图Figure 2 The distribution diagram of risers for the platform

台体钢水总重200 t，结合我厂实际采用∅70 mm、∅50 mm包孔，四包六孔浇注系统(两个座包各两个∅70 mm包孔，两个吊包各一个∅50 mm包孔)。直浇口和横浇口用∅120 mm钢砖管卧制，内浇口用12个∅100 mm钢砖管卧制。浇注系统为开放式，其比例为：ΣF包孔∶ΣF直浇口∶ΣF横浇口∶ΣF内浇口=1∶3.51∶4.68∶4.88。保证了钢水快速充满铸型，减少钢水对型腔的烘烤时间，同时避免起皮、砂眼、粘砂、夹渣、缩松等铸造缺陷。

3 军工台体的铸造

3.1 辅具

该件尺寸较大，结构复杂，质量要求高，为此设计尺寸为∅8 500 mm×500 mm专用台体砂箱。采用专用砂箱造型可以保证砂型强度及大平面铸件的质量。

3.2 模样

由于台体整体尺寸为∅7 200 mm，考虑到做实样成本高，周期长，因此木型采用撞砂胎加刮板的工艺方案。撞砂胎的使用，既保证了外圆的尺寸精度，又减少了制作实样木型的时间和费用。∅7 600 mm的部位木型制作活料，其起模斜度为1∶10。为了保证砂芯尺寸形状精确度高，将径向的三个芯盒制成整体。

3.3 造型

3.3.1 砂芯固定

为了保证砂芯在浇注过程中不漂芯，制作底平面时预埋圆钢，下芯时与其相连，即砂芯采用底部固定方式。

3.3.2 内冷铁放置

凸起部位加工孔不铸出，在对应部位放置内冷铁并要求竖直固定牢固，以保证铸件孔的加工质量。

3.3.3 涂料

(1)涂料成分和性能

型(芯)选用醇基锆英粉涂料，其成分为：锆英粉100%；锂基膨润土1.5%～3.0%；酚醛树脂5%～8%；酒精适量。其性能为：密度(1.8～2.1)g/cm3；悬浮性(24 h)>92%；粘度(∅4)11 s～135 s；发气量<25 ml/g；渗入深度0.1 mm～0.3 mm。

(2)涂料的涂刷

涂料采用涂刷方式，分5次涂刷，涂刷厚度为2 mm，保证光滑均匀。

(3)涂料的干燥

涂料在每刷一遍后用明火点燃(醇基)，使其自然干燥。最后一遍涂料刷完后，不可将其点燃，待酒精挥发一段时间后，用煤气烘干。烘干时要用小火、大面积快速移动的方式将涂层干燥透，涂层呈桔黄色为最佳状态。

3.4 浇注

铸件钢水总量为200 t，需采用4包浇注。我公司现有一台40 t电弧炉和一台60 t精炼炉，因此4个钢包需要循环保温、加热，才能保证一次性提供足够的钢水量。军工平台属大平面类铸件，为了保证钢水的上升速度，浇注时要求采用全速浇注，即四包六孔全部打开将型腔快速充满。当冒口钢水浇到三分之二高度时，依次加入保温剂、发热剂、覆盖剂，以增强冒口对铸件的补缩能力。

图3 军工台体的热处理曲线Figure 3 The curve of heat treatment for the platform

3.5 清整与铸后热处理

3.5.1 冒口切割

为防止军工台体切割浇、冒口时产生裂纹，铸件要在180～250℃时热割冒口。冒口去除后，及时进行正、回火处理。

3.5.2 热处理

军工台体铸件采取正、回火处理，温度曲线见图3。空冷是为了加快冷却速度，以满足各项性能指标要求。热处理后军工台体的性能检验结果见表3。由表3可知，台体完全满足技术条件要求。

表3 热处理后台体的力学性能Table 3 The mechanical properties of platform after heat treatment

4 结论

通过对军工台体的结构进行分析，制订了相应的工艺措施。生产实践证明，所采取的工艺是合理有效的，军工台体的各项性能指标均达到设计要求。