步进式冷床底盘的铸造工艺改进

宋英玲，刘建华

（1 山钢股份济南分公司 装备部，山东 济南 250101；2 济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250101）

1 前 言

步进式冷床的制作中，底盘是重要部件，其质量直接影响到钢板的质量。底盘材质为HT250，长850 mm，宽244 mm，最厚处60 mm，最薄处25 mm，属于小型板类铸件。底盘要求耐热性好、抗冲击。若采用普通砂型单件铸造，需要足够的造型及浇注面积，而且砂铁比高，铸件成本较高。通过对底盘铸件的铸造工艺及材质改进，生产出既经济又质量高的合格冷床底盘。

2 铸造工艺现状及存在的问题

平板类灰铸铁件外形简单，大部分结构比较均匀。其铸造工艺简单，铸件质量对铸造工艺不敏感。传统的生产方法是采用单箱单件或单箱两件平浇铸，投入高、产出低，且占用场地面积大，耗砂量高，浇注次数多，铸件质量得不到保证。目前，板类小型铸件生产主要存在以下问题。

1）由于浇注时间过长，受铁液的冲刷和热冲击作用，铸件上下表面易产生夹砂和砂眼。2）如果型砂性能不佳，透气性不好，铸件上表面易产生气孔。3）面积大的薄壁平板件，如果浇口位置分布不当，浇注温度低或浇注时间过长，会导致浇不足、冷隔和翘曲变形。4）如果砂箱结构不良或合箱操作不当，会出现涨箱，使铸件壁厚不均或变形。5）平板类铸件由于型腔平面部分面积大，且型砂性能和紧实度不易保持一致，加之受热条件不同，也会引起铸件表面夹砂。6）化学成分不稳定造成铸件力学性能低。

生产实践表明，对于平板类铸件，保持上下表面无缺陷有困难，但通过选择合理的铸造工艺，加强混砂造型、合箱和浇注等操作过程的控制，仍可在生产中取得满意的效果。

3 改进措施及关键技术

3.1 化学成分的合理选择

1）针对C、Si、Mn、P、S等元素对灰铸铁抗拉强度的影响，合理选择化学成分：C 3.1%～3.2%，Si 1.9%～2.3%，Mn 0.9%～1.1%，P≤0.1%，S 0.07%～0.08%。

2）合金元素的选择。Cr、Mo、V、Cu 能显著提高铸件的抗拉强度，但当碳当量低时易促使铸件产生白口，影响铸件的切削性能。Cu、Ni 可使珠光体数量增多和细化，既能提高铸件的强度和硬度，又能防止白口的产生。因Ni 的价格比较高，而Cu 的价格相对低一些，因此选择Cu作为合金元素，Cu量控制在0.2%～0.3%。

3）微量元素的选择。微量元素Sn、Sb、Bi 等在含量很低的情况下就能显著改变铁液的特性和凝固后的组织。为了增加珠光体的数量，微量元素选择Sb，含量＜0.02%。

3.2 铸造工艺改进

1）改变炉料的组成。灰铸铁的炉料一般由新生铁、废钢、回炉料和铁合金组成。加入废钢可以降低铁液含碳量，提高灰铸铁的力学性能，但废钢加入量过高易引起铁液碳量过低。经多次试验，确定材质的炉料组成：新生铁53%、废钢20%、回炉料25%、硅铁和锰铁各1%。铸件的抗拉强度均达265 MPa以上。

2）过热处理铁液。温度、化学成分和纯净度是铁液的3 项指标，而铁液温度的高低又直接影响到化学成分和纯净度。铁液温度的提高有利于提高流动性，获得合格的铸件。在一定温度范围内提高铁液温度能使石墨细化，基体组织致密，抗拉强度提高。但过度过热不仅浪费能量，对力学性能也有影响。根据试验，将出铁温度定为1480～1500 ℃。

3）铁液的孕育处理。选用硅钡钙作为孕育剂，加入量为0.6%，采用出铁槽孕育的方法。通过孕育处理，促进了石墨化，改变了石墨形态，减少了白口倾向，改善了铸铁的力学性能。

4）无箱金属型树脂砂组芯串浇工艺，即铸件从砂芯中作出，采用金属型芯盒用树脂砂制芯，然后将砂芯串在一起套上砂箱进行浇注。采用此种工艺只需2 付金属型芯盒即可满足生产的需要，由于浇冒口直接在芯盒里定位，由砂芯中作出，简化了操作工艺。由于组芯串浇，造型及浇注场地面积大大减小，铸件出品率高，铸件表面质量好。树脂砂组芯串浇工艺包括：①工装的设计及制作。由于铸件所有尺寸都是通过砂芯来保证的，并且浇冒口系统都由砂芯上做出，芯盒尺寸的确定尤为关键。将铸件的收缩率定为1%。②铸件用砂量的确定。用砂量小，砂芯容易变形，导致铸件尺寸不合格；用砂量大，造成砂子浪费。试验确定了合理的用砂量，既保证了砂芯不变形，又节省了砂子用量。③浇注系统的选择。浇注系统的尺寸直接影响到铸件的质量，浇注系统面积过小易形成浇不足、冷隔等缺陷；过大则难清理。采用16 件砂芯共用1 个直浇道，每8 件砂芯共用1个横浇道的浇注系统，在每件底盘底部开设4个35 mm×20 mm的扁浇口，在上部开设3个出气冒口。这种浇注系统不仅节约了铁水，而且减少了浇冒口清理工作量，铸件表面质量较好。

5）芯砂的配比、混制及砂芯的制作。通过对几种配比的试制，最终确定了树脂与固化剂及砂子的配比，制作出了合格的砂芯。

6）串浇底盘数量的确定。采用串浇工艺，每次浇注铸件的数量直接影响到铸件的质量。浇注数量太多，铸件容易因补缩不好形成缩孔；浇注数量太少，产率及工艺出品率低。现在每摞浇注达到8件，每2摞1个直浇道，保证了铸件质量，提高了产率。

7）浇注温度的选择。通过试验确定的合理浇注温度为1370～1400 ℃。

4 改进效果

灰铸铁的合金化提高了力学性能和使用性能，节省了材料。通过加入适量的铜和锑，不仅使抗拉强度提高，而且使允许的含碳量、含硅量范围扩大，方便于生产中的控制。采用金属型树脂砂组芯串浇工艺生产的底盘，强度高，表面质量好，其性能达到了材质要求，满足了用户的需要。此工艺砂铁比降低，操作简单化，质量有保证，铸件出品率高达95%，浇注系统截面积小，易清理。