冷硬鑄造

冷硬鑄造

冷硬鑄造是一種鑄造方法,使鐵鑄件一部分的表面層快速冷卻,增加硬度,提高耐磨性。一般用於鑄造車輪、軋輥等。如鑄造軋輥時,輥身表面須有高的硬度,故鑄型中這部分的型腔須用金屬(鋼鐵)製成。輥頸表面的硬度不宜高,故這部分的型腔仍用型砂做成。將適當化學成分的鐵水澆入這種特製鑄型中,則與金屬型腔接觸的鐵水冷卻較快,成為有白口鐵組織的表面層,這層底下的鐵液以及與砂型接觸的鐵液(指輥頸部分)冷卻較慢,保持正常的灰鑄鐵組織。這樣獲得冷硬鑄件。

簡介

在建材生產機械設備中,有不少鑄鐵零配件,由於直接接觸物料並對物料進行破碎、攪拌或擠壓,工作環境非常惡劣,受力情況也較複雜,所以在使用中很容易磨損,因而對其工作表面硬度和耐磨性能要求很高。否則就會造成頻繁停機修理,使生產率下降,同時也增加了日常設備修理工作量和維修費用,對企業經濟效益影響甚大。為此設計部門與同行廠家,都把如何提高此類零配件的硬度和耐磨性能作為一個重要課題。

在八十年代初,我廠曾試圖以冷硬鑄造工藝來解決這一難題。經過十多年的實踐,先後研製出了擠泥機螺旋絞刀、對滾破碎機輥圈、攪拌機和泥刀、礦車輪圈等一系列冷硬鑄件,在使用中收到了良好的效果,現作以簡述,供同行參考 。

冷硬鑄造的理論依據

根據鐵碳合金(Fe - FeC)狀態圖及冷卻速度對其結晶過程的影響可知,在鑄鐵鑄造中,冷卻速度對鑄鐵的石墨化影響很大。冷卻愈慢,愈有利於石墨化進行。鐵水在正常冷卻條件下獲得灰口鑄鐵組織,碳大部以自由狀態的片狀石墨形式存在於鑄鐵中;鐵水在快速冷卻情況下,就會使鑄件表層結晶細化獲得白口鑄鐵組織,碳除少量溶於鐵素體外,絕大部分以滲碳體形式存在於鑄鐵中。白口組織的機械強度和韌性雖不及灰口組織,但卻具有很高的硬度和耐磨性(其硬度相當於800HBS10/3000)。取其這一特性,在冷硬鑄造中,我們將鑄型分為兩部分:一部分是鑄件要求耐磨的表面,採用金屬型(通常為鑄鐵材料),使鑄件快速冷卻而獲得一定深度的白口鑄鐵組織;其餘部分是不要求耐磨而要具有一定強度和韌性的部分,均採用砂型,使鑄件緩慢冷卻而獲得灰口鑄鐵組織。這樣複合結構的鑄型,就能夠製造出表硬內韌的鑄件來。

冷硬鑄件鑄造工藝流程

鑄型預熱~清模~放置砂芯~合箱~放置澆、冒口~澆注~冷凝一開箱脫模~清理一檢驗一入庫 。

工藝說明及注意事項

1.冷硬鑄型在澆注前,必須預熱,使型體溫度上升到80-100℃。目的是為了避免在澆注時,高溫鐵水接觸冷模,冷卻過於急劇而噴出鐵水燙傷操作人員,或造成鑄件報廢。甚者使冷模表面破壞,減少使用壽命。這一點在冬季尤為重要,務必注意。預熱用木柴、煤炭或利用正在澆注中的廢紅鐵塊均可。

2.鑄型砂芯必須事先作好,並經烘乾再用,以確保鑄件需加工部分緩慢冷卻而獲得灰口組織。

3.澆注時要注意澆注溫度和速度的控制。澆注溫度要在保證流動性不受影響的情況下,愈低愈好,一般在1230-1280℃為宜。澆注速度要緩慢而均勻,並保持鐵水連續不斷地注入。

4.開箱、脫模要適時。一般要等鑄件完全凝固即可開箱。如果開箱過早,鑄件因未完全凝固而報廢。如開箱過晚不利於鑄件表面冷硬,且使金屬型體過熱,也會影響下次澆注冷硬質量(在連續生產的情況下)。一般中間間隔要在半小時以上。還可採取強制冷卻。

5.清理、檢驗工序很重要。因為冷硬鑄件絕大部分不進行機械加工,故在清理時,除用銀頭敲掉澆注系統和毛刺外,還要用手提砂輪磨掉明顯的凸出部分。檢驗方法,除用眼巨觀檢查外,對一些不再進行加工的配合孔(如絞刀孔)可用試棒一一試驗,如有問題就要用手提砂輪進行修磨後,才能使用 。

冷硬鑄造工藝套用效果

通過十多年的生產實踐證明,該工藝套用效果是良好的。此類零件冷硬表層的耐磨程度,一般都提高2-3倍,從而延長了使用壽命,減少了停機修理時間,提高了生產效率,降低了生產成本。以冷硬螺旋絞刀為例,因它的表面非常光滑而耐磨,新裝絞刀根本不需要人工打磨,便能達到十分理想的使用效果。具體通過三種絞刀(砂模鑄鐵、鋼板、冷硬鑄鐵)在50型制磚機上使用時,磚坯的起始產量、達到極限產量的時間、維持極限產量的班次和一付絞刀的總產量對比來說明,其優越性是顯而易見的。

存在問題及解決辦法

冷硬鑄件存在的缺陷,主要是強度和韌性較差,在非正常受力情況下,如在物料中碰到了鐵塊之類的硬物時,與鋼質或灰口鑄鐵相比更容易損壞。我們在套用中摸索出一些克服的辦法。也收到了較好的效果。

1.在鑄鐵熔化時,給配料中加入適量的廢鋼料,一般加15-20%為宜,可明顯提高鑄件的強度。

2.鑄件進行低溫退火處理。這樣表面硬度稍有下降(不影響使用效果)。但強度卻大有提高。

3.做人工或自然時效處理,雖然時間較長,但都能使鑄件表面硬度基本不下降的情況下,消除內應力,提高強度。

4.在物料輸送帶上設定強力電磁吸盤,預先清除物料中的鐵質雜物 。

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