CN106077534B

CN106077534B - 铸铁模、制备方法及其搭接方法

Info

Publication number: CN106077534B
Application number: CN201610679228.7A
Authority: CN
Inventors: 许磊; 霍晓阳; 王有超; 历长云; 王丽梅; 米国发; 左善超; 王狂飞; 任峰岩
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-05-11
Anticipated expiration: 2036-08-17
Also published as: CN106077534A

Abstract

本发明提供一种铸铁模，包括带有内腔的本体，所述本体由耐热疲劳蠕墨铸铁制成，其中：所述本体由底部和连接在底部外周并向上延伸的侧壁组成，所述内腔的竖截面为梯形，所述梯形的上底边在所述底部的上表面上，所述侧壁包括左侧壁、右侧壁、前侧壁和后侧壁，所述左侧壁的上端的中部连接有向左延伸的耳部，所述右侧壁的上端的中部连接有向右延伸的耳部，所述前侧壁的上端部向前延伸形成上搭接嘴，所述后侧壁的上端部为下搭接嘴。本发明的技术方案可以很好的解决在高温和激冷‑激热的环境下服役的铸铁模的耐热疲劳的问题。

Description

铸铁模、制备方法及其搭接方法

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种铸铁模、制备方法及其搭接方法。

背景技术

铸铁机是钢铁行业冶炼生产过程中的重要设备，其把冶炼出的高温金属液连续浇铸成块。铸铁模是用在铸铁机浇铸铸铁锭的模具。通常铸铁模约占铸铁机整机重量的1/3左右。铸铁模固定在传动导链上，约1300℃的高温铁水流入铸铁模内，铸铁模随着导链运动，喷水使铸铁模内的铁液冷却成铁块，铁块脱离铸铁模时温度约500℃，铸铁模再次返回到浇注点准备下次浇铸时温度降低到200℃左右，经过喷涂浆料后，再次浇注。铸铁模的工作环境长期处于急冷、急热状态。一些铸铁模在服役过程中，产生裂纹甚至断裂而失效。目前，由于铸铁模结构设计不合理及材质选用不合理，导致铸铁模易因热疲劳破坏而失效，直接影响使用厂家的设备运行成本和经济效益。

公开号为202779645U的实用新型公开了一种铸铁模，该铸铁模包括带有内腔的壳体，壳体包括内侧面、外侧面、内底面和外底面，内底面上设置有凸起，所述内侧面与内底面之间为内部圆弧过渡区，所述外侧面与外底面之间为外部圆弧过渡区，壳体的底部沿壳体纵向埋设有至少两根钢筋，所述钢筋由壳体的一端沿壳体纵向延伸至壳体的另一端。所述内部圆弧过渡区的半径为40～45mm，所述外部圆弧过渡区的半径为80～85mm。所述凸起的顶端距离壳体的内底面的距离为15～20mm。现有铸铁模采用的材质为普通灰铸铁、耐热铸铁等，这些材质的韧性差，易断裂，为了抵抗灰铸铁及耐热铸铁的断裂倾向，往往在铸铁模内放入钢筋，这样导致铸造工艺复杂且不易控制质量，鉴于上述原因，开发长寿铸铁模非常迫切。

发明内容

本发明的目的在于解决铸铁模在使用过程中易出现的严重裂纹甚至断裂等技术问题，通过对铸铁模的结构及材质的创新设计，延长铸铁模的使用寿命，从而减少铸铁机维护时间，进而提高铸铁机的综合生产能力。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铸铁模，包括带有内腔的本体，所述本体由耐热疲劳蠕墨铸铁制成，其中：所述本体由底部和连接在底部外周并向上延伸的侧壁组成，所述内腔的竖截面为梯形，所述梯形的上底边在所述底部的上表面上，所述侧壁包括左侧壁、右侧壁、前侧壁和后侧壁，所述左侧壁的上端的中部连接有向左延伸的耳部，所述右侧壁的上端的中部连接有向右延伸的耳部，所述前侧壁的上端部向前延伸形成上搭接嘴，所述后侧壁的上端部为下搭接嘴。

进一步地，在上述铸铁模中，所述耳部上设置有螺栓孔，每个所述耳部上设置有二个所述螺栓孔。

进一步地，在上述铸铁模中，所述上搭接嘴上设置有两个溢流槽，两个所述溢流槽以所述本体的中心线为中心对称设置。

进一步地，在上述铸铁模中，所述溢流槽的横截面为三角形，在所述三角形的三个顶点处均做圆弧处理，所述三角形的一条边位于所述上搭接嘴的内侧壁上，与所述一条边对应的顶点置于所述上搭接嘴的外端上。

进一步地，在上述铸铁模中，所述耳部的中部与所述左侧壁和所述右侧壁的连接处均设置有加强筋。

进一步地，在上述铸铁模中，所述上搭接嘴的下表面水平，所述上搭接嘴的上表面向下倾斜直至与所述下表面相交。

进一步地，在上述铸铁模中，所述上搭接嘴的两端部分别与所述左侧壁和所述右侧壁连接并在连接处形成护沿，所述护沿可以防止铁液通过所述左侧壁和所述右侧壁的顶端溢出；优选地，所述底部与所述侧壁之间设置有圆弧过渡区。

进一步地，在上述铸铁模中，所述耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。

另一方面，提供了一种铸铁模的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80％-90％，Q235废钢占10％-20％；

(2)铜钼合金选取：按照权利要求1-3任一所述的合金元素的质量百分比选取铜钼合金；

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480℃-1550℃之间将铁液出炉进入蠕化处理；

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9％；

(5)消失模铸造：取样检测合格后，在1430℃-1480℃的条件下，把蠕化处理后的金属液注入铸铁模的消失模模样中，经过冷却后落砂，得到所述铸铁模。

另一方面，提供了一种铸铁模的搭接方法，所述铸铁模为上述的铸铁模，一个所述铸铁模的上搭接嘴的下沿搭接在另一个所述铸铁模的下搭接嘴的上沿，一个所述铸铁模的上搭接嘴的下沿与另一个所述铸铁模的下搭接嘴的上沿之间具有5-10mm的垂直间距。

分析可知，本发明公开一种铸铁模、制备方法及其搭接方法，根据铸铁模在急冷急热及受热不均匀等条件下服役的先决条件，通过对铸铁模裂纹源的分析测定以及对裂纹扩展机理的分析，针对铸铁模的温度场进行分析。根据铸铁模的温度场分布，优化铸铁模的结构设计。相比于其他铸铁模的结构，本设计移除了在铸铁模底部的加强筋设计，这样使底部的温度场更加的均匀。同时在满足其他性能要求的前提下尽量降低壁厚，这样减小了铸铁模不同部位的温差，将温度梯度控制在材质允许范围内，避免造成较大的热应力冲击，从而延长了铸铁模的服役时间。

由于蠕墨铸铁的石墨形态是介于片状与球状石墨之间的中间形态，这样铸铁模具有良好的耐热性。在铸铁模一侧设置铁液溢流槽，当铸铁模内的铁液流满后会溢流到下一个铸铁模中，这样铁液均匀的分配到每一个铸铁模，可以避免铸铁模开裂。

分析可知，本发明公开一种使用蠕墨铸铁作为铸造材料的铸铁模，大大延长了使用寿命。本发明的技术方案降低了制造难度，更换时间和工作强度都大大减小，同时节约了成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为一实施例的铸铁模的主视示意图；

图2为图1中实施例的俯视示意图；

图3为图1中实施例的左视示意图；

图4为两个图1中的铸铁模的搭接示意图；

图5为实施例1使用稀土硅铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；

图6为实施例1使用稀土硅铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片；

图7为实施例2使用稀土镁硅铁合金蠕化处理的铸铁模底部的金相照片；

图8为实施例2使用稀土镁硅铁合金蠕化处理的铸铁模侧壁的金相照片。

图中标记说明：1加强筋；2螺栓孔；3护沿；4溢流槽；5上搭接嘴；6耳部；7内腔；8本体；81左侧壁；82右侧壁；83前侧壁；84后侧壁；9下搭接嘴；10圆弧过渡区。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

根据本发明的实施例，提供了一种铸铁模，包括带有内腔7的本体8，本体8由耐热疲劳蠕墨铸铁制成，其中：本体8由底部和连接在底部外周并向上延伸的侧壁组成，内腔7的竖截面为梯形，梯形的上底边在底部的上表面上(即所述梯形为倒置梯形)，侧壁包括左侧壁81、右侧壁82、前侧壁83和后侧壁84，左侧壁81的上端的中部连接有向左延伸的耳部6，右侧壁82的上端的中部连接有向右延伸的耳部6，前侧壁83的上端部向前延伸形成上搭接嘴5，后侧壁84的上端部为下搭接嘴9。上搭接嘴5的上表面到本体8的底部的垂直距离必须要大于后侧壁84的上端面到本体8的底部的垂直距离，二者之差为15-20mm。底部的厚度在30-45mm之间，比如33mm、35mm、38mm、40mm、42mm；侧壁(左侧壁81、右侧壁82、前侧壁83和后侧壁84)的厚度在30-40mm之间，比如32mm、34mm、36mm、37mm、39mm；上搭接嘴5的最大厚度为10-15mm，比如11mm、12mm、13mm、14mm；为方便铸铁块脱模，内腔7设置为倒置的梯形，底部与侧壁之间的夹角的角度为120-145度，比如120度、125度、130度、135度、145度。

进一步地，耳部6上设置有螺栓孔2，每个耳部6上设置有二个螺栓孔2，以将铸铁模固定在铸铁机链板上。

进一步地，上搭接嘴5上设置有两个溢流槽4，两个溢流槽4以本体8的中心线为中心对称设置。两个溢流槽4的设置有利于铁液在注满一个铸铁模后，铁液从溢流槽4流入下一个铸铁模。

进一步地，溢流槽4的横截面为三角形，在三角形的三个顶点处均做圆弧处理，三角形的一条边位于上搭接嘴5的内侧壁上(即三角形的一条边与前侧壁83的上端面连接的部位重合)，与所述一条边对应的顶点置于上搭接嘴5的外端(即外边缘)上。铁液过量注入铸铁模时，多余的铁液可以通过溢流槽4流向下一个铸铁模，防止铁液流失。

进一步地，耳部6的中部与左侧壁81和右侧壁82的连接处均设置有加强筋1。这样可以保证铸铁模在服役过程中承受较大的垂直方向上的载荷。

上搭接嘴5的厚度可以是均匀一致的也可以是向前延伸时厚度逐渐变薄，铁液在注入铸铁模的过程中，会不可避免的会产生流动，为了保证上搭接嘴5的结构可以很好地将铁液流引入下一个铸铁模中，进一步地，上搭接嘴5的下表面水平，上搭接嘴5的上表面向下倾斜直至与下表面相交。

进一步地，上搭接嘴5的两端部分别与左侧壁81和右侧壁82连接并在连接处形成护沿3，护沿3的高度为与上搭接嘴5的最高点相平，可以防止铁液在流动的过程中会从铸铁模两侧流出。

进一步地，底部与侧壁之间设置有圆弧过渡区10。

进一步地，耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9％、Si1.6-2.0％、Mn0.5-0.7％、P<0.05％、S<0.015％、Mo0.3-0.6％、Cu0.6-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.015-0.018％、Ti0-0.008％，Mg0-0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE＝4.3-4.6％，其中碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。

优选地，所述耐热疲劳蠕墨铸铁中，按质量百分比计，Mo0.5-0.6％、Cu0.7-0.8％。

优选地，该耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括以下化学成分：C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo 0.5-0.6％、Cu 0.7-0.8％、Ca0.007-0.032％、RE0.015-0.017％、Mg0.005-0.01％、余量为Fe和不可避免的杂质；或者C3.6-3.8％、Si1.9-2.0％、Mn0.5-0.6％、P<0.05％、S<0.015％、Mo 0.5-0.6％、Cu 0.7-0.8％、Ca0.005-0.032％、RE0.016-0.018％、Ti0.002-0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还公开一种铸铁模的搭接方法，铸铁模为上述的铸铁模，一个铸铁模的上搭接嘴5的下沿(即上搭接嘴5的下表面)搭接在另一个铸铁模的下搭接嘴9的上沿(即后侧壁84的上端面)，铁液在注入铸铁模的过程中，会不可避免的会产生流动，这样结构的搭接嘴设置可以很好地将铁液流引入下一个铸铁模中，避免铁液的损失。一个铸铁模的上搭接嘴5的下沿与另一个铸铁模的下搭接嘴9的上沿之间具有5-10mm的垂直间距，比如6mm、7mm、8mm、9mm。垂直间距设置在5-10mm保证了固定在链板上的铸铁模平稳通过铸铁机前后的动力齿轮。当铁液注满一个铸铁模后，在链条传送带的作用下，将下一个铸铁模输送到铁液浇口处进行浇注。

铸铁模的底部厚度和侧壁厚度是否均匀是承受温度剧烈变化的关键所在。使用消失模铸造可以保证铸铁模的尺寸精度，表面较为光滑，经过简单处理后即可装机使用。

铸铁模使用消失模铸造工艺铸造成型，安装在铸铁机上铸铁模相互搭接，这样就可以保证铸铁机工作的连续性和持续性。在工作过程中搭接处外沿上设置有两个溢流槽4，铸铁模两侧设置护沿和链板联结的耳部，铸铁模两侧铁液护沿高度与上搭接嘴5的上表面或者最高点相平。铸铁机工作过程中高温铁液流入铸铁模，当注满一个铸铁模后，在通过上搭接嘴5上的溢流槽4持续不断的流入下一个铸铁模。铁液经过冷却后形成面包铁。

本发明的耐热疲劳蠕墨铸铁的化学成分及质量百分比的设计原理如下：

碳当量：碳当量的计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]％，公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。在该蠕墨铸铁中对力学性能的影响不如在灰铸铁中那样敏感，亚共晶成分有利于蠕虫状石墨的形成。但如果碳当量太高，铸件容易出现缩孔缩松并增大白口倾向和降低铁液的流动性，初晶石墨析出太多，会出现石墨漂浮，甚至是铁液流动性迅速恶化。因此，本发明的碳当量需要控制在4.3-4.6％。

碳：蠕化处理前铁液中碳含量控制在3.5％-3.9％即可，蠕化处理前铁液中碳含量的控制对蠕化处理和蠕铁性能影响不敏感；优选地，制备厚大件或珠光体蠕墨铸铁通常取上述范围值的下限，薄小件或铁素体蠕墨铸铁通常取上述范围值的上限；

硅：终硅1.6-2.0％，优选地，厚大件或珠光体通常取下限，薄小件或铁素体取蠕墨铸铁通常取上述范围值的上限；终硅含量低于上述范围，对蠕墨铸铁的白口倾向影响很敏感；优选采用1.9-2.0％。

锰：锰含量在0.5-0.7％范围内对珠光体的数量的影响不敏感；但锰含量高于上述范围的上限，会出现脆性相，导致力学性能和切削加工性能恶化；优选采用0.5-0.6％。

钼：钼在铸铁中，含量小于0.6％对稳定碳化物的作用比较温和，本申请采用0.3-0.6％，主要作用是细化珠光体和石墨；优选采用0.5-0.6％。

铜：铜在铸铁中，主要作用是促进共晶阶段的石墨化，降低奥氏体转变临近温度，细化并增加珠光体，同时细化石墨颗粒，本申请采用0.6-0.8％，优选采用0.7-0.8％。

磷：本申请采用<0.05％，磷含量在本发明的范围内对蠕化效果的影响不明显，且蠕化处理前后其含量变化不大，含磷量的增加会明显加大蠕墨铸铁缩孔缩松的倾向，降低致密性和材质力学性能。

硫：本申请采用<0.015％，硫会消耗蠕化元素稀土、镁、钙，严重影响蠕化的处理效果。如果原铁液中的含硫量越大，稀土残余量分析结果越不真实且不稳定。

本发明得到的蠕墨铸铁的铸态组织为：

蠕化率：80％；

基体组织为：珠光体+铁素体，其中珠光体占75％-85％；

抗拉强度≥400Mpa；

延伸率≥3％。

得到的蠕墨铸铁可在高温和激冷-激热的环境下服役，且寿命长，服役期间性能稳定，降低了该类环境下使用的铸铁的生产成本。

本发明还公开一种制备所述耐热疲劳蠕墨铸铁的方法，包括如下步骤：

(1)配料：按照上述C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80％-90％(比如82％、83％、85％、87％、89％)，Q235废钢占10％-20％(比如12％、13％、15％、16％、18％)；

(2)铜钼合金选取：按照上述合金元素的质量百分比选取铜钼合金其中，铜钼合金的使用量应该考虑到烧损情况；优选地，在所述步骤(2)中，Mo：由于钼酸钙在热分解时会释放出有毒的含钼烟雾，所以Mo以氧化钼的形式加入。

优选地，在所述步骤(2)中，Cu：由于黄铜的价格较紫铜便宜，铜以黄铜的形式加入。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及黄铜和氧化钼加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480℃-1550℃(比如1490℃、1500℃、1510℃、1520℃、1530℃、1540℃)之间将铁液出炉进入蠕化处理；优选地，铁液出炉温度为1480℃-1500℃，在该温度下出炉蠕化效果更好，得到的铸铁性能更优异。优选地，将生铁、Q235废钢以及1/2量的黄铜和氧化钼加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2量的黄铜和氧化钼。

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9％，优选地，当蠕化剂为稀土镁硅铁合金时，使用量为浇包中铁液总质量的0.52％-0.55％；当蠕化剂为稀土硅铁合金时，使用量为浇包中铁液总质量的0.75％-0.85％；随后，立即取样使用超声测厚仪对蠕化效果进行检测，当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，继续向浇包中铁液加入蠕化剂；当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，继续向浇包中注入铁液，当超声波纵波速位于5.4-5.6Km/s范围内时即完成蠕化处理(即蠕化率可达到80％)。

优选地，蠕化处理如下：先将占待浇入浇包中铁液总质量0.3-0.35％的稀土镁硅铁合金蠕化剂置于浇包的底部，然后将铁液浇入所述浇包中，同时顺钢流加入占待浇入浇包中铁液总质量0.15-0.17％的稀土镁硅铁合金蠕化剂；或者先将占待浇入浇包中铁液总质量0.5-0.57％的稀土硅铁合金蠕化剂置于浇包的底部，然后将铁液浇入所述浇包中，同时顺钢流加入占待浇入浇包中铁液总质量0.25-0.28％的稀土硅铁合金蠕化剂；分两次加入可以避免由于采用包底冲入法加入导致混合不均匀。

优选地，当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向浇包中加入占浇包中铁水总质量0.063％的稀土硅铁合金或者加入占入浇包中铁水总质量0.0385％的稀土镁硅铁合金；当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向浇包中继续注入占浇包中总铁水质量1％的铁液。

本发明中使用的稀土镁硅铁合金和稀土硅铁合金的成分如下表1，其属于市售产品，产品牌号或型号为195032(稀土硅铁合金)和195101A(稀土镁硅铁合金)。

表1稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金的成分表

(5)浇注：在1430℃-1480℃(比如1440℃、1450℃、1460℃、1470℃、1475℃)条件下进行浇注。

本发明还公开一种铸铁模，该铸铁模采用上述方法制造而成。

实施例1：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比包括以下化学成分：C3.7％、Si1.8％、Mn0.5％、Mo0.5％、Cu0.6％、P0.035％、S0.01％、Ca0.008％、RE0.016％、Ti0.004％、余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.3％。

制备上述成分设计的蠕墨铸铁及铸铁模的方法，包括如下步骤：

(1)配料：按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中Q235废钢占二者总质量的15％，生铁占二者总质量的85％；

(2)铜钼合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量：Mo0.5％，Cu0.6％；其中Mo以氧化钼加入，Cu以黄铜加入。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及1/2量的氧化钼和黄铜加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2氧化钼和黄铜，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1510℃将铁液出炉；

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，放置浇包底部的蠕化剂选用稀土硅铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入浇包中铁液总质量的0.57％，另在将铁液转入浇包的过程中加入占转入浇包铁水总质量为0.28％的稀土硅铁合金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对浇包中铁液的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向浇包中加入占浇包中铁水总质量0.063％的稀土硅铁合金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向浇包中继续注入占浇包中总铁水质量1％的铁液；调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s，此时蠕化率接近80％。

(5)浇注：铁液温度在1450℃时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为120°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

金相照片如图1和图2所示。从图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为400MPa，延伸率为3.5％。

对浇注试样进行如下测试：试样尺寸为30mm×25mm×15mm，热疲劳温度区间：最高温度900℃；最低温度25℃。实验过程：先把电阻炉加热至900℃，然后将试样放入电阻炉中加热3分钟后取出，将试样放入25℃的自来水中冷却，如此往复循环，当试样由于内外温度差引起的热应力损坏出现宏观裂纹停止实验。

采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为80次。

实施例2：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下：C3.8％、Si1.7％、Mn0.5％、Mo0.6％、Cu0.8％、Ca0.008％、RE0.018％、Ti0.005％、P0.03％、S0.01％，余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.3。

(1)配料：按照C、Si、Mn质量百分比选取生铁80％，Q235废钢20％；

(2)铜钼合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量：Mo0.6％，Cu0.8％；其中Mo以氧化钼加入，Cu以黄铜加入。

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，放置浇包底部的蠕化剂选用稀土硅铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入浇包中铁液总质量的0.57％，另在将铁液转入浇包的过程中加入占转入浇包铁水总质量为0.28％的稀土硅铁合金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对浇包中铁液的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向浇包中加入占浇包中铁水总质量0.063％的稀土硅铁合金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向浇包中继续注入占浇包中总铁水质量1％的铁液；调整后取样测定超声波纵波声速为5.5Km/s，此时蠕化率接近80％；

(5)浇注：取样检测合格后，铁液温度在1470℃时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为125°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

金相照片如图3和图4所示。从图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为450MPa，延伸率为4％。

采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为86次。

实施例3：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下：C3.7％、Si2.0％、Mn0.6％、Mo0.55％、Cu0.75％、Ca0.01％、RE0.017％、Ti0.006％、P0.02％、S0.01％，余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.3。

(2)铜钼合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量：Mo0.55％，Cu0.75％；其中Mo以氧化钼加入，Cu以黄铜加入。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及1/2量的氧化钼和黄铜加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2氧化钼和黄铜，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1490℃将铁液出炉；

(5)浇注：取样检测合格后，铁液温度在1430℃时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为130°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

从其金相组织图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为500MPa，延伸率为4％。

采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为100次。

实施例4：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下：C3.7％、Si2.0％、Mn0.6％、Mo0.55％、Cu0.75％、Ca0.01％、RE0.017％、Ti0.006％、P0.04％、S<0.008％，余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.3。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及全部的氧化钼和黄铜加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1500℃将铁液出炉；

(5)浇注：取样检测合格后，铁液温度在1440℃时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为135°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

从其金相组织图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为480MPa，延伸率为3.5％。

采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为95次。

实施例5：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下：C3.7％、Si1.9％、Mn0.5％、Mo0.55％、Cu0.75％、Ca0.008％、RE0.016％、Mg0.008％、P0.04％、S0.01％，余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.3。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及1/2量的铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中并随钢流加入剩余1/2铜钼合金，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1490℃将铁液出炉；

(4)蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，放置浇包底部的蠕化剂选用稀土镁硅铁合金，底部放置的蠕化剂的量为转入浇包中铁液总质量的0.32％，另在将铁液转入浇包的过程中加入占转入浇包铁水总质量为0.16％的稀土镁硅铁合金，待5分钟后，炉中取样，使用超声测厚仪对蠕化率进行测量，根据检测结果对浇包中铁液的蠕化率进行及时调整，调整规则如下：当超声波纵波声速高于5.6Km/s时，按照超声波纵波声速与5.6Km/s每相差1.5m/s向浇包中加入占入浇包中铁水总质量0.0385％的稀土镁硅铁合金，当超声波纵波声速低于5.4Km/s时，按照超声波纵波速度与5.4Km/s每相差15m/s向浇包中继续注入占浇包中总铁水质量1％的铁液；调整后取样测定超声波纵波声速为5.6Km/s，此时蠕化率接近80％；

(5)浇注：取样检测合格后，铁液温度在1450℃时，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为140°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

从其金相组织图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为480MPa，延伸率为3.8％。

采用10个试样进行平行试验，试样出现宏观裂纹的平均次数为98次。

实施例6：

本实施例制备的耐热疲劳蠕墨铸铁各化学成分及质量百分含量如下：C3.9％、Si1.7％、Mn0.7％、Mo0.4％、Cu0.6％、Ca0.009％、RE0.016％、Mg0.009％、P0.02％、S0.009％，余量Fe和不可避免的杂质元素。CE＝4.4。

(2)铜钼合金选取：按照合金元素的质量百分比计算合金元素加入量：Mo0.4％、Cu0.6％；其中Mo以氧化钼加入，Cu以黄铜加入。

(3)熔炼：将生铁、Q235废钢以及全部的氧化钼和黄铜加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1510℃将铁液出炉；

(5)浇注：取样检测合格后，铁液温度在1450℃时，砂型初始温度25℃，浇注整个过程中保持负压为-400kpa，铸件凝固形成的外壳足以保持铸件后继续保持负压5min左右，把金属液注入铸铁模的消失模模样中，经过冷却后落砂，得到铸铁模。

铸铁模底部厚度为45mm，外侧斜面厚度为30mm，底部与侧壁夹角为145°，底部长550mm，宽200mm；高度为200mm，经过后续加工处理的铸铁模安装到铸铁机上使用，相邻的铸铁模搭接。

金从其金相组织图中可以看到组织的基体为铁素体+珠光体，蠕虫状石墨较为圆整，组织致密，无缩孔、缩松等铸造缺陷。对蠕墨铸铁进行力学性能测试，测试结果如下，抗拉强度为410MPa，延伸率为3％。

从以上的描述中，可以看出，与现有技术相比，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

由于本发明得到的蠕墨铸铁的最大优势是：可在高温和激冷-激热的环境下服役，且寿命长，服役期间性能稳定，降低了该类环境下使用的铸铁的生产成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铸铁模，其特征在于，包括带有内腔的本体，所述本体由耐热疲劳蠕墨铸铁制成，其中：

所述本体由底部和连接在底部外周并向上延伸的侧壁组成，

所述内腔的竖截面为梯形，所述梯形的上底边在所述底部的上表面上，

所述侧壁包括左侧壁、右侧壁、前侧壁和后侧壁，

所述左侧壁的上端的中部连接有向左延伸的耳部，所述右侧壁的上端的中部连接有向右延伸的耳部，

所述前侧壁的上端部向前延伸形成上搭接嘴，所述后侧壁的上端部为下搭接嘴；

所述耐热疲劳蠕墨铸铁按质量百分比由以下化学成分组成：C3.5-3.9%、Si1.6-2.0%、Mn0.5-0.7%、P<0.05%、S<0.015%、Mo0.3-0.6%、Cu0.6-0.8%、Ca0.005-0.032%、RE0.015-0.018%、Ti0-0.008%，Mg0-0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量CE=4.3-4.6%，其中碳当量的计算公式为：CE=[C+0.3（Si+P）+0.4S-0.03Mn]%，该公式中各元素分别代表相应元素在该耐热疲劳蠕墨铸铁中的质量百分比。

2.根据权利要求1所述的铸铁模，其特征在于，所述耳部上设置有螺栓孔，每个所述耳部上设置有二个所述螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的铸铁模，其特征在于，所述上搭接嘴上设置有两个溢流槽，两个所述溢流槽以所述本体的中心线为中心对称设置。

4.根据权利要求3所述的铸铁模，其特征在于，所述溢流槽的横截面为三角形，在所述三角形的三个顶点处均做圆弧处理，所述三角形的一条边位于所述上搭接嘴的内侧壁上，与所述一条边对应的顶点置于所述上搭接嘴的外端上。

5.根据权利要求1所述的铸铁模，其特征在于，所述耳部的中部与所述左侧壁和所述右侧壁的连接处均设置有加强筋。

6.根据权利要求1所述的铸铁模，其特征在于，所述上搭接嘴的下表面水平，所述上搭接嘴的上表面向下倾斜直至与所述下表面相交。

7.根据权利要求1所述的铸铁模，其特征在于，所述上搭接嘴的两端部分别与所述左侧壁和所述右侧壁连接并在连接处形成护沿，所述护沿可以防止铁液通过所述左侧壁和所述右侧壁的顶端溢出。

8.根据权利要求7所述的铸铁模，其特征在于，所述底部与所述侧壁之间设置有圆弧过渡区。

9.权利要求1所述铸铁模的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）配料：按照权利要求1所述的C、Si、Mn质量百分比选取生铁和Q235废钢，其中生铁占80%-90%，Q235废钢占10%-20%；

（2）铜钼合金选取：按照权利要求1所述的合金元素的质量百分比选取铜钼合金；

（3）熔炼：将生铁、Q235废钢以及铜钼合金加入电炉中熔炼成铁液，然后将所述铁液转入精炼炉中进行精炼，精炼过程中，扒渣取样进行炉前成分分析，根据检测结果调整铁液中各成分符合要求，精炼后除渣，在1480℃-1550℃之间将铁液出炉进入蠕化处理；

（4）蠕化处理：使用包底冲入法工艺，将铁液转入底部放置蠕化剂的浇包中，蠕化剂选用稀土镁硅铁合金或稀土硅铁合金，蠕化剂的使用量为浇包中铁液总质量的0.5-0.9%；

（5）消失模铸造：取样检测合格后，在1430℃-1480℃的条件下，把蠕化处理后的金属液注入铸铁模的消失模模样中，经过冷却后落砂，得到所述铸铁模。

10.一种铸铁模的搭接方法，其特征在于，所述铸铁模为权利1至7中任一项所述的铸铁模，一个所述铸铁模的上搭接嘴的下沿搭接在另一个所述铸铁模的下搭接嘴的上沿，一个所述铸铁模的上搭接嘴的下沿与另一个所述铸铁模的下搭接嘴的上沿之间具有5-10mm的垂直间距。