CN109518073A - 一种z字形球墨铸铁平台及其铸造方法 - Google Patents

一种z字形球墨铸铁平台及其铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，其解决了现有技术中Z字形球墨铸铁平台成形性差、生产组织困难、铸件轮廓尺寸及内在质量难以保证、生产成本高、机械性能较差等缺点。本发明在依据地坑组芯、三箱造型的基础上，用多个砂箱拼合制作下箱，辅助冷铁的激冷作用和冒口的充分补缩作用，保证铸件实现定向顺序凝固，铸件保温至300℃以下落砂，通过铸造方法获得Z字形球墨铸铁平台。同时，合理控制炉料配比及球墨铸铁中的元素配比，通过喂线法球化处理，通过多次强化孕育能获得圆整、细小的石墨球，就能稳定生产出Z字形球墨铸铁平台。本发明具有生产组织简易可行，操作便捷，制造成本低，特别适用于制作Z字形球墨铸铁的重型装备平台。

Description

一种Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法
技术领域
本发明涉及一种Z字形球墨铸铁平台，尤其是一种Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法。
背景技术
公知的，平台是重型装备的关键基础部件，起着支撑作用，平台对重型装备的安全稳定运行起着极为重要的作用。随着电力设备、矿山机械、航空航天等行业的发展，重型装备朝着大型化、高精度化、复合多功能化方向发展。重型装备平台铸件的基本特点是轮廓尺寸大、重量大、结构复杂，机械性能要求高，壁厚不均匀。常规的重型装备平台使用灰铸铁、多段连接而成，规格较小，强度不高，质量一般在20~50 t之间。Z字形平台拼接方便，可以减少后期安装工作量、有效保证设备整体尺寸精准度，从而降低综合生产成本。用QT400-18AR生产Z字形平台，可以提高铸件综合机械性能，改善支撑作用。而做为一些重型装备的支撑受力件，Z字形平台的质量达100t，主体壁厚100～130mm，长度8150mm、宽度4202mm、高度1075mm，内腔结构复杂，属于厚大断面结构，易于产生石墨畸变、缩孔缩松等缺陷。目前使用常规方法生产Z字形球墨铸铁平台面临生产组织困难，铸件轮廓尺寸及内在质量难以保证等一系列难题。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种Z字形球墨铸铁平台，所述球墨铸铁中各元素按重量百分比包括：
碳3.4～3.8%；
硅2.0～2.4%；
锰≤0.3%；
磷≤0.05%；
硫≤0.02%；
镁0.04～0.065%；
稀土0.01～0.03%；
余量为铁；
所述球墨铸铁中的熔炼配料按照如下设置：
Q10生铁：70%～80%，废钢：20%～30%。
所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，采用如下工艺：
（1）、模型：
采用地坑组芯方式造型，为三箱造型：
平台主体、冒口主体置于中箱；
中下箱分型分模面为平台凸台与平台主体接合面，凸台部分置于下箱；
上箱为盖箱；
中箱由坭芯拼合而成，坭芯分两层；依据Z字形水平折线做为宽度方向上下两层坭芯的分割线；宽度方向上层坭芯做为整体坭芯，坭芯宽度根据铸件结构适当分段；长度方向上下两层堵头坭芯高度根据与其共用横浇道的宽度方向坭芯高度设计；下箱部分借用型板拼接形成，凸台部分在型板做出、定位。
（2）、造型：
在凸台已固定的型板套上砂箱，流砂、翻箱；
用多个砂箱拼合制作下箱，砂箱摆放完毕，使用水平仪、平尺等工具校正下箱平整度；
设置两个直浇道，直浇道呈斜对角摆放，一个直浇道连接一个横浇道；
横浇道呈L形、非闭合摆放，宽度方向上层坭芯一侧和与其相邻长度方向一端的上层堵头坭芯共用一个横浇道；
横浇道、冒口主体置于中箱上层坭芯，内浇道、挡渣装置位于中箱下层坭芯；直浇道贯通中箱上层坭芯、上箱；铸件主体轮廓由依据Z字形水平折线分割的上层坭芯和下层坭芯组合形成；
在铸型、坭芯上涂覆2～3遍锆英粉涂料和1～2遍石墨粉涂料；
在制作好的下箱上组芯；先依次由中心向两端摆放宽度方向下层坭芯和上层坭芯，再依次摆放长度方向下层堵头坭芯和上层堵头坭芯；
组芯完毕，在四周围砂，合箱。
（3）、浇注：
采用开放底注式浇注系统，内浇道、横浇道、直浇道的浇口比为∑A内∶∑A横∶∑A直=（2.0～2.6）∶（1.2～2.0）∶1；铸件保温至300℃以下，从铸型中取出；
将清理完毕的平台铸件经抛丸，得到成品平台铸件。
所述的熔炼工艺采用喂线法球化处理，使用硅铁孕育剂、孕育线和硅钡孕育剂进行多次强化孕育处理。
所述的造型工艺中铸型、坭芯材料采用呋喃树脂砂，保证原砂SiO2含量≥93%；树脂采用酚醛树脂。
所述的造型工艺中用多个砂箱拼合制作下箱，在多个砂箱中间及四周补砂。
所述的浇注工艺中铁液浇注温度为1330～1360℃。
所述的浇注工艺中直浇道、横浇道、内浇道采用耐火管（道）；内浇道铁水引入铸件前端设置挡渣装置。
所述的造型工艺中较高平台顶部使用常规冒口，较低平台顶部使用球形冒口，通过出气孔连通外部。
所述的造型工艺中在平台的厚大断面及壁厚差较大部位摆放冷铁。
所述的造型工艺中涂料选用锆英粉涂料和石墨粉涂料。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，采用地坑组芯方式造型、下箱部分由砂箱拼接补砂形成，本发明具有生产组织简易可行、操作便捷的特点，特别适用于制作大型Z字形球墨铸铁重型装备平台。
2、本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，通过使用Q10生铁和废钢，同时本发明不添加合金元素，就能稳定生产出大型球墨铸铁重型装备平台，本发明具有制造成本低的特点，特别适用于制作大型Z字形球墨铸铁重型装备平台。
3、本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，通过合理控制球墨铸铁中的元素配比，通过喂线法球化处理，使用硅铁孕育剂、孕育线和硅钡孕育剂进行多次强化孕育处理能获得圆整、细小的石墨球，就能稳定生产出大型球墨铸铁重型装备平台，本发明具有铸件组织和力学性能优异的特点，特别适用于制作大型Z字形球墨铸铁重型装备平台。
4、本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，通过双横浇道两侧、非连通浇注，且在内浇道前端设有挡渣装置，当内浇道铁水引入铸件前端时起到挡渣作用，保证铁水快速、平稳充满型腔，减少氧化夹杂；较高平台顶部使用常规冒口；平台Z字形水平折线较低部分平台顶部使用球形冒口，降低成本的同时便于铸件补缩、排渣、排气，同时节约生产成本；在铸件内的厚大断面及壁厚差较大部位设置冷铁，保证铸件实现定向顺序凝固，同时保证了铸件表面质量。
5、本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法，铸件保温至300℃以下，从铸型中取出，省去了去应力退火工艺，铸件清理经抛丸得到成品平台铸件，节省了生产成本。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
本发明所述的Z字形球墨铸铁平台及其铸造方法， 所述方法包括以下步骤：
（1）、模型：
采用地坑组芯方式造型，为三箱造型；
平台主体、冒口主体置于中箱；
较高平台顶部使用常规冒口；平台Z字形水平折线较低部分平台顶部使用球形冒口，通过Φ40出气孔连通外部；
中下箱分型分模面为平台凸台与平台主体接合面，凸台部分置于下箱；
上箱为盖箱；
中箱由坭芯拼合而成，坭芯分两层，依据Z字形水平折线做为宽度方向上下两层坭芯的分割线；宽度方向上层坭芯做为整体坭芯，坭芯宽度根据铸件内腔结构分段；长度方向上下两层堵头坭芯高度根据与其共用横浇道的宽度方向坭芯高度设计；依据平台的形状及内部结构制作芯盒；
在铸件重要加工面对应的内腔非加工面设置+5补正量，在中箱相应坭芯的芯盒内做出；
下箱部分借用型板拼接形成，凸台部分在型板做出、定位；
（2）、造型：
铸型、坭芯材料采用呋喃树脂砂；保证原砂SiO2含量≥93%；树脂采用酚醛树脂；
在凸台已固定的4800×4800型板上套上4500×4500砂箱、流砂、翻箱；
用两个4500×4500砂箱拼合制作下箱，砂箱摆放完毕，使用水平仪、平尺等工具校正下箱平整度；
下箱校验合格后，在两个砂箱中间及四周补砂以保证下箱长度、宽度足够；
设置两个直浇道，直浇道呈斜对角摆放，一个直浇道连接一个横浇道；
横浇道呈L形、非闭合摆放，宽度方向上层坭芯一侧和与其相邻长度方向一端的上层堵头坭芯共用一个横浇道；
横浇道、冒口主体置于中箱上层坭芯，内浇道、挡渣装置位于中箱下层坭芯；直浇道贯通中箱上层坭芯、上箱；铸件主体轮廓由依据Z字形水平折线分割的上层坭芯和下层坭芯组合形成；
在下箱中，平台凸台底部摆放冷铁；在中箱坭芯中，厚大断面及壁厚差较大部位摆放冷铁；
冷铁材质HT200~HT250；冷铁使用面要求光滑，平整；冷铁使用前进行充分烘烤、喷丸处理，去除水分、铁锈与杂物，并在铸型的相对位置试装配，将随形冷铁结合不好的进行打磨修整，在铸型型腔中悬空的冷铁背面安放砂钩并焊接在一起，保证起吊、配箱过程中冷铁不发生移位与脱落。
在铸型、坭芯上涂覆2～3遍锆英粉涂料和1～2遍石墨粉涂料；
在制作好的下箱上组芯；先依次由中心向两端摆放宽度方向下层坭芯和上层坭芯，再依次摆放长度方向下层堵头坭芯和上层堵头坭芯；
组芯完毕，在四周围砂，合箱；
（3）、熔炼：
所述平台铸造原料按质量百分比包括以下组分：
碳：3.4～3.8%，硅： 2.0～2.4%，锰：≤0.3%，磷：≤0.05%，硫：≤0.02%，镁：0.04～0.06%，稀土：0.01～0.03%，余量为铁；
所述平台的熔炼配料按照如下设置：
Q10生铁：70%～80%，废钢：20%～30%。
将平台的铸造原料进行冶炼得到铸造原料熔液，采用多包合浇，铁液出炉后采用喂线法进行球化处理，同时使用硅铁孕育剂、孕育线和硅钡孕育剂进行多次强化孕育处理；
（4）浇注：
将步骤（3）中得到的铁液浇注到步骤（2）中的铸型中，浇注温度为1342～1352℃；
浇注采用开放底注式浇注系统，内浇道、横浇道、直浇道的浇口比为∑A内∶∑A横∶∑A直=2.53∶1.22∶1；铸件保温至180℃，从铸型中取出；内浇道、横浇道、直浇道采用耐火管（道）；在内浇道前端设有挡渣装置；在合箱前放入过滤网；
将清理完毕的平台铸件经抛丸，得到成品平台铸件。
根据GB/T 228.1-2010测得上述成品平台铸件的性能为：抗拉强度为385MPa，屈服强度为262MPa，延伸率为25%，室温冲击功平均值15.8J；根据GB/T 9441-2009测得铸件金相组织基体为铁素体，石墨大小5～6级，球化级别2级；根据EN12680-3-2011超声波探伤检验，合格；根据EN1369-2012磁粉探伤检验，合格。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种Z字形球墨铸铁平台，其特征在于：所述球墨铸铁中各元素按重量百分比包括：
碳3.4～3.8%；
硅2.0～2.4%；
锰≤0.3%；
磷≤0.05%；
硫≤0.02%；
镁0.04～0.065%；
稀土0.01～0.03%；
余量为铁；
所述球墨铸铁中的熔炼配料按照如下设置：
Q10生铁：70%～80%，废钢：20%～30%。
2.如权利要求1所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：
（1）、模型：
采用地坑组芯方式造型，为三箱造型：
平台主体、冒口主体置于中箱；
中下箱分型分模面为平台凸台与平台主体接合面，凸台部分置于下箱；
上箱为盖箱；
中箱由坭芯拼合而成，坭芯分两层；依据Z字形水平折线做为宽度方向上下两层坭芯的分割线；宽度方向上层坭芯做为整体坭芯，坭芯宽度根据铸件结构适当分段；长度方向上下两层堵头坭芯高度根据与其共用横浇道的宽度方向坭芯高度设计；下箱部分借用型板拼接形成，凸台部分在型板做出、定位；
（2）、造型：
在凸台已固定的型板套上砂箱，流砂、翻箱；
用多个砂箱拼合制作下箱，砂箱摆放完毕，使用水平仪、平尺等工具校正下箱平整度；
设置两个直浇道，直浇道呈斜对角摆放，一个直浇道连接一个横浇道；
横浇道呈L形、非闭合摆放，宽度方向上层坭芯一侧和与其相邻长度方向一端的上层堵头坭芯共用一个横浇道；
横浇道、冒口主体置于中箱上层坭芯，内浇道、挡渣装置位于中箱下层坭芯；直浇道贯通中箱上层坭芯、上箱；铸件主体轮廓由依据Z字形水平折线分割的上层坭芯和下层坭芯组合形成；
在铸型、坭芯上涂覆2～3遍锆英粉涂料和1～2遍石墨粉涂料；
在制作好的下箱上组芯；先依次由中心向两端摆放宽度方向下层坭芯和上层坭芯，再依次摆放长度方向下层堵头坭芯和上层堵头坭芯；
组芯完毕，在四周围砂，合箱；
（3）、浇注：
采用开放底注式浇注系统，内浇道、横浇道、直浇道的浇口比为∑A内∶∑A横∶∑A直=（2.0～2.6）∶（1.2～2.0）∶1；铸件保温至300℃以下，从铸型中取出；
将清理完毕的平台铸件经抛丸，得到成品平台铸件。
3.如权利要求1所述的Z字形球墨铸铁平台，其特征在于：所述的熔炼工艺采用喂线法球化处理，使用硅铁孕育剂、孕育线和硅钡孕育剂进行多次强化孕育处理。
4.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的造型工艺中铸型、坭芯材料采用呋喃树脂砂，保证原砂SiO2含量≥93%；树脂采用酚醛树脂。
5.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的造型工艺中用多个砂箱拼合制作下箱，在多个砂箱中间及四周补砂。
6.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的浇注工艺中铁液浇注温度为1330～1360℃。
7.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的浇注工艺中直浇道、横浇道、内浇道采用耐火管（道）；内浇道铁水引入铸件前端设置挡渣装置。
8.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的造型工艺中较高平台顶部使用常规冒口，较低平台顶部使用球形冒口，通过出气孔连通外部。
9.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的造型工艺中在平台的厚大断面及壁厚差较大部位摆放冷铁。
10.如权利要求2所述的Z字形球墨铸铁平台的铸造方法，其特征在于：所述的造型工艺中涂料选用锆英粉涂料和石墨粉涂料。
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