CN113118381B - 一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，属于铸造铸铁技术领域，本发明通过选取底注、过滤、开放式浇注系统进行铁液低温、快速、平稳充型，采用高碳低硅、重稀土球化、多级孕育强化来实现球墨铸铁屏蔽半球铸件的成型，有效的满足了零件成型技术文件要求，没有发现缩松、缩孔、夹渣、夹杂、石墨漂浮、气孔等质量问题。

Description

一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法
技术领域
本发明属于铸铁铸造技术领域，具体涉及一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法。
背景技术
屏蔽半球是核磁共振医学影像设备最重要的零部件，材质为QT400-15A，半球外径SR887.5mm，半球内径SR429mm，最小内径φ480mm，高度865mm，毛坯壁厚约为458.5mm，零件重量7050Kg，铸件重量8750Kg，浇注重量10.5吨。零件图如图1所述的屏蔽半球结构。铸件附铸试样抗拉强度370，屈服强度240，延伸率11，布氏硬度120～180，金相组织按照《GB/T9441-2009球墨铸铁金相组织检验》，球化级别不低于3级，球化率大于90％，石墨球径大于5级。
铸件进行100％超声波探伤(UT)，按EN12680-3-2003规定验收，铸件内部疏松缺陷必须同时满足以下两点要求：
1)检测的缩松等孔洞类缺陷，其缺陷在球面法向16截面积不能超过22.5mm2；
2)圆圈为两个或多个孔洞缺陷17，圆圈内的孔洞缺陷在法向上的长度，其长度之和不能大于10mm。具体如图2所述的屏蔽半球超声波检测示意图所示，通过设置多个超声波探头15进行监测。保证铸件进行100％磁粉探伤(MT)，按EN1369-2012规定2级验收；铸件进行热处理消除内应力，防止部件在使用中产生变形；铸件不能存在影响铸件使用性能的缩松、缩孔、夹渣、夹杂、石墨漂浮、气孔等。为此，需要针对该屏蔽半球设计一套铸造方法，才能达到零件成型要求。因此提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，本发明通过选取底注、过滤、开放式浇注系统进行铁液低温、快速、平稳充型，采用高碳低硅、重稀土球化、多级孕育强化来实现球墨铸铁屏蔽半球铸件的成型，有效的满足了零件成型技术文件要求，没有发现缩松、缩孔、夹渣、夹杂、石墨漂浮、气孔等质量问题。
本发明采用的技术方案：一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：根据屏蔽半球铸件设计要求制作铸件模具和砂芯模型，所述铸件模具包括分开制造的上模型和下模型，将制造的模具固定在型板上；
步骤二：浇注系统设计：
(1)浇注系统计算：根据相关公式计算液重、浇注时间、验算极限上升速度、静压头、阻流截面总面积；
(2)浇注系统布局：浇注系统采用开放式，包括直浇道、横浇道、内浇道，所述直浇道、横浇道、内浇道按照直：横：内＝1：(2～4)：(1.5～4)比例选取；
1)直浇道采用耐火陶瓷管形成，放置在型板横轴线定位销孔一侧；所述直浇道与横浇道通过定位搭子连接；
2)所述横浇道为二道高梯形结构且以铸件中心为圆心沿铸件外圆圆周分布，所述横浇道中圆周均布有多个过滤网，所述过滤网在横浇道中水平放置，使聚集在横浇道的夹杂物不再随铁液流到横浇道的工作段中去；所述横浇道末端设置聚渣包，使聚集在横浇道加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去；
3)所述内浇道是在每个过滤网下部引出二道沿法线方向引入铸型；
步骤三：冷铁的布置：
根据屏蔽半球不同部位的具体形状，进行冷铁的布置，屏蔽半球整体壁厚大，在屏蔽半球内侧过渡部位设置多个冷铁Ⅰ和多个冷铁Ⅱ，所述冷铁Ⅰ均匀放置于屏蔽半球直孔内侧部位，所述冷铁Ⅱ均匀放置于屏蔽半球内侧圆弧部位；
步骤四：冒口的布置：在浇注位置顶部采用蓄热系数小且有保温功能的珍珠岩粉材料制成具有较强补缩功用的大气压力保温冒口，所述保温冒口安放在补缩位置的上方或最后凝固的热节上；
步骤五：生产过程控制
(1)采用铸铁成型芯骨：按照屏蔽半球台阶塞部位的角度，设置形状为L型的铸铁成型芯骨；
(2)采用内腔坭芯出气：在铸铁成型芯骨上绑扎金属螺旋管，配箱后通过盖箱上的出气孔将内腔坭芯气体引出铸型外；
(3)配箱过程：将下模型在配箱场地支平垫稳，水平尺检验水平后，依据定位缺角落入砂芯模型，再配装上模型，完成合箱；
(4)锁箱、压箱：在分型面采用高强度螺栓进行锁箱，同时在铸型盖箱上部几何中心位置放置铁液重量2～3倍的压铁进行压箱；
步骤六：熔化工艺：选用生铁和废钢，按照低碳低硅、控制Mn、S,限制P的原则确定炉前的化学成分(％)：C：3.5～3.6，Si：1.4～1.5，Mn：0.15～0.25，S：≤0.015，P：＜0.04；采用重稀土球化剂和长效孕育剂进行球化处理和孕育处理；
铁水出炉温度：1380～1400℃，铁水浇注温度：1330～1350℃；
铸件在型内保温300℃以下落砂，进行粗清理；
步骤七：后处理
(1)热处理：将屏蔽半球铸件按工作位置在台车上垫平，小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度加热至600～650℃保温6～7小时，以≤35℃/小时的速度随炉冷却至150℃以下出炉；
(2)喷丸处理：选用30％的CW119切制钢丝丸和70％的ZG140的铸钢弹丸进行喷丸处理；
步骤八：检查验证：通过毛坯检验及加工验证查看铸件是否满足要求。
上述步骤二中，所述液重、浇注时间、验算极限上升速度、静压头、阻流截面总面积的计算方式如下：
1)液重：G＝铸件重量×(100+浇冒系统重量)％；
2)计算浇注时间:根据G-t回归方程应用表，结合生产实际，应用公式，
Figure BDA0003014899960000041
可将浇注时间分为快浇、中浇、慢浇，确定出所需的浇注时间。
Figure BDA0003014899960000042
为快浇，
Figure BDA0003014899960000043
为中浇，
Figure BDA0003014899960000051
为慢浇
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
t—浇注时间(s)
3)验算极限上升速度：当铸件壁厚δ＞40，水平位置浇注时，最小的液面上升速度与铸件壁厚关系，需符合液面上升速度8～10mm/s的要求。
Figure BDA0003014899960000052
式中，
V—型内液面上升速度(mm/s)
C—铸件的高度(mm),
t—浇注时间(s)
4)静压头：HP＝HO-0.5HC
HO—铸型底平面到浇口顶面距离
HC—铸型高度
5)阻流截面总面积：
Figure BDA0003014899960000053
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
μ—流量损耗系数，取值范围0.45～0.60，取μ＝0.58
t—浇注时间(s)。
上述步骤二中，所述过滤网采用碳化硅泡沫过滤网。
上述步骤三中，屏蔽半球不同部位冷铁的厚度尺寸T的计算过程如下：
T＝t·T热节
上式中，t为厚度系数，取值范围为0.3≤t≤1.0，T热节为屏蔽半球热节部位的厚度。
上述步骤四中，冒口的计算：
根据屏蔽半球的厚度a以及卡塞理论，得出屏蔽半球的模数Ms为：
Figure BDA0003014899960000061
MT＝0.6Ms
保温顶冒口的内径D为：D＝4f1MT
由此可得：
D＝0.4f1·a
上述中，MT为保温顶冒口模数，f1为增加系数且f1的取值范围为：1.0≤f1≤1.9；
所述保温顶冒口方形颈长度C的计算过程如下：
C＝4f2M
M＝0.6MT
由此可得：
C＝0.24f2·a
上式中，M1为圆柱形保温顶冒口方形颈模数，f2为圆柱形保温顶冒口方形颈的缩小系数且f2的取值范围为：0.5≤f2≤0.9。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案通过造型工艺采用底注、过滤、开放式浇注系统使铁水低温、快速、平稳充型，发挥浇注系统缓流、避渣作用，避免铁液在型腔内紊流形成二次氧化夹渣、气孔，滤除铁液中的一次浮渣、杂物等，提高铸件内在及表观质量；
2、本方案通过铸铁在内腔坭芯采用成型芯骨绑扎金属螺旋管，提高厚大件内腔悬臂坭芯的强度，解决了铁液浇注后长时间受热出气不畅，造成铸件变形、气孔、夹渣等问题；
3、本方案通过铸型分型面采用高强度螺栓锁箱，结合盖箱放置一定的压铁增强铸型刚度，抵御铁液在浇注过程的浮力和凝固过程共晶转变的膨胀力，消除厚大断面铸铁缩松、缩孔、变形等问题；
4、本方案在浇注位置顶部采用蓄热系数小且具有保温功能的珍珠岩粉的保温冒口，控制冒口高度，延长冒口的凝固时间，在厚大部位采用冷铁进行激冷，加快铸件热节部位的冷却速度，增大铸件表面和中心的温度梯度，有效提高石墨化膨胀的利用程度和冒口的补缩效果；
5、本方案采用具有脱硫、球化、抗球化衰退能力强、细化基体组织的钇基重稀土球化剂，消除厚大球墨铸铁件冷却缓慢、共晶凝固时间较长，在厚壁中心或热节处出现石墨畸变、球数减少、组织粗大、石墨漂浮等铸造缺陷；
6、本方案中炉前冲入有很强的促进石墨化和抗衰退能力硅钡孕育剂，瞬时孕育采用定量浇口杯及含铋强烈增加石墨球数的孕育剂，显著增加基体的石墨球数，改善铸铁的显微组织和性能。
附图说明
图1为本发明中屏蔽半球的立体结构图；
图2为本发明中屏蔽半球超声波检测示意图；
图3为本发明模具结构主视图；
图4为本发明模具结构俯视图；
图5为本发明中铸铁成型芯骨出气结构图；
图6为图5中的A部结构放大图；
图7为本发明中屏蔽半球配箱过程图；
图8为本发明中屏蔽半球浇注过程图；
图9为本发明中屏蔽半球粗清理图；
图10为本发明中退火工艺曲线图；
图11为本发明中屏蔽半球退火后状态图；
图12为本发明中屏蔽半球喷丸后状态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参阅图1-12，详述本发明的实施例。
一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，本实施例以材质为QT400-15A，半球外径SR887.5mm，半球内径SR429mm，最小内径φ480mm，高度865mm，毛坯壁厚约为458.5mm，零件重量7050Kg，铸件重量8750Kg，浇注重量10.5吨的屏蔽半球结构为例进行说明。具体包括以下步骤：
步骤一：根据屏蔽半球铸件设计要求制作铸件模具和砂芯模型3，所述铸件模具包括分开制造的上模型1和下模型2，将制造的模具固定在型板4上；如图3和4所示
步骤二：浇注系统设计：
(1)浇注系统计算：根据相关公式计算液重、浇注时间、验算极限上升速度、静压头、阻流截面总面积；
计算方式如下：
1)液重：G＝铸件重量×(100+浇冒系统重量)％
工艺出品率按80％计算，液重G＝8750×(100+20)％＝8750×120％＝10500kg，液重10500㎏。
2)计算浇注时间:根据G-t回归方程应用表，结合生产实际，应用公式，
Figure BDA0003014899960000091
可将浇注时间分为快浇、中浇、慢浇，确定出所需的浇注时间。
Figure BDA0003014899960000092
为快浇，
Figure BDA0003014899960000093
为中浇，
Figure BDA0003014899960000094
为慢浇
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
t—浇注时间(s)
Figure BDA0003014899960000095
因此，确定浇注时间为102.5～124.5之间。
3)验算极限上升速度：当铸件壁厚δ＞40，水平位置浇注时，最小的液面上升速度与铸件壁厚关系，需符合液面上升速度8～10mm/s的要求。
Figure BDA0003014899960000101
式中，
V—型内液面上升速度(mm/s)，
C—铸件的高度(mm),
t—浇注时间(s)，
将数据代入计算得：
Figure BDA0003014899960000102
其中，V快符合液面上升速度8～10mm/s的要求，因此，确定该铸件浇注时间102.5秒。
4)静压头：HP＝HO-0.5HC
HO—铸型底平面到浇口顶面距离
HC—铸型高度
HO＝1265+450＝1715mm
HP＝HO-0.5HC＝1715-0.5×865＝1282.5mm，
Figure BDA0003014899960000103
5)阻流截面总面积：
Figure BDA0003014899960000104
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
μ—流量损耗系数，取值范围0.45～0.60，取μ＝0.58
t—浇注时间(s)。
将上述已知数代入根据阻流截面总面积公式，得出：
Figure BDA0003014899960000105
浇注系统采用开放式，按直：横：内＝1：(2～4)：(1.5～4)比例选取，直浇道直径φ80mm，截面积5024mm2，横浇道梯形：70/80×90mm，二道，截面积13500mm2，内浇道φ35mm，16道，截面积15386mm2，实际直：横：内＝1:2.7:3.1。
(2)浇注系统布局：浇注系统采用开放式结构，包括直浇道5、横浇道6、内浇道7。
1)直浇道5
①形状：直径φ80mm，截面积5024mm2，采用耐火陶瓷管形成；
②位置：放置在型板4横轴线定位销孔一侧,距铸件中心1050mm，在高梯形横浇道φ100mm/φ120mm圆台的直径φ75mm，高度30mm的定位搭子8上定位；
③直浇道圆台
上模型1直浇道与横浇道转接部分采用φ100mm/φ120mm，高度90mm，圆台上部做出直径φ75mm，高度30mm的直浇道定位搭子，下模型2直浇道底部做出SR60mm的具有铁液缓流作用的直浇道窝。
2)横浇道6
①形状：横浇道6为二道高梯形结构,高梯形：70mm/80mm×90mm，截面积13500mm2；
②位置：以铸件中心为圆心,中心圆直径φ2100mm，沿铸件外圆圆周分布。
③过滤网
采用碳化硅泡沫过滤网，主要作用是滤除铁液中的杂质和气泡，净化铁液，并通过过滤使铁液的流动更平稳，防止二次氧化，可起到机械筛分大颗粒、滤饼小颗粒、深层吸附细小体、疏导缓流的作用。
放过滤网处浇注系统的面积一般为不放过滤网部分面积的2～4倍。尺寸应大于浇道面积尺寸30～40mm左右。实际选用过滤网面积150mm×300mm，数量8个。
过滤网以定位销孔侧横轴线为基准，在横浇道6上逆时针方向22.5°设置1个，再依次逆时针45°设置3个；在横浇道6上顺时针方向22.5°设置1个，顺时针再依次顺时针45°设置3个，共8个过滤装置。
过滤网在横浇道6中水平放置，单个过滤网面积150mm×300mm，厚度34mm，孔尺寸规格为15PPi。在下模型2相应部位设置过滤网座，使过滤网安放稳固，上模型横浇道与过滤网搭接部位单边预留15，保证合型后过滤装置部位的密封，使聚集在横浇道的夹杂物不再随铁液流到横浇道的工作段中去，提高横浇道的聚渣能力。同时，使金属液流动平稳，减少卷气倾向。
④聚渣包
在横浇道末端设置高度150mm，直径φ90mm/φ120mm的聚渣包，减少铁液冲击叠加造成铁液的紊流，使聚集在横浇道加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去，提高横浇道的聚渣能力。
两个聚渣包分别设置在型板4横向中心线偏离5°与横浇道6交接部位。
3)内浇道7
①形状：数量16道，φ35mm，每个过滤装置下部引出二道，截面积15386mm2。
②位置：内浇道从过滤装置下部沿法线方向引入铸型；
步骤三：冷铁的布置：
屏蔽半球整体壁厚大，在屏蔽半球内侧过渡部位设置多个冷铁Ⅰ9和多个冷铁Ⅱ10；通过冷铁的重量、厚度以及与屏蔽半球的接触面积的增加，提高冷铁的激冷能力，加快屏蔽半球热节部位的冷却速度，增大屏蔽半球铸件表面和中心的温度梯度，使屏蔽半球铸件的厚大区域石墨化膨胀提前，有效提高石墨化膨胀的利用程度。
屏蔽半球不同部位冷铁的厚度尺寸T的计算过程如下：
T＝t·T热节
上式中，t为厚度系数，取值范围为0.3≤t≤1.0，T热节为屏蔽半球热节部位的厚度。
根据屏蔽半球不同部位的具体形状，进行冷铁的布置，
1、冷铁Ⅰ9(弧形)：
T1＝t1·T热节1，t1＝0.3，T热节1＝395，则T1＝118，圆整120，宽度70mm，长度300mm，厚度120mm，数量10块，均匀放置于屏蔽半球直孔内侧部位；
2、冷铁Ⅱ10(随形)：
T2＝t2·T热节2，t2＝0.3，T热节2＝458，则T2＝137.4，圆整140，宽度110，长度150mm，厚度140mm，数量9块，均匀放置于屏蔽半球内侧圆弧部位。
步骤四：冒口的布置：
冒口的主要作用是补缩，并在浇注时作为重要的排气通道，防止缩松、缩孔、排气、集渣的作用，材质、位置、形状要保证补缩通道的畅通和冒口的有效补缩距离。
在浇注位置顶部采用蓄热系数小且有保温功能的珍珠岩粉材料制成具有较强补缩功用的大气压力保温冒口11；冒口顶部与大气相通，扩张角朝向冒口，控制冒口高度，提高冒口的补缩压力；在内圆侧面采用较大的冷铁，使屏蔽半球铸件的厚大区域石墨化膨胀提前，利用工艺补贴和冷铁的激冷能力，提升冒口补缩效率。当石墨化膨胀时冒口径及时凝固关闭，实现厚大热节部位的内部致密。
在铸件顶部增加工艺补贴60mm，能有效消除冒口下部铸件的热节部位的缩松及浇注过程铁液产生的浮渣、浮杂等，后续通过机械加工去除。
屏蔽半球需补缩部位高度770mm，其模数根据卡塞理论进行计算：公式如下：
(1)冒口的计算：
根据屏蔽半球的厚度a以及卡塞理论，得出屏蔽半球的模数Ms为：
Figure BDA0003014899960000141
MT＝0.6Ms
保温顶冒口的内径D为：D＝4f1MT
由此可得：
D＝0.4f1·a
上述中，MT为保温顶冒口模数，f1为增加系数且f1的取值范围为：1.0≤f1≤1.9；
将a＝770，f1＝1.0带入进行计算，得出D＝φ308，圆整D＝φ310mm。
所述保温顶冒口方形颈长度C的计算过程如下：
C＝4f2M
M＝0.6MT
由此可得：
C＝0.24f2·a
上式中，M1为圆柱形保温顶冒口方形颈模数，f2为圆柱形保温顶冒口方形颈的缩小系数且f2的取值范围为：0.5≤f2≤0.9。
将a＝770,f2＝0.55带入进行计算，得出C＝101.6，换算为同面积的圆柱形冒口径d1＝φ114.6mm，圆整d1＝φ120mm。
模数法基于两个基本条件：一是冒口凝固时间大于或者等于铸件凝固时间；二是有足够的金属液补充铸件的液体收缩和体积收缩。冒口体高度能提高冒口体的液体补缩量及压力，消除铸件的缩松。在实际生产中，为使冒口补缩可靠，冒口高度和冒口直径之间：Hr＝(1.15～1.8)Dr，其中，Hr冒口高度，Dr冒口直径，系数实际取1.35，则冒口高度420。
保温冒口的具体尺寸：内径φ310mm，冒口径φ120mm，高度420mm，珍珠岩粉材料。
(2)冒口的布置
所述保温冒口11安放在补缩位置的上方或最后凝固的热节上，以便利用冒口内的铁液重力进行补缩。
将内径φ310mm、冒口径φ120mm的3个保温冒口，在偏离型板纵向中心线与浇注位置顶面部位距屏蔽半球铸件中心345交接处均匀安放，并分别用3个φ110mm，高度30mm的冒口定位搭子进行定位，防止舂砂时保温冒口偏移原有位置。
步骤五：生产过程控制
(1)采用铸铁成型芯骨：
屏蔽半球台阶塞部位坭芯为悬臂结构，坭芯吊运、装配、铁液充型过程因型砂强度不足易产生变形或裂纹，导致该部位产生尺寸偏差或铸造缺陷。
按照屏蔽半球台阶塞部位的角度，设置形状为L型的铸铁成型芯骨12,在铸件直孔内芯骨长度455mm，水平长度395mm，芯骨伸入台阶塞长度325mm，与水平部分成145°，芯骨端头距台阶塞外圆表面距离约90。为保证舂砂时芯骨准确定位不偏移，在直孔底部设置直径φ100mm/φ90mm芯骨支座，高度50mm，芯骨定位孔直径φ65mm，深度15mm，在芯骨支座预留金属螺旋管凹槽，单边间隙3mm。具体如图5和6所述的铸铁成型芯骨出气图。
(2)采用内腔坭芯出气14
在φ60mm的铸铁成型芯骨上绑扎3根均布φ10mm的金属螺旋管13，台阶塞部位与φ60mm的铸铁成型芯骨端头平齐，直孔内嵌入芯骨支座凹槽与芯头平齐，配箱后通过盖箱φ30mm/φ40mm出气孔将内腔坭芯气体引出铸型外。具体如图5所示的铸铁成型芯骨出气结构图；
(3)配箱过程：将下模型2在配箱场地支平垫稳，水平尺检验水平后，依据定位缺角落入砂芯模型3,检验坭芯芯头高度为〔(739+20)×1.008〕mm，即765±1mm范围内。清理内浇道并用压缩空气检查干净后，将过滤网放入横浇道支座内。在下铸型型腔10～15mm外敷设两道间隔30mm直径φ10mm的封箱坭条，在两道封箱坭条中间敷设直径φ15mm的红坭。在内腔坭芯直孔芯头部位出气孔外30mm周围敷设一道φ10mm的封箱坭条，直孔芯头部位内30mm敷设一道φ10mm的封箱坭条，保证内腔坭芯向铸型外出气通道的畅通。合型后检查分型面封箱坭芯被压实且均匀一致，即可锁箱。配箱过程如图7所示的屏蔽半球配箱过程图。
(4)锁箱、压箱：
球墨铸铁呈糊状凝固，如铸型刚度不足，会使石墨化产生的体积膨胀部分被消耗，造成枝晶间或共晶团之间的内部液体的液态收缩和凝固收缩得不到补偿，造成缩松、疏松等；同时，铁液充型中后期，铸型(芯)产生的浮力及型芯产生的气体无法外排，型腔压力过大，造成铸型型壁移动、胀箱、夹渣、夹杂等问题。
为增强铸型刚度，抵御铸件在凝固过程铁液膨胀及浇注过程抬箱浮力，铸型合箱后，在分型面采用高强度螺栓进行锁紧的同时，在铸型盖箱上部几何中心位置放置铁液重量2～3倍的压铁。
1)锁箱：将M30×180mm高强单头六角螺栓、平垫、弹簧垫、六角螺母按顺序在砂箱锁紧孔组装，砂箱对角螺栓进行预锁紧，检查分型面坭芯压平后，按照顺时针(逆时针)预紧力要求对砂箱螺栓进行锁紧。
2)座浇口杯：将浇口部位用型砂垫高刮平，浇口部位敷设封箱坭条，平稳安放5吨半定量浇口杯。
3)压箱：根据上箱浇口杯及上箱纵轴线位置，结合浇口杯、压铁重量，在箱缘上放置刚性支点，并调整水平，将25吨压铁水平放置盖箱上部。
4)背箱：找出盖箱的箱带，在与通长箱带垂直方向，平均对称背箱，背点以双数对称背箱，确保背点与压铁、箱带之间的刚性支撑。
5)锁箱复查：对砂箱锁紧螺栓进行锁紧力逐一检查，对已松动或预紧力不足的螺栓重新锁紧，检查分型面锁紧力、封箱坭条压紧高度基本达到均匀一致。
步骤六：熔化工艺：
(1)熔炼工艺方面，严格选用生铁和废钢、采用重稀土球化剂和长效孕育剂，控制石墨球的大小及形状，残余的自由渗碳体及夹杂物相，铁素体的晶粒度等，力求获得良好的铁素体的基体组织。
(1)按照低碳低硅、控制Mn、S,限制P的原则确定炉前的化学成分(％)：
C：3.5～3.6，Si：1.4～1.5，Mn：0.15～0.25，S：≤0.015，P：＜0.04
碳高容易产生石墨漂浮，但过低又容易产生缩松、缩孔等缺陷，综合考虑，碳量3.5～3.6％，Si高容易引起异形石墨，提高低温脆性。因此要控制终Si量，在保证铁素体量的条件下尽量降低硅量，控制在1.4～1.5％。
Mn是促进碳化物生成形成元素且易产生偏析，控制在0.1～0.4％，铁素体球墨铸铁取中下限。
S较强烈的阻碍石墨化，要求硫含量低，会形成FeS-Fe共晶体分布在晶界上，既阻碍碳扩散，又降低球墨铸铁的塑性，但S含量过低会造成结晶核心不足，使基体组织的石墨球变大，石墨球数变少。炉前铁水中S控制在0.008～0.015之间效果较好。
P易产生偏析导致铸件脆性增加，降低韧性，严格限制反白口化元素和反球化元素的含量。
(2)球化处理
选用龙钇重稀土，钇基重稀土具有球化能力强，抗球化衰退、抗石墨畸变能力强，细化机体组织、白口倾向小、适应范围宽等特点。具有较强的抗衰退能力，特别是铸件的心部，能有效克服厚大断面球铁易出现的球化衰退、断面敏感性强，有很强的抗干扰性、抗石墨畸变性、抗衰退型能力。铁液中残留钇0.010～0.015％，表明石墨球化良好。
在浇包的球化坑内加入1.3％的龙钇重稀土球化剂，上部覆盖0.4％的句容亚峰YFYY-2，再覆盖0.3％的球铁铁屑，逐层适当紧实后覆盖球化钢板，最后压生铁2～4块。出炉时铁液冲向未放置球化剂一侧，冲入2/3～1/2铁液，等球化反应沸腾1min左右，待球化反应将要结束时再冲入其余铁液，并随流在出铁槽添加孕育剂。
(3)炉前冲入孕育：句容亚峰YFY-150，加入量0.5％。
选用句容亚峰YFY-150硅钡孕育剂，有很强的促进石墨化和抗衰退能力，能有效控制石墨形态及石墨的长短，可改善铸件中的石墨组织和分布状况，避免出现渗碳体的产生。
(4)瞬时孕育：YFY-380，加入量0.1％。
采用半定量浇口杯进行浇注，并使用含铋强烈增加石墨球数的，可显著增加基体的石墨球数。浇注前将一半句容亚峰YFY-380孕育剂撒入浇包杯底部，一半放入孕育漏斗，待测温符合工艺浇注温度后拔塞浇注，能有效减少过冷石墨和自由渗碳体的产生。
(5)温度控制：
铁水出炉温度：1380～1400℃，铁水浇注温度：1330～1350℃。
浇注过程注意引火，防止铸型产生憋气。具体如图8所示的屏蔽半球浇注过程。
(6)落砂、清理：
铸件在型内保温300℃以下落砂，进行粗清理。具体如图9所示的屏蔽半球粗清理。
步骤七：后处理
(1)热处理
厚大件铁素体球墨铸铁消除应力退火温度600～650℃进行保温2～8小时，随炉缓冷(25～35℃)到150～200℃出炉空冷，退火后铸件内应力可消除90～95％。
具体热处理工艺为：将屏蔽半球铸件按工作位置在台车上垫平，小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度加热至600～650℃保温6～7小时，以≤35℃/小时的速度随炉冷却至150℃以下出炉。退火工艺如图10所示的退火工艺曲线，退火后状态如图11所示的屏蔽半球退火后状态。
(2)喷丸处理
喷丸借助于高速运动的弹丸流使材料或铸件表层发生弹塑性变形，在铸件表层产生残余压应力，从而提高抗疲劳与应力腐蚀开裂等使用性能，提高铸件表面完整性的形变强化。一般弹丸为铸钢丸或切制钢丝弹，铸钢弹丸应符合YB/T5149或其他相关标准中的要求，切制钢丝弹丸应符合JB/T8354标准中的要求。主要原则如下：
1)依据铸件的材料、结构特征和喷丸强度等选择弹丸；
2)对无污染要求的铸件，采用铸钢弹丸或切制钢丝钢丸；
3)对于圆角的喷丸，弹丸直径尺寸应小于喷丸区内最小圆角半径的1/2；
4)达到同样喷丸强度要求的前提下，选用较大尺寸的弹丸。
根据屏蔽半球技术文件对铸件表面的要求，选用30％的CW119(尺寸为1.19)切制钢丝丸和70％的ZG140(尺寸为1.4)的铸钢弹丸，检查喷丸机内的弹丸数量满足连续喷丸的要求，装入喷丸机内新弹丸〈或在喷丸生产过程中需往喷丸机内补充新弹丸)的数量不超过机内总量的10％。不合格弹丸在喷丸机内的含量不应超过机内总量的15％，可根据单层铺满15mm2或10mm2的面积以目视检验出不合格弹丸的比例。当喷丸后的铸件表面因配合装配或表面处理工序等要求而需要进行表面打磨或加工时，去层深度不应超过残余压应力层深度或喷丸强度的1/10～1/5。喷丸后具体状态图12所示的屏蔽半球喷丸后状态。
步骤八：检查验证：通过毛坯检验及加工验证,查看铸件没有发现缩松、缩孔、夹渣、夹杂、石墨漂浮、气孔等铸造缺陷，是否满足要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一：根据屏蔽半球铸件设计要求制作铸件模具和砂芯模型(3)，所述铸件模具包括分开制造的上模型(1)和下模型(2)，将制造的模具固定在型板(4)上；
步骤二：浇注系统设计：
(1)浇注系统计算：根据相关公式计算液重、浇注时间、验算极限上升速度、静压头、阻流截面总面积；
(2)浇注系统布局：浇注系统采用开放式结构，包括直浇道(5)、横浇道(6)、内浇道(7)，所述直浇道(5)、横浇道(6)、内浇道(7)按照直：横：内＝1：(2～4)：(1.5～4)比例选取；
1)直浇道(5)采用耐火陶瓷管形成，放置在型板(4)横轴线定位销孔一侧；所述直浇道(5)与横浇道(6)通过定位搭子(8)连接；
2)所述横浇道(6)为二道高梯形结构且以铸件中心为圆心沿铸件外圆圆周分布，所述横浇道(6)中圆周均布有多个过滤网，所述过滤网在横浇道(6)中水平放置，使聚集在横浇道(6)的夹杂物不再随铁液流到横浇道(6)的工作段中去；所述横浇道(6)末端设置聚渣包，使聚集在横浇道(6)加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去；
3)所述内浇道(7)在每个过滤网下部引出二道沿法线方向引入铸型；
步骤三：冷铁的布置：
根据屏蔽半球不同部位的具体形状，进行冷铁的布置，屏蔽半球整体壁厚大，在屏蔽半球内侧过渡部位设置多个冷铁Ⅰ(9)和多个冷铁Ⅱ(10)，所述冷铁Ⅰ(9)均匀放置于屏蔽半球直孔内侧部位，所述冷铁Ⅱ(10)均匀放置于屏蔽半球内侧圆弧部位；
步骤四：冒口的布置：在浇注位置顶部采用蓄热系数小且有保温功能的珍珠岩粉材料制成具有较强补缩功用的大气压力保温冒口(11)，所述保温冒口(11)安放在补缩位置的上方或最后凝固的热节上；
步骤五：生产过程控制
(1)采用铸铁成型芯骨：按照屏蔽半球台阶塞部位的角度，设置形状为L型的铸铁成型芯骨(12)；
(2)采用内腔坭芯出气(14)：在铸铁成型芯骨(12)上绑扎金属螺旋管(13)，配箱后通过盖箱上的出气孔将内腔坭芯气体引出铸型外；
(3)配箱过程：将下模型(2)在配箱场地支平垫稳，水平尺检验水平后，依据定位缺角落入砂芯模型(3)，再配装上模型(1)，完成合箱；
(4)锁箱、压箱：在分型面采用高强度螺栓进行锁箱，同时在铸型盖箱上部几何中心位置放置铁液重量2～3倍的压铁进行压箱；
步骤六：熔化工艺：选用生铁和废钢，按照低碳低硅、控制Mn、S,限制P的原则确定炉前的化学成分(％)：C：3.5～3.6，Si：1.4～1.5，Mn：0.15～0.25，S：≤0.015，P：＜0.04；采用重稀土球化剂和长效孕育剂进行球化处理和孕育处理；
铁水出炉温度：1380～1400℃，铁水浇注温度：1330～1350℃；
铸件在型内保温300℃以下落砂，进行粗清理；
步骤七：后处理
(1)热处理：将屏蔽半球铸件按工作位置在台车上垫平，小于200℃时机体入炉，以≤50℃/小时的速度加热至600～650℃保温6～7小时，以≤35℃/小时的速度随炉冷却至150℃以下出炉；
(2)喷丸处理：选用30％的CW119切制钢丝丸和70％的ZG140的铸钢弹丸进行喷丸处理；
步骤八：检查验证：通过毛坯检验及加工验证查看铸件是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，其特征在于：上述步骤二中，所述液重、浇注时间、验算极限上升速度、静压头、阻流截面总面积的计算方式如下：
1)液重：G＝铸件重量×(100+浇冒系统重量)％；
2)计算浇注时间:根据G-t回归方程应用表，结合生产实际，应用公式，
Figure FDA0003014899950000031
可将浇注时间分为快浇、中浇、慢浇，确定出所需的浇注时间；
Figure FDA0003014899950000032
为快浇，
Figure FDA0003014899950000033
为中浇，
Figure FDA0003014899950000034
为慢浇
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
t—浇注时间(s)
3)验算极限上升速度：当铸件壁厚δ＞40，水平位置浇注时，最小的液面上升速度与铸件壁厚关系，需符合液面上升速度8～10mm/s的要求；
Figure FDA0003014899950000035
式中，
V—型内液面上升速度(mm/s)
C—铸件的高度(mm),
t—浇注时间(s)；
4)静压头：HP＝HO-0.5HC
HO—铸型底平面到浇口顶面距离
HC—铸型高度；
5)阻流截面总面积：
Figure FDA0003014899950000041
G—型内铁液总重量，包含浇冒系统重量(Kg)
μ—流量损耗系数，取值范围0.45～0.60，取μ＝0.58
t—浇注时间(s)。
3.根据权利要求1所述的一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，其特征在于：上述步骤二中，所述过滤网采用碳化硅泡沫过滤网。
4.根据权利要求1所述的一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，其特征在于：上述步骤三中，屏蔽半球不同部位冷铁的厚度尺寸T的计算过程如下：
T＝t·T热节
上式中，t为厚度系数，取值范围为0.3≤t≤1.0，T热节为屏蔽半球热节部位的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种大断面球墨铸铁屏蔽半球铸件成型的方法，其特征在于：上述步骤四中，冒口的计算方法：
根据屏蔽半球的厚度a以及卡塞理论，得出屏蔽半球的模数Ms为：
Figure FDA0003014899950000042
MT＝0.6Ms
保温顶冒口的内径D为：D＝4f1MT
由此可得：
D＝0.4f1·a
上述中，MT为保温顶冒口模数，f1为增加系数且f1的取值范围为：1.0≤f1≤1.9；
所述保温顶冒口方形颈长度C的计算过程如下：
C＝4f2M
M＝0.6MT
由此可得：
C＝0.24f2·a
上式中，M1为圆柱形保温顶冒口方形颈模数，f2为圆柱形保温顶冒口方形颈的缩小系数且f2的取值范围为：0.5≤f2≤0.9。
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