CN114042866B

CN114042866B - 一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法

Info

Publication number: CN114042866B
Application number: CN202111354315.2A
Authority: CN
Inventors: 刘文华; 王红光; 张仲林; 曲守峰
Original assignee: Yantai Hengbang Alloy Material Co ltd
Current assignee: Yantai Hengbang Alloy Material Co ltd
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN114042866A

Abstract

本发明提供了一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，包括以下步骤：工艺设计；造型、制芯；熔炼、浇注：采用一次合料、二次熔炼方式熔化铁水，铁水孕育处理，低温浇注；热处理；清理；预埋件丝孔加工。本发明通过采取在髙硅铸铁件中预埋中空耐蚀柱，外形设计成梯形螺纹，内部设计成中空、外带螺纹，形成铸件后，在预埋件上加工内螺纹；采取一次合料、二次熔炼、微调脱气等方式熔炼铁水，解决了髙硅铸铁丝孔难以加工成形、减少加工工时、有效地克服了高硅铸铁铸造生产中易产生的缩松、气孔、裂纹等问题，铸件成品率达到90%以上。

Description

一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法

技术领域

本发明属于铸造工艺技术领域，具体地说涉及一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法。

背景技术

在铸铁中加入一定量的某些合金元素，可以得到在一些介质中有较高耐蚀性的合金铸铁。高硅铸铁就是其中应用最广泛的一种。含硅10%～16%的一系列合金铸铁称为高硅铸铁，其中除少数品种含硅量在10%～12%以外，一般含硅量都在14%～16%。当含硅量小于14.5%时，力学性能可以改善，但耐蚀性能则大大下降。如果含硅量达到18%以上时，虽然耐蚀，但合金变得很脆，铸造困难。因此，工业上应用最广泛的是含硅14.5%～15%的高硅铸铁。高硅铸铁件对有机酸有很好的耐蚀性，可用于制作硫酸、醋酸、草酸、硝酸等的提炼加工、运送设备，可以代替成本高的高合金不锈钢材质，因价格相对低廉，有广阔的市场前景。但高硅铸铁，硬度高，脆性大，在加工过程中丝孔螺纹易碎，难以加工成形，常规做法：材质中加铜等元素，提高韧性而加工成形，但降低了耐蚀性，不能满足某些酸性材质的耐蚀要求；高硅铸铁传热系数小、线涨系数大，硬、脆、易破损、不能焊补，在铸造过程中易产生气孔、缩松、裂纹等，成品率低，阻碍髙硅铸铁推广应用。

发明内容

本发明提供了一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，解决了背景技术中的高硅铸铁脆性大，丝孔难加工、易产生气孔、缩松、裂纹等，成品率低的缺点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，包括以下步骤：

a、工艺设计：

根据高硅铸铁件的特点，设计金属模型，加工余量2～3mm，丝孔处设计中空、外带螺纹的耐腐蚀柱状不锈钢预埋件；

b、造型、制芯：

采用粘土砂造型，树脂砂制作内芯，中置芯铁，在芯头位置安放烘烤好的中空预埋件，合箱，等待浇注；

c、熔炼、浇注：

采用一次合料、二次熔炼方式熔化铁水，铁水孕育处理，低温浇注；

d、热处理：

去除阻碍收缩的型芯砂、浇冒口，缓慢冷却，铸件热态拆箱，进入热处理炉，缓慢冷却，自由收缩；

e、清理：

采用喷砂、打磨方式清理；

f、加工:

装夹垫铜片，力度适中，防止夹碎，小刀量车削或磨削，加工转速20转/分钟左右，进给量0.1mm左右，电火花加工预埋件丝孔螺纹；

优选的，所述步骤c中一次合料的配比为球铁生铁17.5～18.5%，硅铁18.5～19.5%，铬铁1.8～2.2%，钼铁0.8～1.2%，矽钢片58～62%，铁水熔炼温度1500±10℃，出炉温度1470±10℃，熔化形成合料块；所述二次熔炼的配料比为合料块79～81%，回炉料18～20%，硅铁0.4～0.6%，高碳锰铁0.25～0.35%，孕育剂0.18～0.22%，铁水熔炼温度1500±10℃，出炉温度1470±10℃，随流孕育，浇注温度1320±20℃；

优选的，所述一次合料的配比为球铁生铁18%，硅铁19%，铬铁2%，钼铁1%，矽钢片60%，铁水熔炼温度1500℃，出炉温度1470℃，熔化形成合料块；所述二次熔炼的配料比为合料块80%，回炉料19%，硅铁0.5%，高碳锰铁0.3%，孕育剂0.2%，铁水熔炼温度1500℃，出炉温度1470℃，随流孕育，浇注温度1320℃；

优选的，所述步骤d中热处理工艺包括浇注完，15～20分钟，铸件热态拆箱取件，捣碎铸件内外表面的型砂、芯砂，敲掉浇冒口，立即投入事先升温到700℃的热处理炉中，继续以50℃/小时的速度，升温到900度，保温2～4小时，随炉冷却，冷却速度≤50℃/小时至室温；

优选的，所述步骤b中造型工艺采用粘土煤粉砂型工艺，混砂时添加煤粉为砂质量的1%，木屑为砂质量的0.5%，型砂水分在4%以内，内芯采用碱性酚树脂砂制作，中置芯铁，芯铁用圆管，管壁钻孔，缠绕草绳，在芯头位置安放烘烤好的中空预埋件，合箱，等待浇注。

本发明的有益效果是：本发明通过采取在高硅铸铁件中预埋中空耐蚀柱，外形设计成梯形螺纹，防止脱落，内部设计成中空、外带螺纹的不锈钢柱状，形成铸件后，在预埋件上加工内螺纹；采用粘土砂造型，碱酚醛树脂砂制芯，采取一次合料、二次熔炼、微调脱气等方式熔炼铁水，解决了髙硅铸铁丝孔难以加工成形、减少加工工时、有效地克服了高硅铸铁铸造生产中易产生的缩松、气孔、裂纹等问题，铸件成品率达到 90%以上，铸件的内外在质量达到和超GB8491-2009《高硅耐蚀铸铁件技术条件》的国家标准要求，设备部件连接装配方便，可部分代替浓硝酸生产中的不锈钢设备，是强氧化性介质浓硝酸等的理想用材，取得了良好的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1为本发明的铸件整体结构示意图；

图2为本发明图1的A-A向剖面示意图；

图3为本发明图1的B-B向剖面示意图；

图4为本发明图1的C-C向剖面示意图；

图5为本发明的铸件工艺及余量示意图；

图6为本发明图5的A-A向剖面示意图；

图7为本发明图5的B-B向剖面示意图；

图8为本发明图5的C-C向剖面示意图；

图9为本发明图6中的中空预埋件示意图；

图10为本发明图7中的中空预埋件示意图；

图11为本发明图8中的中空预埋件示意图；

图12为本发明的的砂芯结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

参照附图1-4：一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，包括以下步骤：

a、工艺设计：

根据铸件图，结合髙硅铸铁的特性，材质硬度高，HRC40～60，几乎全身要求加工，为减少加工工时，设计加工余量2.5mm，为保证尺寸精度及丝孔位置度，设计成金属模；确立分型面，两箱造型；

髙硅铸铁要求加工丝孔，脆性大，丝孔螺纹易碎，难以加工成形，设计要求耐蚀性高的预埋件，便于丝孔加工成形；髙硅铸铁材质敏感，预埋件相当冷铁，局部过冷度过大，又易造成铸件局部裂纹、开裂，预埋件要尽量小，外形设计成梯形螺纹，防止脱落；所以设计成中空、外带螺纹的不锈钢柱状预埋件，材质选用哈氏276合金材料，形成铸件后在预埋件上加工内螺纹，哈氏合金材质硬，采用电火花方式加工；

b、造型、制芯：

髙硅铸铁件易碎裂、易形成气孔，要求型芯砂退让性、透气性高，采用粘土煤粉砂潮型工艺，混砂时添加煤粉1%、木屑0.5%，严格控制型砂的水份3.9%（均指占砂重的百分比），提高透气性、退让性，造型时准确掌握铸型的紧实度；

内芯采用发气量小的碱性酚醛树脂砂制作；中置芯铁，芯铁用圆管，管壁钻孔，便于出气；缠绕草绳增加退让性。

造型时，上箱多扎出气孔，造型后，修好砂型，在芯头位置安放烘烤好的中空预埋件，吹净浮砂，合箱，等待浇注；

c、熔炼、浇注：

髙硅铸铁材质敏感性高，易产生缩松、易产生气孔、易碎裂，要求杂质低，脱气要求高，原材料选用锈蚀轻微、杂质小的符合国标的材料，要求杂质、硫、磷含量尽量低。

采用一次合料、二次熔炼的中频炉熔炼工艺熔化铁水；

一次合料配比：Q14-2级生铁18%，FeSi75A硅铁19%，FeCr67C6.0-2级高碳铬铁2%，FeMo60A钼铁1%，矽钢片60%；铁水熔炼温度1500℃，扒渣干净，取样分析，保证一次合料块中FeO等氧化物的含量最低，一次合料块的化学成份达到下列要求：

元素

C

Si

Cr

Mo

P

S

含量%

≤0.9

14-15

1.3-1.4

0.5-0.6

≤0.07

出炉温度1475℃，浇注于事先烘烤好的钢模中，形成一次合料块。

二次熔炼配料比：合料块80%，回炉料19%，FeSi75A硅铁0.5%，FeMn78C2.0-2级中碳锰铁0.3%，FeBa5Si60孕育剂0.2%。铁水熔炼温度1505℃，取样分析，通过造渣，微调配比，进一步排除铁水中溶解的氧和氢等有害气体，通过炉前，浇注小试样，观察铁水收缩性；出炉温度1472℃，随流孕育，将铁水从中频炉倒入事先烘烤好的浇包中，取样分析，保证包内铁水的化学成份达到下列要求：

元素

C

Si

Mn

Cr

Mo

P

S

含量%

0.9-1.0

14.45-14.75

0.35-0.45

1.25-1.35

0.55-0.65

≤0.07

覆盖除渣剂，扒渣，降温，测量温度到1318°时，开始浇注铸件。

d、热处理：

髙硅铸铁件易碎裂，铸件需热态拆箱，进入热处理炉，缓慢冷却，自由收缩。

浇注完，17分钟后铸件在红热状态下拆箱取件，迅速地捣碎铸件内外表面的型砂、芯砂，敲掉浇冒口，然后立即将红热铸件直接装入框内，吊入事先升温到700℃的热处理炉中，继续以50℃/小时的速度，升温到900℃，根据铸件结构尺寸、壁厚，在该温度范围保温2.5小时，随炉冷却，冷却速度48℃/小时，降至室温出炉。

e、清理：

铸件脆性大，出炉后，转运平稳，避免磕碰摔伤；严禁抛丸处理，用高压风喷硅砂清理；角磨机打磨飞边毛刺，严禁锤击，防止拐肉。

f、加工:

车床加工平面，装夹垫3mm厚铜片，力度适中，防止夹碎，小刀量车削或磨削，加工转速20转/分钟，进给量0.1mm；电火花方式在预埋件上加工内螺纹。

包装时铸件表面缠绕草绳或泡沫，轻拿轻放，摆放整齐，堆压高度控制，防止运输过程中的磕碰破碎，小批量包装箱。

铸件要求化学成分：C:0.8-1.1%，Si:14.25-15.75%，Mn：0.3-0.5%，Cr：1.2-1.5%，Mo:≥0.5%，S：≤0.10%，P：≤0.10%。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）工艺设计：

根据高硅铸铁件的特点，设计金属模型，加工余量2～3mm，丝孔处设计中空、外带梯形螺纹的薄壁耐腐蚀柱状不锈钢预埋件，形成铸件后在预埋件内加工内螺纹，预埋件材质选用哈氏276合金材料；

（2）造型、制芯：

采用粘土砂造型、树脂砂制作内芯的工艺，混砂时添加煤粉为砂质量的1%，木屑为砂质量的0.5%，型砂水分在4%以内，内芯采用碱性酚树脂砂制作，中置芯铁，芯铁用圆管，管壁钻孔，缠绕草绳，在芯头位置安放烘烤好的中空预埋件，合箱，等待浇注；

（3）熔炼、浇注：

采用中频炉一次合料、二次熔炼方式熔化铁水，铁水孕育处理，高温熔炼，低温浇注，一次合料的配比为球铁生铁17.5～18.5%，硅铁18.5～19.5%，铬铁1.8～2.2%，钼铁0.8～1.2%，矽钢片58～62%，铁水熔炼温度1500±10℃，出炉温度1470±10℃，熔化形成合料块；所述二次熔炼的配料比为合料块79～81%，回炉料18～20%，硅铁0.4～0.6%，高碳锰铁0.25～0.35%，孕育剂0.18～0.22%，铁水熔炼温度1500±10℃，出炉温度1470℃，随流孕育，浇注温度1320±20℃；

（4）热处理：

铸件及时热处理，浇注完，15～20分钟，铸件热态拆箱取件，捣碎铸件内外表面的型砂、芯砂，敲掉浇冒口，立即投入事先升温到700℃的热处理炉中，继续以50℃/小时的速度，升温到900度，保温2～4小时，随炉冷却，冷却速度≤50℃/小时至室温；

（5）清理：

采用喷砂、打磨方式清理；

（6）加工:

装夹垫铜片，力度适中，防止夹碎，小刀量车削或磨削，加工转速20转/分钟，进给量0.1mm；电火花加工预埋件丝孔螺纹。

2.如权利要求1所述的一种带丝孔高硅铸铁的铸造方法，其特征在于所述一次合料的配比为球铁生铁18%，硅铁19%，铬铁2%，钼铁1%，矽钢片60%，铁水熔炼温度1500℃，出炉温度1470℃，熔化形成合料块；所述二次熔炼的配料比为合料块80%，回炉料19%，硅铁0.5%，高碳锰铁0.3%，孕育剂0.2%，铁水熔炼温度1500℃，出炉温度1470℃，随流孕育，浇注温度1320℃。