[科普中國(guó)]-冷硬鑄造

簡(jiǎn)介

在建材生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中，有不少鑄鐵零配件，由于直接接觸物料并對(duì)物料進(jìn)行破碎、攪拌或擠壓，工作環(huán)境非常惡劣，受力情況也較復(fù)雜，所以在使用中很容易磨損，因而對(duì)其工作表面硬度和耐磨性能要求很高。否則就會(huì)造成頻繁停機(jī)修理，使生產(chǎn)率下降，同時(shí)也增加了日常設(shè)備修理工作量和維修費(fèi)用，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益影響甚大。為此設(shè)計(jì)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(gè)重要課題。

在八十年代初，我廠曾試圖以冷硬鑄造工藝來(lái)解決這一難題。經(jīng)過(guò)十多年的實(shí)踐，先后研制出了擠泥機(jī)螺旋絞刀、對(duì)滾破碎機(jī)輥圈、攪拌機(jī)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(xiàn)作以簡(jiǎn)述，供同行參考1。

冷硬鑄造的理論依據(jù)根據(jù)鐵碳合金(Fe - Fe3C)狀態(tài)圖及冷卻速度對(duì)其結(jié)晶過(guò)程的影響可知，在鑄鐵鑄造中，冷卻速度對(duì)鑄鐵的石墨化影響很大。冷卻愈慢，愈有利于石墨化進(jìn)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(tài)的片狀石墨形式存在于鑄鐵中;鐵水在快速冷卻情況下，就會(huì)使鑄件表層結(jié)晶細(xì)化獲得白口鑄鐵組織，碳除少量溶于鐵素體外，絕大部分以滲碳體形式存在于鑄鐵中。白口組織的機(jī)械強(qiáng)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(dāng)于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，采用金屬型(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;其余部分是不要求耐磨而要具有一定強(qiáng)度和韌性的部分，均采用砂型，使鑄件緩慢冷卻而獲得灰口鑄鐵組織。這樣復(fù)合結(jié)構(gòu)的鑄型，就能夠制造出表硬內(nèi)韌的鑄件來(lái)。

冷硬鑄件鑄造工藝流程鑄型預(yù)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(yàn)一入庫(kù)2。

工藝說(shuō)明及注意事項(xiàng)1.冷硬鑄型在澆注前，必須預(yù)熱，使型體溫度上升到80-100℃。目的是為了避免在澆注時(shí)，高溫鐵水接觸冷模，冷卻過(guò)于急劇而噴出鐵水燙傷操作人員，或造成鑄件報(bào)廢。甚者使冷模表面破壞，減少使用壽命。這一點(diǎn)在冬季尤為重要，務(wù)必注意。預(yù)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，并經(jīng)烘干再用，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(shí)要注意澆注溫度和速度的控制。澆注溫度要在保證流動(dòng)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，并保持鐵水連續(xù)不斷地注入。

4.開箱、脫模要適時(shí)。一般要等鑄件完全凝固即可開箱。如果開箱過(guò)早，鑄件因未完全凝固而報(bào)廢。如開箱過(guò)晚不利于鑄件表面冷硬，且使金屬型體過(guò)熱，也會(huì)影響下次澆注冷硬質(zhì)量(在連續(xù)生產(chǎn)的情況下)。一般中間間隔要在半小時(shí)以上。還可采取強(qiáng)制冷卻。

5.清理、檢驗(yàn)工序很重要。因?yàn)槔溆茶T件絕大部分不進(jìn)行機(jī)械加工，故在清理時(shí)，除用銀頭敲掉澆注系統(tǒng)和毛刺外，還要用手提砂輪磨掉明顯的凸出部分。檢驗(yàn)方法，除用眼宏觀檢查外，對(duì)一些不再進(jìn)行加工的配合孔(如絞刀孔)可用試棒一一試驗(yàn)，如有問(wèn)題就要用手提砂輪進(jìn)行修磨后，才能使用3。

冷硬鑄造工藝應(yīng)用效果通過(guò)十多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該工藝應(yīng)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(zhǎng)了使用壽命，減少了停機(jī)修理時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)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(dá)到十分理想的使用效果。具體通過(guò)三種絞刀(砂模鑄鐵、鋼板、冷硬鑄鐵)在50型制磚機(jī)上使用時(shí)，磚坯的起始產(chǎn)量、達(dá)到極限產(chǎn)量的時(shí)間、維持極限產(chǎn)量的班次和一付絞刀的總產(chǎn)量對(duì)比來(lái)說(shuō)明，其優(yōu)越性是顯而易見的。

存在問(wèn)題及解決辦法冷硬鑄件存在的缺陷，主要是強(qiáng)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(shí)，與鋼質(zhì)或灰口鑄鐵相比更容易損壞。我們?cè)趹?yīng)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(shí)，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(qiáng)度。

2.鑄件進(jìn)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(qiáng)度卻大有提高。

3.做人工或自然時(shí)效處理，雖然時(shí)間較長(zhǎng)，但都能使鑄件表面硬度基本不下降的情況下，消除內(nèi)應(yīng)力，提高強(qiáng)度。

4.在物料輸送帶上設(shè)置強(qiáng)力電磁吸盤，預(yù)先清除物料中的鐵質(zhì)雜物1。