大型球铁铸件浇冒口设计原理

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1、大型球铁铸件浇冒口设计原理王伟民摘要：任何一家球铁铸件生产厂都会发现，利用灰铁铸件的补缩方法，解决不了球铁铸件的缩孔、缩松问题。S．I．Karsay提出的利用球铁的共晶膨胀压力而不是补缩铁水，消除二次收缩过程形成的缩孔类缺陷，目前已经成为工业发达国家中流行最广的一种实用技术体系。关键词：粥样凝固；二次收缩；共晶膨胀；易感金属中图分类号：TG244．4文献标识码：A文章编号：1673—3320(2010)02—0016—042l05BasicofDesignRiser＆GatingSystemofLargeDuctileIronCastingsWangWeiminAbstract：Any

2、manufacturerproducingductileirOllcastingsknowsthatarenotavailabletoeliminateinternalshrinkagedefectofductileironcastingswiththattechnologyusedforgrayironcastings．S．I．．Karsaydemandedtoeliminatesecondaryshrinkagedefectofductileironcastingsshouldbebypressureofeutecticexpansioninsteadoffeedmeta1．Unt

3、iltoday,thistechniquesystemwasappliedwidelyandusefulinthemostofdevelopedcountries．Keywords：mushysolidification；secondaryshrinkage；eutecticexpansion；metalsensitivetodross1球铁凝固时的体积变化的共晶膨胀约为0．3％，而球铁的共晶膨胀约为1．5％～2．O％。球铁共晶凝固时析出奥氏体和石墨伴随的体积膨胀，应与灰铁数据相同。但是，用湿型浇注的直径50mm铸件检测结果如图1所示，即球铁的膨胀比灰铁大得多。12o0共晶厦Sc图2膨

4、胀量和共晶度的关系图3说明灰铁共晶凝固时，表层形成硬壳逐渐加厚(壳形凝固)，可以承受共晶膨胀压力，内部液态部分则与冒口连通，不断得到补缩铁水，02468因而可以得到无缩孔缺陷的致密铸件。球铁在开．时间／min∞(C)3．5％，n)(Si)=2．8％，浇注温度1300℃始凝固100s后表层仍无硬壳形成(粥样凝固)，图1球铁和灰铁膨胀对比共晶膨胀压力直接作用于铸型表面，为了抵抗共图2说明球铁石墨析出膨胀与共晶度的关晶膨胀压力造成的型壁迁移、涨箱等现象的负面系，球铁的膨胀量比灰铁膨胀量大得多。灰铸铁作用，球铁铸型应有足够的刚性。收稿日期：2009-10-21。作者简介：王伟民(1935一)，

5、男，高级工程师，主要从事铸造工艺技术与铸造市场动态的研究。I6f2010年第2期型壁迁移、涨箱等现象时，可利用控制压力冒口释放部分压力。湿型、壳型及壁厚在8～10mm及以上的铸件可以采用这种方法，其原理如图5所示。图5(a)说明内浇口凝固时铸件和冒口组合成一体；图5(b)为液态金属产生最大收缩阶段；图5(c)铸件和冒口中液态金属膨胀而使冒口重新充满。时f~q／s图3球铁和灰铸铁凝固层厚度与时间的关系进一步膨胀可增加组合体内的压力，但不超过铸型的承载能力。图4说明了增加型内压力可使缩孔面积大幅度缩小。-(a)(b)(c)图5控制压力冒口发生作用的三个基本阶段冒口和冒口颈的尺寸基础是MT，

6、它取决于铸件厚大部分的模数Ms，图6表示其最大值和最小值以及推荐的工作范围(阴影部分)。冶金质量高型内压力／MPa选低的Mr值，反之则选高的MT值。选择冒口模数(平板试件，气硬型)图4缩孔面积和压力的关系MR与MT相等，冒口颈的模数可取MN=0．67。／／2不是“补”而是“堵”／／任何一家球铁铸件生产厂都会发现，利用灰铁铸／，■／件同样的补缩方法，解决不了球铁铸件的缩孔、缩松／／问题，因为在粥样凝固的球铁铸件中，无通道可以把，，补缩铁水传送N-次收缩产生缩孔缺陷的部位。S．I．Karsay根据多年的研究成果和大量球铁一．铸件生产实践经验，提出一项“实用补缩技术”，，r／其基本原理是利用

7、球铁的共晶膨胀压力，而不是．补缩铁水，来消除二次收缩过程形成的缩孔类缺012345MJcm陷。因此，设计冒口和浇注系统的出发点，不是图6M-r~flMs及冶金质量的关系“补”而是“堵”。冒口颈和内浇口的模数都必须采用标准冒口形状(见图7)可以简化计算。控制在一定的范围以内，确保在共晶膨胀以前堵住铁水的所有出路。到目前为止，还不能充分精确描述或解释这一过程，但是越来越多的实践经验证明这一方法是有效的，并且经过许多国家的权威专家参与验证和推广，目前