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制作毛坯铸件的影响因素与铸造模具材料的选择

2020-12-30 03:05:32
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  低温环境下服役的毛坯铸件的韧性受生产过程中很多因素的影响,包括其化学成分、铸造工艺、熔炼、球化、孕育处理工艺及热处理制度等,这些因素决定了铸件后期的组织和力学性能。
  一、毛坯铸件化学成分对冲击韧度的影响在工艺条件相应的情况下,毛坯铸件的化学成分对组织及会产生决定性的作用,从而决定其性能。C对毛坯铸件V形缺口冲击性能的作用主要体现在对上限冲击吸收能量的影响,上限冲击吸收能量随毛坯铸件碳含量的增加而下降,原因在于毛坯铸件断裂是通过在石墨球上形成的空位及其聚集生长而进行的,碳含量高会使球数增加及尺寸增大,因而空位生长及其聚集过程中的塑性形变降低,导致断裂过程塑性形变能减少,表现为上限冲击吸收能量的下降。但是,碳含量过低会使塑—脆转变温度区间向高温方向移动,反而影响低温冲击吸收能量。综合考虑碳含量,确定wC=3.70%~3.80%较为适当。
  S、P均为元素,P既显著升高塑—脆性转变温度,又强烈降低毛坯铸件的上限冲击功。为此,降低P量是生产低温高韧性毛坯铸件的关键因素之一,因此需要限制wS、wP量,一般上限为0.02%。
  Ni可以作为低温毛坯铸件的铁素体元素,wNi=0.4%~0.6%较为适当。
  Si对毛坯铸件冲击性能的影响有双重性。由于Si强烈改变塑—脆性转变温度,要获得优越的低温韧性,需要尽可能降低毛坯铸件的Si量,但Si量减少,会降低铁素体毛坯铸件的抗拉强度和屈服强度。综合考虑,确定wSi终=1.80%~2.00%。
  Mn可增加偏析倾向,推动基体中碳化物和珠光体的形成,对韧性不利,尤其对低温毛坯铸件的冲击吸收能量有严重的损害,此外Mn量高还增加毛坯铸件退火热处理的难度。因此需要限制Mn量,一般上限为Mn≤0.2%。
  二、毛坯铸件组织对冲击韧度的影响实际生产应用中,在碳含量相应的情况下,球化率和石墨球数对冲击性能影响显著。同时,圆整的石墨球可以改进毛坯铸件的冲击韧度,而石墨体积分数增加或石墨球数增多均可使脆性转变温度下降,并提升上限冲击吸收能量。因此,在实际生产中需要严格控制球化处理和孕育工艺,要控制原材料(生铁、废钢、回炉料等)中的微量元素含量,特别是要限制反球化及干扰元素的含量。图4显示毛坯铸件的基体组织对其冲击性能有明显的影响。由图4可知,随着珠光体体积分数的增加,冲击性能降低,因此要确定低温高韧性毛坯铸件为全铁素体基体。
  熔炼工艺的设计
  (1)球化及孕育处理1t球化包,球化温度控制在1450~1480℃,三明治冲入法处理,球化剂选用Lamet5841,粒度4~25mm,加入量为1.2%~1.4%。其上覆盖0.6%,粒度3~8mm。再覆盖部分除过油的铸铁屑,球化完毕,扒净熔渣。浇注温度控制在1360~1380℃,随流瞬时孕育采用粒度0.2~0.7mm随流孕育剂,加入量0.1%。
  (2)原材料的选用生铁选用高生铁,其化学成分为:wSi<0.4%、wMn<0.2%、wP<0.03%、wS<0.02%,其他元素总量(质量分数)不超过0.2%,其中包括球化干扰元素(Ti、As、V、Sb、Bi)和推动碳化物生成元素(Cr、W、Pb、Sn)。
  废钢为优良碳素废钢,主要是冲压的边角料压块。
  (3)铁液化学成分的选择。
  人家在铸造大型铸件的时候都会使用树脂砂,为什么这么选择呢?
  树脂砂是指以人工合成树脂作为砂粒的粘结剂的型砂或芯砂。用树脂砂制成铸型或型芯后,通过固(硬)化剂的作用,树脂发生不可逆的交联反应而固化,从而给予铸型或型芯以需要的强度,现代铸造生产中普遍使用树脂砂作型(芯)砂。以树脂为黏结剂的型(芯)砂主要有热法覆膜树脂砂、热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、呋喃树脂砂、呋喃树脂自硬砂等。树脂砂硬化后强度不错,特别适合于机器造型,能制出复杂、薄壁铸件。
  那么为什么我们选择树脂砂铸造工艺呢,因为树脂砂铸造在铸件和铸型中间起到阻挡隔离作用,达到防粘砂目的,还能防止高温液体金属氧化,使铸型和高温液体金属接触过程中不起化学反应,并且能吸收消化含氮、硫、碳等气体。从而全部解决:铸件粘沙、铸件砂眼、逐渐粗糙、逐渐气孔、铸件夹杂、裂纹、缺陷等等一系列问题。
  铸造模具材料的选择:
  一、对特别要求的模具,应制造应用具有专门性能的模具钢。
  二、选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定,做到在达到主要条件的前提下,选用廉的材料,以降低成本。
  三、生产批量:当冲压件的生产批量很大时,模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取、性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料,也要相应地提升。在批量不大时,应适当放宽对材料性能的要求,以降低成本。
  四、被冲压材料的性能、模具零件的使用条件当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时,冲模的凸、凹模应选取性好、的材料。拉深不锈钢时,可采用铝青铜凹模,因为它具有好的抗粘着性。而导柱导套则要求和好的韧性,故多采用低碳钢表面渗碳淬火。
  五、材料性能应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。
  六、采用微变形模具钢,以减少机加工费用。

制作毛坯铸件的影响因素与铸造模具材料的选择由光明机械编辑整理。

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