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球墨铸铁缩陷成因分析改进措施及凝固过程

日期：2025-12-07 02:54点击：次
一、球墨铸铁件缩陷成因分析及改进措施 球墨铸铁件凝固时，如果金属液在型腔中形成封闭固体外壳，而壳内处于真空状态，高温下外壳强度不足、承载能力差时，就会在大气压力作用

一、球墨铸铁件缩陷成因分析及改进措施

球墨铸铁件凝固时，如果金属液在型腔中形成封闭固体外壳，而壳内处于真空状态，高温下外壳强度不足、承载能力差时，就会在大气压力作用下使外壳塌陷而形成缩陷。根据该缺陷多发生在球墨铸铁件厚实部位可以看出，由于这种部位壁厚较大，凝固速度较其它部位缓慢，因而该部位容易成为其它部位的补缩源:其它先凝固部位凝固收缩时会从该部位吸取铁液作为补缩源，而该部位然后凝固收缩时，其它部位早已凝固结束，因而无法得到外来铁液补缩而较容易产生缩孔、缩松。缩孔、缩松得不到补缩，就会形成负压，比内部凝固略早，但尚未完全凝固结束的外壳在大气压力作用下就会被压瘪而形成瘪坑缺陷。
在冒口根部及内浇道附近为铁液然后凝固区域，铁液在后期凝固时补缩不及时，或是补缩通道不畅都会造成缩孔等缺陷;此外，球墨铸铁件顶面的冒口属于冷冒口(铁液不是经由冒口进入球墨铸铁件，而是先进入型腔，温度降低后才进入冒口，冒口的作用实际上是收集从型腔流出的冷铁淤，冒口尺寸又小，冷速较快，而由于进入冒口的铁液经由冒口颈，使冒口颈处于过热，此处铁液然后凝固，因而冒口颈部位也较容易产生缩孔、缩松。
根据模拟结果及实际生产情况，进行工艺改进，将冒口高度由120 mm增加到150 mm，增大冒口的铁液压力，并且在球墨铸铁件厚大部位然后凝固区域增加与浇注系统相连接的侧冒口(铁液先进入冒口，加热冒口后再进入型腔，因而属于热冒口)，并使补缩通道尺寸足够大。
二、减速机壳铸件在凝固过程
减速机壳铸件在凝固过程中的共晶石墨析出会产生膨胀力，又因为糊状凝固特性导致减速机壳铸件在凝固初期难以形成坚硬外壳，此时凝固产生的膨胀压力便会作用于铸型，当铸型强度不够好时，会产生胀型，使减速机壳铸件收缩增大，当铸型强度比较好时，膨胀压力作用于减速机壳铸件本身实现自补缩，收缩量减小，因此减速机壳铸件的冒口设计不同于铸钢件，需要综合考虑铸型强度、减速机壳铸件结构等多种复杂因素;并且目前减速机壳铸件结构越来越复杂，减速机壳铸件热节分析比较困难，冒口的位置难以确定，因此设计复杂减速机壳铸件的冒口比较困难。
目前应用于减速机壳铸件的冒口设计方法主要有收缩模数法、实用冒口法和通用冒口法。基于几何的冒口优化方法。虽然能对冒口大小设计进行优化，但没有考虑合金材质，对减速机壳铸件不一定适用。
收缩模数法设计冒口的原理是均衡凝固技术，将减速机壳铸件作为一个整体，由于每个部分的凝固速度都不一样，发生收缩和体积膨胀的时间也不相同，通过将所有单元在同一个时刻的收缩和体积膨胀叠加，可以得到整个减速机壳铸件体积随时间的变化规律，将收缩和膨胀动态叠加和为零时，对应的时间为收缩时间，该时间对应的模数称为减速机壳铸件收缩模数，在此时间之后，收缩和膨胀动态叠加和大于零，因此，冒口设计充分利用自补缩效果，仅提供收缩时间之前的液态收缩量。减速机壳铸件整个凝固过程中体积随温度变化可以分为液态收缩、体积膨胀、二次收缩三个部分。在铸型强度比较好时，冒口颈如果在体积膨胀阶段凝固，减速机壳铸件便可以利用自身的体积膨胀来抵消后期的二次收缩，充分利用石墨析出产生的膨胀压力，从而实现自补缩效果，而在铸型强度比较差时，需要冒口释放一定的膨胀压力，冒口颈凝固稍晚。模数法计算冒口时只考虑减速机壳铸件模数，这种方法可以应用于铸钢件、铸铁件等，但这种方法没有考虑减速机壳铸件的自补缩作用，对于铸型强度条件好的减速机壳铸件，采用这种方法设计的冒口偏大，会造成材料浪费，导致工艺出品率低。为此，本文提出了一种考虑铸型强度的减速机壳铸件冒口计算方法，并应用于实际减速机壳铸件的冒口设计。
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