铸钢件粘冷铁机理浅析及防止措施

铸钢件粘冷铁机理浅析及防止措施

马文治，张旭鹏，苏志东，杨磊，闫新飞

（宁夏共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

摘要：影响铸钢件表面粘冷铁的因素很多，文章从我公司实际情况出发，对铸钢件的粘冷铁机理作了简单分析，并针对其影响因子，提出了防止铸钢件粘冷铁的控制措施。

关键词：铸钢件粘冷铁机理铸造工艺

Mechanism and Preventing Measures of Chill Adhering to Steel Casting Ma Wenzhi, Zhang Xupeng, Su Zhidong,Yang Lei,Yan Xinfei

(Kocel Steel Foundry Co.,Ltd.,Yinchuan 750021, Ningxia)

Abstract：There are many factors for chill adhering to steel castings. Combined with the actual situation, this paper gives a brief analyze of the mechanism of chill adhering to steel castings, and proposes

some preventing measures for the factors of chill adhering to steel castings.

Keywords：steel castings chill adherence mechanism casting process

1 引言

随着生产的发展，铸钢件冷铁技术在铸造工艺中的地位显得越来越重要，尤其是对铸钢件产量大、产品形状较复杂、产品种类较多的厂家。经过钢液浇注后，铸件表面容易粘冷铁，轻则导致表面粗糙，重则冷铁与铸件熔为一体，大大增加铸件清理工作量，生产效率低下。据统计，平均每100 kg铸钢件需使用冷铁5 kg，那么每年生产2000t铸钢件的厂家，需要冷铁100 t，仅冷铁制造费用就达20万元左右[1]。针对上述问题，本文从我公司实际情况出发，对铸钢件粘冷铁机理进行了浅析，并提出相应的解决措施，达到降低消耗、节约成本的目的。

2 冷铁的作用

铸造工艺中，由于铸钢件的结构复杂，各个部分壁厚不均，壁厚厚的部位冷却得慢，壁厚薄的部位冷却得快，造成同一个铸件各个部位冷却速度不均。在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁，分为内冷铁和外冷铁两大类，其作用是增加铸件局部的冷却速度。冷铁的作用可总结如下6点[2]：

1）与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。

2）增加铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。

3）减小冒口尺寸，提高工艺出品率。

4）在铸件难以设置冒口的部位，放置以防止缩孔，缩松。

5）在局部使用冷铁，控制铸件的顺序凝固，增加冒口的补缩距离。

6）消局部热应力，防止裂纹。

3 铸件粘冷铁机理

外冷铁被铸件熔接的原理：假设贴冷铁部位

的铸件体积为

v，与这一部位邻接的铸件体积为

r v ，且0v v r >，为了获得致密的铸件，0v 的凝

固时间至少应与r v 的凝固时间相等。这就要求体积差（重量差)引起的热量差)()(0U L v v r +-ρ应由所设置的冷铁完全吸收，才能保证两者的凝固时间相同或相近。根据铸件凝固过程的热平衡原理，当冷铁可吸收的热量不能满足钢液凝固所释放出的热量时，冷铁将与铸件熔接。

4 铸件粘冷铁影响因子研究

影响铸钢件表面粘冷铁的因素很多，统计分析我公司在大型铸钢件浇注中的粘冷铁现象，归纳出两项影响因子：第一，冷铁重量偏低，无法吸收钢液凝固释放的热量；第二，冷铁经过多次使用，表层氧化严重，热导率大大降低，比热增加，热传导能力降低，致使冷铁温度升高，与铸件熔接。 4.1 冷铁重量偏低

在铸钢件易粘冷铁处选用规格为φ100x100mm 和φ100x150mm 的两种冷铁，分别放置在同一铸件上下两半相同的位置进行试验。结果形成如图1所示的效果，放置规格为φ100x150mm 冷铁的铸件上半没有粘冷铁，而放置规格为φ100x100mm 冷铁的铸件下半大量粘冷铁。由此得出结论，校核钢液凝固释放的热量，计算所需冷铁重量，选择规格合适的冷铁，对于防止铸钢件表面粘冷铁有很好的效果。

所需冷铁的重量，可根据热平衡的条件进行计算[3]

，

图1 冷铁重量对铸钢件粘冷铁的影响

由于

因此

假设钢液浇注到砂型后的温度(即与冷铁接触时的温度)为1550℃以及凝固结束时冷铁的温度为600℃，则

式中，0v —设置冷铁部位的铸件体积(dm 3)；

r v —与设置冷铁部位相邻的铸件体积(dm 3 )；

L —凝固潜热(kJ/Kg)；

U —过热度所含的热给（kJ/kg)； t 冷—凝固结束时冷铁的温度(℃)； c —比热容(kJ/Kg ℃)； G 冷—所需冷铁的重量(kg)。 4.2 冷铁表面氧化

为节省生产成本，我公司造型工厂的冷铁均为多次重复使用。但是使用过的冷铁，经过一次高温后，使用面会产生一层氧化层。随着氧化层的增加，冷铁热导率大大降低、比热增加，而铸件散热缓慢，冷铁温度升高，导致冷铁易与铸钢

件熔接在一起，形成铸件粘冷铁。

造型工厂使用新旧冷铁做试验进行对比：选择同一个模型分别使用新旧冷铁进行浇注，在其他条件都相同的条件下，得到如图2所示的试验结果，使用了新冷铁的铸件没有粘冷铁，而使用了回收的旧冷铁的铸件粘了冷铁。

图2 回收旧冷铁（左）和新冷铁（右）效果对比

由此可得出解决冷铁重复使用过程中使用

面氧化问题的办法。通过截面金相法[4]，可见如

图3所示的循环使用的冷铁使用面的氧化层厚

度。用显微镜测量，冷铁使用面的氧化层厚度在

0.5～1mm之间，如表1。

由此得出，使用过的冷铁需要重复使用的，

只需使用面加工掉1mm，就可完成氧化层去除，

在校核重量安全的条件下，即可重复使用并有效

避免铸件粘冷铁。

图3 循环使用的冷铁表面氧化

表1 显微镜下冷铁表面氧化层厚度

试样1 试样2 试样3 试样4 试样5 试样6 试样7 试样8 试样9 试样10 最大值0.73 0.657 0.299 0.956 0.886 0.82 0.654 0.822 0.286 0.982

最小值0.4 0.455 0.216 0.722 0.977 0.56 0.471 0.687 0.182 0.846

平均值0.565 0.556 0.257 0.839 0.932 0.69 0.562 0.754 0.234

0.914