杨群收用铁型覆砂生产HT250制动鼓for百铸网.docx
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杨群收用铁型覆砂生产HT250制动鼓for百铸网
用铁模覆砂工艺生产HT250制动鼓
中国铸造学会质量控制及检测技术委员会杨群收
铁模型覆砂铸造，就是在金属模型与粗成型金属铸型（常称作：
砂箱）内壁之间，覆上一层4~8㎜厚的覆膜砂，通常金属模型的加热温度为240~250℃，外面的金属砂箱的加热温度约为200℃，覆膜砂在如此一个温度场下固化，覆盖在金属砂箱内表面的覆膜砂成为硬壳的铸型，铁液注入覆有覆膜砂的金属砂箱当中，凝固后成为铸件的铸造工艺方式。
此工艺是基于金属型铸造和砂型铸造相结合基础上进展起来的，兼有二者的长处：
铁砂箱加速了铁液的凝固冷却，使铸件石墨细小、结晶组织致密、基体中珠光体体积分数增加；铸件尺寸精度高、加工余量小；铸件表面光洁度好；造型材料需要量少；废品率相对较低和铸件清理工作量小。
由于铸型强度高，几乎不存在铸型壁（向外）移动现象，所以石墨膨胀作用于铸型的推力，几乎不产生效应。
因此使铸件取得良好的自补缩，有利于减少或消除铸件产生缩孔、缩松等缺点。
与砂型铸造相较，采用铁模（型）覆砂铸造工艺生产出的铸件，组织更致密、综合物理性能取得改善，实现铸件小冒口或无冒口铸造。
该工艺的缺点是：
前期资金投入较多；适用于少品种、大量量铸件的生产。
作者简介：
杨群收（1950—），长期从事灰铁、球铁等多种汽车配件；油田钻井用高铬双金属缸套及高铬锤头等耐磨材料的技术工作。
现为中国铸造学会质量控制及检测技术委员会委员、河南铸锻协会专家组成员
制动鼓铁模覆砂造型工艺示用意:
一．铁模覆砂工艺设计中及操作中的注意事项
1．覆砂的厚度：
覆砂的厚度对铸件质量和生产本钱都很重要。
覆砂的厚度过厚，不但影响其激冷效果，也加大了生产本钱，另外由于发气量大，铸件易出现气孔缺点，且不易均匀热固化。
覆砂的厚度过薄，激烈过重，铸件的硬度高，不便精加工。
一般情形下，精加工面覆砂较厚，非加工面覆砂较薄；珠光体基体材质的铸件覆砂较薄，铁素体基体的铸件覆砂较厚；热节点覆砂较薄（可少至3~4㎜），非热节点覆砂较厚;距射砂口近处覆砂要厚，远离射砂孔处覆砂适当薄；铸件大而且形状复杂时，覆砂要厚，不然影响砂的流速，途中固化，致使铸型下部充砂不实。
覆砂厚度一般控制在5~8㎜。
2．若是铸件的高（深）度大，在下部要设“气塞”，避免起模时下部产生真空区不能进气，吸伤铸型。
3．在加热铁模及砂型时，要控制其加热温度及整体温度的均匀性。
4．在设计分型面时，尽可能的使上下型（砂箱）高度均匀，减少充砂路程，便于使覆膜砂充实铸型。
5．射砂和排气：
即在往砂箱和铁模型之间，形成的型腔中射充砂的同时，要使型腔中的气体顺利排出，不然将会产生覆砂不实或覆砂层不完整的现象。
如：
砂箱与铁模底版的接触面，砂箱上要开设排气道，排气道开设的大小，以只能充分排气而不能跑砂为准则（一般是用手锯开槽即可）。
6．砂箱设计：
砂箱壁厚激冷效果好，但铸件易硬度高，砂箱壁薄急冷效果差。
铁模型及砂箱的壁厚一般在12~25㎜。
铁/砂=1:
6~7（即铸件重量与其所消耗覆膜砂重量之比）。
二．制动鼓化学成份及物理性能的要求：
制动鼓属于HT250孕育铸铁，是汽车上的制动部件，质量要求严格。
有的企业对其物理性能要求严格，对其化学成份含量要求不严；有的用户不但对其物理性能要求严格，而且对其化学成份的含量要求也很严格。
下表为两个厂对HT250制动鼓化学成份、物理性能等的要求（表一、表二、表三为Z厂；表四、表五、表六为G厂）：
化学成份要求：
表一
牌号
化学成分%
HT250
C
Si
Mn
P
S
机械性能要求：
单铸试棒机械性能要求按表二
表二
牌号
抗拉强度（Mpa）
硬度（HB）
HT250
≥250
190-240
铸件本体取样，机械性能要求按表三
表三
牌号
抗拉强度（Mpa）
硬度（HB）
HT250
≥230
180-230
注：
本体试样在制动鼓柱面中部提取
金相组织按GB7216
基体：
片状珠光体，铁素体或碳化物（如有）≤5%
石墨：
A型细片状石墨均匀散布占80%以上，B型、D型、E型等散布≤20%，石墨片状长度不低于5级
化学成份要求按表四
表四
牌号
化学成分
HT250
C
Si
Mn
P
S
Cr
机械性能：
单铸试棒机械性能要求按表五
表五
牌号
抗拉强度（Mpa）
硬度（HB）
HT250
≥250
187/255
铸件本体取样，机械性能要求按表六
表六
牌号
抗拉强度（Mpa）
硬度（HB）
HT250
≥230
185/255
注：
本体试样在制动鼓柱面中部提取
金相组织按GB/T7216
基体：
片状珠光体，铁素体或碳化物≤5%
石墨：
A型石墨，石墨长度3-5级
三．化学成份的控制
1.碳（C）碳是铸铁的大体元素，碳在铸铁中的存在形式主要有两种：
一种是以游离状结晶碳石墨的形式存在，另一种是以化合状渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式，把铸铁分成许多类型。
在灰铸铁中碳主要以片状石墨形式存在。
含碳量高，有利于增进石墨化，分析出的石墨量大，其金相组织往往为铁素体基体和粗大的片状石墨，材料强度和硬度较低；若是含碳量控制适当，又取得合理化孕育，其金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度；若是含碳量低，又得不到合理化孕育，其金相组织为珠光体和细片状石墨，乃至是白口组织，其强度高、硬度高、不便于机械加工。
对于生产HT250制动鼓来讲，前者厂要求含碳（C）~％，比较好控制，通过孕育办法就可以够抵达其物理性能要求。
后者厂要求含碳（C）~％，那就需要进行低合金化处置才能达到其物理性能要求。
咱们在实际生产中，前者厂碳控制在~%；后者厂碳控制在~%。
2.硅（Si）硅能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，增进石墨的析出，因此是增进石墨化的元素。
若是以孕育的方式加入，其增进石墨化的效果加倍强烈，其石墨化作用为碳的1/3左右，故增加硅量会增加石墨的数量，但也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。
一般碳、硅含量低可取得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。
灰铸铁中C、Si都是增进石墨化的元素。
提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。
降低碳当量能够减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的办法。
可是降低碳当量会致使铸造性能降低、铸件断面敏感性增加，硬度上升加工困难等问题。
控制含硅（Si）量如表七所示：
表七
前者（Z）厂
炉前含量
—%
终硅含量
—%
后者（G）厂
炉前含量
—%
终硅含量
—%
3.锰（Mn）锰是阻碍石墨化元素，故提高含锰量会增加基体组织中的珠光体数量。
随锰含量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。
控制在—%
4.硫（S）硫在铸铁中通常被以为是有害元素。
硫稳固渗碳体，阻止石墨化。
硫化铁的熔点低、且质软而脆，能降低铸铁的强度，增进铸铁的收缩，并引发铸铁的过硬和裂纹形成。
用电炉熔炼铁液的进程，与用冲天炉熔炼铁液的进程是不相同的:
冲天炉从开始融化到铁液自炉中流出所经历的时刻很短，大约10min左右。
即便冲天炉的出铁水温度不太高，但在炉内熔化过热带的温度也在1700℃以上，而且铁水的氧化并非严峻，只会有利于粗大片状石墨的分解，使其溶于铁液，而且也不会减少自发晶核的量。
这是因为细小的铁液滴，滴落在妁热的（白亮色）焦炭上，从焦炭上吸收了碳和硫，反而增加了自发晶核的量。
另外，当炉中铁液通过冲天炉的“过桥”流出后，要在前炉缸中停留一段时刻，这段时刻对铁液的增核是有利的。
用电炉熔化就不同了，从开始熔化到出铁，需要约一个小时的时刻，不存在着增碳、增硫的现象，而且铁液过热温度高、过热时刻长、又有感应电流的搅拌摩擦作用，铁液中微细的晶态石墨即自发晶核和外来结晶核心，都会逐渐溶于铁液而消失；或浮经液面与集渣剂粘裹在一路被挑出炉外。
如此，使铁液在共晶结晶时，可作为外来晶核的物质大幅度减少。
例如，可作为外来晶核的SiO2，在温度很高，又有搅拌作用的条件下，就易于与铸铁中的碳，发生如下反映而消失：
SiO2+C2→Si+2CO↑
这种缺少晶核的铁液，在共晶结晶凝固进程中过冷偏向大,对孕育的回应能力很差，生产出的铸件硬度高，不易精加工。
硫在灰铸铁中还具有低合金化的特殊作用。
当含硫量小于﹪时，硫的一些有利作用就无法取得发挥。
在铸铁中存在有细小而分散的硫化夹杂物，能在石墨的生核和成长中起踊跃而有利的作用。
用感应电炉熔炼废钢加增碳剂的合成铸铁，其最终含硫量一般不会超过％的。
咱们为了提高铁液的含硫量，炉前化验后适量加入硫化亚铁，含硫量控制在—%。
5.磷（P）磷在铸铁中通常也被以为是有害元素。
P使铸铁的共晶点左移，其作用程度和硅相似，能溶于液态铸铁中，并降低碳在液态铸铁中的溶解度,有略微增进石墨化作用，故计算碳当量时应计入磷的含量。
当金属材料中磷的含量达到必然量时，在铸铁中就易形成磷共晶，含磷量越高磷共晶数量越多。
磷共晶的熔点低，在铸铁凝固进程中，较长时刻的维持液态，不断被共晶团排挤，最后被“驱逐”到共晶团边界，在那里凝固，因此磷共晶呈多角状（像做衣服剪下代尖的布头）散布在共晶团边界上，由于磷共晶尖锐角对金属基体具有必然的切割作用，所以降低了材质的强度，使铸件易发生脆裂缺点。
就制动鼓的生产来讲，咱们从利用的原材料源头注意，就是不要进高磷生铁、不要大量利用炮弹皮、柴油机缸套等高磷铸铁件作回炉料。
含磷量应控制在≤％。
6.铬（Cr）铬是反石墨化元素，共析转变时稳固珠光体。
在灰铸铁中含量有%，即可明显起到提高材质硬度和强度的作用。
咱们在对铬的含量和控制方式上，作了大量的工作，在含碳量要求＞%的铸铁里，其含量稍低，铸件的硬度和强度就低；其含量稍高出要求范围，铸件的硬度就高，精加工困难。
咱们在最后调料进程中采取办法，把铬含量控制在范围之内。
配料单（简单）
元素名称
C
Si
Mn
S
P
Cr
目标元素含量（％）
／
／
＜
／
配入元素含量（％）
材料名称
新生铁
废钢
回炉料
增碳剂
硅铁
高碳锰铁
高碳铬铁
硫化铁
配入了（％）
20
60
20
配料单（工艺文件）
材质：
HT2502012年05月25日编号：
名称
材料
元素名称
C
Si
Mn
S
P
Cr
成目标分
＜
配入成分
新生铁
20
.006.031
废钢
60
.018.03
.018.03
回炉料
20
增碳剂
75
浮硅孕育
72
高碳锰铁
8
60
硅粒（5~15㎜孕育剂）
72
硫化铁
.06440
高碳铬铁
8
55
（）
（）
（）
（）
说明：
1.炉前化验分析后调整成分含量。
2.炉前硅含量控制在~%.
3.硅粒孕育剂（结合炉前含硅量，可控制在~％），加在包底。
4.浮硅孕育的大块硅铁（2㎏），清净渣后放置在浇包嘴后侧。
5.随流孕育约80~100克，随流均匀，流速控制在浇注单件的全过程。
6.先烫包，出炉温度1510℃－10℃。
配料：
审核：
批准：
实验及生产进程中，化学成份对材质物理性的影响如表八、表九所示：
化学成份与物理性能表八
时间
及炉次
化学成分（％）
抗拉
硬度
（HB）
C
Si
Mn
P
S
248
218
232
246
204
212
-2
.0225
278
214
218
-3
228
222
223
262
226
218
312
306
229
234
该表是按照前者厂的制动鼓要求，在生产中为达到其物理性能的要求，咱们除用硅铁孕育外，还选用了含稀土的孕育剂进行了复合孕育。
制动鼓实验进程成份与性能统计表九
炉次
化学成分（％）
物理性能
C
Si
Mn
P
S
Cr
抗拉
（Mpa）
硬度
（HB）
目标
≥230
180~
250
一炉后
常规化验
240~247
239~252
二炉前
二炉后
246~252
236~250
三炉前
三炉后
292
237~250
四炉前
四炉后
271~279
212~229
五炉前
五炉后
230~240
注：
化验分析：
小数点后保留两位的是用上海产的贺利氏热分析仪（硅、碳）分析的结果或常规化验结果；保留位多的是用北京产的纳克牌光谱分析仪，规格／型号LAB－750;材料实验机用的是上海百诺实验仪器有限公司生产的，型号：
WAW－300KN。
化验分析及物理实验操作:
钟雪磊赵东利
该表是按照后者厂的制动鼓要求，含碳量≥％，含铬而进行生产的。
结束语：
在制动鼓的试制生产和批量生产进程中，咱们按照炉前化验结果，再调整最终各元素含量，严格控制各元素的含量及其平衡关系，并进行孕育处置。
河北工业大学的钱立教授说：
“有些厂的设备并非先进，可是现场管理弄得好，科学、严谨，照样也能够出好的产品”。
咱们厂不但理化查验设备先进、齐全，而且管理办法科学、严谨。
所以咱们生产出的制动鼓，物理性能等各项技术指标，完全符合客户的要求，产品质量好，产品供不该求。
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