高强度灰铸铁飞轮壳的无冒口铸造工艺 飞轮壳是发动机的一个重要基础件，对发动机起着 支撑和保护的作用。在使用过程中，飞轮壳开裂是发动 机的一种常见故障，导致该故障的因素较多，材质是其 中的一个重要原因。所以，主机厂对飞轮壳的材料性能 提出了更高的要求，从 HT250 提高到 HT300，甚至 HT350 牌号。为适应市场需求和竞争力，采用无冒口铸 造工艺，提高产品工艺出品率，降低铸造成本。 1 工艺分析 1.1 铸件简介 该铸件为国产重型柴油发动机上的飞轮壳，材质为 HT300，重约 85kg，结构比较复杂，壁厚差比较大， 薄的部位为 6mm，较厚的搭子和侧面厚大部位最大达 45mm。实际生产时，侧面螺孔都需要补放加工量，单 边 3.5 ～ 4.0mm，壁厚误差值达到 42.5mm，易产生 缩孔、疏松等铸造缺陷，在装机使用后，在缺陷部位出 现开裂现象。 1.2 无冒口工艺分析 铸件壁厚严重不均匀，图纸技术要求铸件表面无气 孔、砂眼，内部无缩孔、疏松等铸造缺陷，试棒的抗拉 强度不得低于 HT300 的国家标准。若采用传统的浇冒口 补缩的生产方法，需要补缩的部位较多且分散，造成工 艺出品率低，而且在厚大部位容易出现内部缩孔、疏松 等缺陷。 所以， 研究试验的方向考虑采用无冒口浇注工艺。 铸铁件无冒口并不意味着铸件不需要补缩，而是利 用铸件各部位不同时凝固的石墨化膨胀来抵消凝固收缩。 要满足高强度无冒口铸件的要求，应满足以下条件：( 1 ) 要有高刚度的铸型，铸型硬度达90 以上；( 2 ) 在保证铸 件力学性能合格的前提下，尽可能地提高碳当量，适当孕 育，最大限度地增大石墨，利用石墨膨胀的体积增加量， 达到自补缩的效果；( 3 ) 采用底注式多道扁平内浇道， 减少铸件温差，形成均匀的温度场，有利于提高铸件的自 补缩能力；( 4 ) 适当降低浇注温度，减少液态体积收缩。 根据以上的分析，结合了本公司的实际情况，采用 多触头高压造型即可满足高刚度的铸型条件，其他条件 可根据具体情况进行分析设计，分析得出无冒口高强度 灰铸铁飞轮壳铸造是可行的。多触头高压造型机如图 1 所示。实际生产验证，完全符合技术设计要求，铸型紧 实率能达到 92%。 图 1 多触头高压造型机 Fig.1 Multi contact high voltage molding machine 2 熔炼中化学成分的控制要点 2.1 化学成分的选择 铁液工艺性能的好坏与碳、硅成分的高低有很大的 张红梅 （江苏松林汽车零部件有限公司，江苏 泰兴 225400） 摘要： 摘要：采用中频电炉熔炼、合理控制铁液化学成分、复合孕育及增硫，以及采用多触头高压造型机和中 间底注式浇注的方式实现了HT300灰铸铁飞轮壳的无冒口铸造。批量生产的飞轮壳铸件，没有出现使用中开 裂的现象，铸件的合格率达到了92%。 关键词： 关键词：HT300；冒口；铸造工艺 中图分类号： 中图分类号：TG242 文献标识码： 文献标识码：B 文章编号： 文章编号：1673－3320（2020）02－0033－04 收稿日期：2019-10-16 修定日期：2020-01-21 作者简介：张红梅（1980-），女，中级工程师， 主要从事铸 造工艺、熔炼技术、新产品开发以及质量管理工作。34 2020 年第 2 期 工艺试验与应用 对应关系，选择较高的碳、硅含量，铁液的收缩倾向小， 工艺性好，容易获得合格的铸件。但是，在较高的碳、 硅含量条件下，很难获得高强度灰铸铁件。 ( 1 ) 碳 利用电炉熔炼过程中增加石墨晶核的铁液增碳技 术，并加入适量的 SiC，增加铁液的长效石墨晶核，减 少铁液氧化。 ( 2 ) 硫 增硫可防止石墨长成粗大片状，在灰铸铁中硫含量 过低是非常有害的。这是因为低硫的铁液中的碳原子更 容易往粗大的片状石墨上富集，使大量的石墨晶核无法 长成片状石墨，使凝固后期的铁液得不到有效的石墨化 而产生严重收缩。适量增硫，可以给石墨核心长成片状 石墨的机会， 达到使石墨细化数量增多， 分布均匀的目地。 但必须认识到一点，硫毕竟是阻碍石墨化的元素，硫含 量不能过高， 硫含量偏高会增加白口倾向。 在实际生产中， 灰铸铁硫量一般控制范围在 0.08% ～ 0.12% 之间。 (3) 硅 硅是促进石墨化的元素，随着铁液中硅含量的增加， 收缩倾向减少。利用硅固溶强化基体的作用，将原铁液 硅量控制在 1.7% ～ 1.9%，然后采用孕育的方式。孕 育是为了增加结晶核心的数量，使石墨细化，均匀分布， 少量的孕育就可以达到这个要求。在试验中，随流孕育 量控制在 0.2% ～ 0.4%，再实施浇注时的瞬时孕育 [1] 。 改善石墨形态和分布状况，增加共晶团，促进 A 型石墨 形成。由于本公司电炉至灰铸铁浇注区距离偏远，用电 动小车运输过去大概需 3min 左右，在孕育剂选用上考 虑采用含 Ba 的长效孕育剂并实施二次孕育，减少由于 出铁后铁液时间长而造成孕育衰退。Si- Ba 长效孕育剂 的化学成分及要求见表 1。 表 1 Si- Ba 长效孕育剂的化学成分（质量分数）及要求 Tab.1 Chemical composition and requirements of long-term inoculant Si(%) Ca(%) Ba(%) Fe(%) 粒度 /mm 加入量 (%) 孕育方式 70.0 ～ 74.1 适量 1.5 ～ 2.5 余量 3～8 0.2 ～ 0.4 出铁液时 70.0 ～ 74.1 适量 1.5 ～ 2.5 余量 0.2 ～ 0.7 0.10 ～ 0.15 浇注时 (4) 锰 锰一直被认为是合金化元素之一，锰含量高会与铁 液中的 S 形成 MnS， 消耗了铁液中的 S 量， S 被消耗后， 石墨会变得平顺，长度变长，会使力学性能下降。但也 不是锰含量越低越好，锰含量太低，会使铁液氧化倾向 增大，流动性变差，收缩倾向增加。在生产中，锰含量 控制在 0.7% ～ 1.0% 之间。 2.2 合金化 [2] ( 1 ) 铬合金化 铬加入量增加，灰铸铁性能会一直提高，但铬加入 量过多，白口倾向增大，出现碳化物。在实际生产中， 铬含量控制在 0.12% ～ 0.20%，不能超过 0.20%。 ( 2 ) 铜合金化 铜加入量越多，灰铸铁的强度性能不仅不会提高， 甚至会有降低的可能。在实际生产中，铜含量控制在 0.3% ～ 0.6%， 为了控制铸造成本， 生产时控制在 0.4% 左右。 3 浇注系统 从工艺角度出发，将铸件重要面和厚大部位放在下 箱，大止口朝上，中间圆结构简单，采用自带的方式， 铸件浇注系统示意图如图 2 所示。 图 2 铸件浇注系统示意图 Fig.2 Schematic diagram of casting pouring system2020 年第 2 期 工艺试验与应用 35 采用中间小止口进铁液的底注式多道内浇道的进铁 液方式，这样可避免由于过分集中引入铁液而造成铸件 局部产生新的接触热节及物理热节 [3] 。采用扁、薄、短 的内浇道既能通过补缩铁液，又能在一定时间内凝固， 确保铸型内建立封闭的凝固正压力。 浇注方式采用快速浇注，减少铸件温差，使铸件早 期进入均衡凝固状态。 4 实际生产 熔炼用的原材料为优质碳素钢、铸造用的 Z18 生铁 以及回炉料。废钢采用优质船用钢板裁剪后的边角料， 无锈蚀，无油污。生铁采用 Z18 铸造用生铁。回炉料的 浇冒口经抛丸清理，表面无粘砂。 采用半自动化生产线，手摇式人工吊包进行试验和 批量生产。两台 1t 中频感应电炉熔炼铁液，炉前采用 QLE-C 型快速分析仪检测碳、硅的含量，用快速热电 偶测温枪检测出铁液温度。原铁液经 1 520℃过热静置 后出炉，出炉温度为 1 480 ～ 1 500℃。采用随流孕育 和浇注时瞬时孕育相结合的复合孕育方式。 用 30t 液压万能试验机检测抗拉强度，用布氏硬度 计检测硬度，用 19 通道光谱分析仪、碳硫分析仪以及 滴定的方法检测五大元素。 5 铸件的化学成分及力学性能 根据单铸试棒要求加工试棒来测定铸件的抗拉强 度。单铸试棒要求需与铸件同炉浇注，必要时可用从铸 件上切下的试块加工成试棒来测定铸件材质的性能。根 据客户要求，本试验采用的是直接从铸件取件。铸件的 最终化学成分见表 2，铸件的力学性能及硬度的检测结 果见表 3。 表 2 铸件的最终化学成分 ( 质量分数，%） Tab.2 Final chemical composition of casting (mass fraction, %) C Si Mn P S Cu Cr 试棒 1 3.22 1.85 0.85 0.041 0.085 0.38 0.18 试棒 2 3.27 1.8 0.92 0.04 0.078 0.41 0.2 试棒 3 3.21 1.95 0.96 0.042 0.085 0.4 0.18 试棒 4 3.24 1.83 0.84 0.041 0.079 0.43 0.21 试棒 5 3.2 1.86 0.89 0.042 0.089 0.39 0.19 试棒 6 3.25 1.82 0.94 0.042 0.091 0.37 0.19 表 3 铸件的力学性能及硬度检测结果 Tab.3 Mechanical properties and hardness test results of castings 本体样 ( 壁厚 20 ～ 40mm) 本体抗拉强度 /MPa 本体硬度 (HBS) 试棒 1 275 215 试棒 2 265 204 试棒 3 278 218 试棒 4 281 225 试棒 5 280 220 试棒 6 279 217 6 结论 ( 1 ) 采用较高碳当量、通过复合孕育和低合金化的 方法能生产出符合技术要求的铸件，铸件的工艺出品率 达到 92%。 (2) 采用底注式分散多浇道，可以实现无冒口 铸造。 ( 3 ) 高强度无冒口灰铸铁件飞轮壳试验成功，并得 到批量生产。36 2020 年第 2 期 工艺试验与应用 参考文献 [1] 连炜 , 陈金标 , 袁东洲，等 . 高强度易切削灰铸铁的熔制 [J]. 2018(10): 2220-2224. [2] 陈军 , 王运明 , 邢继伦 .HT300 高强度 K15 缸体材料的试制 [J]. 中国铸造装备与技术 , 2013(04): 24-27. [3] 金仲信 . 铸铁件的无冒口技术要点 [J]. 机械个人 ( 热加工 ), 2002(11): 63-65. Riser-free Casting Technology for Fly Housing of High-strength Gray IronZHANG Hongmei (Jiangsu Songlin Auto Parts Co., Ltd., Taixing 225400, Jiangsu China) Abstract: Riser-free casting of fly housing made of HT300 gray iron has been achieved through smelting in a medium- frequency induction furnace, reasonable control of chemical composition, composite inoculation, and increase in manganese content, as well as by using multicontact high-pressure moulding machine and an intermediate bottom pouring procedure .The lot-produced fly housing castings have no crack, with percent of pass being as high as 92%. Key words: HT300 gray iron; Riser; Casting process （编辑：青松，zzgc@foundry.com.cn；编审：娅楠，yuanyajuan@foundry.com.cn） 《环保装备制造业（固废处理装备）规范条件》发布 为加快引导环保装备制造业高质量发展，促进行业 技术创新， 提升绿色发展水平， 工业和信息化部制定了 《环 保装备制造业 （固废处理装备） 规范条件》 （以下简称 《条 件》）。 《条件》适用于已建成投产的固废处理装备制造 企业，是鼓励行业技术进步和规范发展的引导性文件， 不具有行政审批的前置性和强制性。其中的固废处理 装备是指能够减少固体废物危害性、充分合理利用固 体废物和无害化处置固体废物的装备（不包括危险废 物处理装备）。 《条件》要求企业具备技术研发、产品设计、生产 制造、安装调试等相关资质和能力。生产工艺、设备符 合国家产业政策要求，不生产国家明令淘汰的产品，不 使用国家明令淘汰的设备、材料和生产工艺。 在技术创新能力方面，企业需具有独立研发和创新 能力，建有技术中心、工程研究中心等研发机构，或与 大学、科研院所在技术研发方面形成稳定的合作机制； 近三年用于固废处理领域的年研发投入费用占企业销售 额比例均不低于 3% 或不低于 500 万元；企业近三年获 得固废处理领域的授权发明专利 1 项以上或实用新型专 利（包括软件著作权）5 项以上。 工艺技术和产品方面，要求企业具备产品制造所需 的生产加工和检测设备 , 具备对产品性能、可靠性等进 行准确检测的能力 , 具备检验外协和外购产品质量的条 件和制度；采用生产效率高、能耗水耗低、环保排放达 标的先进工艺，鼓励采用具有自主知识产权的大型先进 生产设备。 企业根据本《条件》自愿申请规范公告。申请企业 须编制《环保装备制造业（固废处理装备）规范条件申 请书》。省级工业和信息化主管部门负责本地区环保装 备制造业（固废处理装备）规范管理工作。负责接收本 地区相关企业规范条件的申请和初审，按规范条件要求 对申报企业进行核实，提出推荐意见，连同企业申请材 料报工业和信息化部。工业和信息化部组织专家对企业 申请材料进行复核，必要时组织现场审查。对符合规范 条件的企业名单进行公示，无异议的予以公告。
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