[科普中国]-冷硬铸造

简介

在建材生产机械设备中，有不少铸铁零配件，由于直接接触物料并对物料进行破碎、搅拌或挤压，工作环境非常恶劣，受力情况也较复杂，所以在使用中很容易磨损，因而对其工作表面硬度和耐磨性能要求很高。否则就会造成频繁停机修理，使生产率下降，同时也增加了日常设备修理工作量和维修费用，对企业经济效益影响甚大。为此设计部门与同行厂家，都把如何提高此类零配件的硬度和耐磨性能作为一个重要课题。

在八十年代初，我厂曾试图以冷硬铸造工艺来解决这一难题。经过十多年的实践，先后研制出了挤泥机螺旋绞刀、对滚破碎机辊圈、搅拌机和泥刀、矿车轮圈等一系列冷硬铸件，在使用中收到了良好的效果，现作以简述，供同行参考1。

冷硬铸造的理论依据根据铁碳合金(Fe - Fe3C)状态图及冷却速度对其结晶过程的影响可知，在铸铁铸造中，冷却速度对铸铁的石墨化影响很大。冷却愈慢，愈有利于石墨化进行。铁水在正常冷却条件下获得灰口铸铁组织，碳大部以自由状态的片状石墨形式存在于铸铁中;铁水在快速冷却情况下，就会使铸件表层结晶细化获得白口铸铁组织，碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在于铸铁中。白口组织的机械强度和韧性虽不及灰口组织，但却具有很高的硬度和耐磨性(其硬度相当于800HBS10/3000)。取其这一特性，在冷硬铸造中，我们将铸型分为两部分:一部分是铸件要求耐磨的表面，采用金属型(通常为铸铁材料)，使铸件快速冷却而获得一定深度的白口铸铁组织;其余部分是不要求耐磨而要具有一定强度和韧性的部分，均采用砂型，使铸件缓慢冷却而获得灰口铸铁组织。这样复合结构的铸型，就能够制造出表硬内韧的铸件来。

冷硬铸件铸造工艺流程铸型预热~清模~放置砂芯~合箱~放置浇、冒口~浇注~冷凝一开箱脱模~清理一检验一入库2。

工艺说明及注意事项1.冷硬铸型在浇注前，必须预热，使型体温度上升到80-100℃。目的是为了避免在浇注时，高温铁水接触冷模，冷却过于急剧而喷出铁水烫伤操作人员，或造成铸件报废。甚者使冷模表面破坏，减少使用寿命。这一点在冬季尤为重要，务必注意。预热用木柴、煤炭或利用正在浇注中的废红铁块均可。

2.铸型砂芯必须事先作好，并经烘干再用，以确保铸件需加工部分缓慢冷却而获得灰口组织。

3.浇注时要注意浇注温度和速度的控制。浇注温度要在保证流动性不受影响的情况下，愈低愈好，一般在1230-1280℃为宜。浇注速度要缓慢而均匀，并保持铁水连续不断地注入。

4.开箱、脱模要适时。一般要等铸件完全凝固即可开箱。如果开箱过早，铸件因未完全凝固而报废。如开箱过晚不利于铸件表面冷硬，且使金属型体过热，也会影响下次浇注冷硬质量(在连续生产的情况下)。一般中间间隔要在半小时以上。还可采取强制冷却。

5.清理、检验工序很重要。因为冷硬铸件绝大部分不进行机械加工，故在清理时，除用银头敲掉浇注系统和毛刺外，还要用手提砂轮磨掉明显的凸出部分。检验方法，除用眼宏观检查外，对一些不再进行加工的配合孔(如绞刀孔)可用试棒一一试验，如有问题就要用手提砂轮进行修磨后，才能使用3。

冷硬铸造工艺应用效果通过十多年的生产实践证明，该工艺应用效果是良好的。此类零件冷硬表层的耐磨程度，一般都提高2-3倍，从而延长了使用寿命，减少了停机修理时间，提高了生产效率，降低了生产成本。以冷硬螺旋绞刀为例，因它的表面非常光滑而耐磨，新装绞刀根本不需要人工打磨，便能达到十分理想的使用效果。具体通过三种绞刀(砂模铸铁、钢板、冷硬铸铁)在50型制砖机上使用时，砖坯的起始产量、达到极限产量的时间、维持极限产量的班次和一付绞刀的总产量对比来说明，其优越性是显而易见的。

存在问题及解决办法冷硬铸件存在的缺陷，主要是强度和韧性较差，在非正常受力情况下，如在物料中碰到了铁块之类的硬物时，与钢质或灰口铸铁相比更容易损坏。我们在应用中摸索出一些克服的办法。也收到了较好的效果。

1.在铸铁熔化时，给配料中加入适量的废钢料，一般加15-20%为宜，可明显提高铸件的强度。

2.铸件进行低温退火处理。这样表面硬度稍有下降(不影响使用效果)。但强度却大有提高。

3.做人工或自然时效处理，虽然时间较长，但都能使铸件表面硬度基本不下降的情况下，消除内应力，提高强度。

4.在物料输送带上设置强力电磁吸盘，预先清除物料中的铁质杂物1。