铁铸件

铁铸造的物件

铁铸件泛指用铁铸造的物件．是最常用的金属。

工艺及应用

对数控机床球铁立柱件的结构及铸造关键工艺进行综合分析，针对其壁厚不均，厚大部位外部和中心部位的凝固次序差异大，易产生缩松、缩孔和内在质量要求高等一系列问题，采用半封闭的底注式系统，并增加冷铁、溢流等工艺措施，有效地防止了铸件缩孔、缩松等缺陷的产生。生产出合格的球铁铸件，为生产高质量机床球铁铸件产品积累了丰富经验。

铸件结构分析和技术要求

数控机床部分零件，其最大轮廓尺寸为2296mm×1598。5mm×672mm，导轨共3条，壁厚较厚，平均壁厚 35mm，最厚处达78mm，材质为球墨铸铁QT600-3，化学成分及力学性能要求。

铸件的质量要求很高，不仅要求力学性能，而且对铸造缺陷和外观质量都有严格规定。铸件需要超声波探伤和磁粉探伤，不允许焊补铸造缺陷；导轨表面的平面度、直线度与平行度在5mm以内；铸件尺寸公差必须符合标准ISO 8062-CT11等级；铸件最大毛坯重量3266kg；浇注后，铸件必须在砂型中保留直至铸件温度低于280℃，并且在铸件冷却直至室温前，不允许对铸件进行任何处理。

铸造工艺难度分析

1、铸件结构设计为A形结构，两端均有地脚，地脚处为了把螺栓紧固，外皮尺寸较厚，易产生缩松、浇不足的可能。

2、铸件材质为球墨铸铁，球铁的凝固方式为糊状凝固，共晶凝固时间长，厚大部位外部和中心部位的凝固次序差异大，工艺设计上的解决办法是并行放置冷铁，可以调节厚大热节处的凝固速度和铸件的温度梯度，对铸件的补缩有一定作用。

3、通过铸件结构、材质等，工艺采用半封闭的底注式浇注系统，由于铸件壁厚不均，导轨尺寸较长，故设计了明冷铁和溢流相结合的补缩系统，确保铸件关键部位不存在缩孔、缩松等缺陷。在铸件冷却直至室温前，不允许对铸件进行任何处理。

浇注位置和分型面确定

经过研究分析，考虑铸件的使用要求和技术要求，并结合实际生产情况，铸件遵循顺序凝固的原则，选用平浇方法，上下两箱造型方法，立柱的导轨面是关键表面，不允许有砂眼、气孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷，而且要求组织致密、均匀，以保证硬度值在规定的范围内。尽管导轨面比较肥厚，对于球墨铸铁件而言，立柱的最佳浇注位置是导轨面朝下，分型面选择在较大平面上。

工艺参数的选择

1、铸造收缩率：其受很多因素的影响，如合金的成分及种类、铸件冷却、收缩时受到的阻力大小、冷却条件的差异等，因此，十分准确地算出铸造收缩率是很困难的。通过对大量生产的铸件进行多次划线，测定铸件各部分的实际收缩率，反复验证和总结数据，最终选择铸件收缩率为 1%。

2、机械加工余量：铸件为保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，影响其因素有：铸造材质种类、铸造工艺方法、生产批量、设备及工装的水平等，由于铸件立柱轮廓尺寸较大，尺寸要求比较严格，铸件尺寸公差符合标准ISO 8062-CT11等级的规定，导轨关键面加工余量10mm，其余各尺寸加工量采用ISO 8062-CT11等级尺寸公差。

3、分型负数：选择2mm，均放在下箱，其余未注间隙为2mm，未注拔模斜0/+2mm，内腔筋板斜稍单侧-2/+3mm，导轨两端端面相应增加工艺补正量+3 mm。

变色原因分析

某些球铁铸件产品加工后，发现冒口下方变色。对其进行金相检验、力学性能测试、化学成分分析等，以确定球铁铸件变色原因。结果表明：球铁铸件冒口下方发生变色，主要有球化不良、絮状石墨和石墨球聚集、成串分布的形态；球化不良、絮状石墨主要是由球化元素少或已被消耗、石墨球数量少等造成，而石墨球聚集、成串分布是由碳当量偏高造成的石墨漂浮现象。

金相检验

观察铸件冒口下方变色部位，发现变色部位有灰墨色斑点。从变色部位取样，使用图像分析仪对变色部位进行检测拍照，发现有球化不良及少量絮状石墨。从变色部位取样，经金相检验显示该处石墨呈絮状。

力学性能测试

对铸件表面抛磨后，使用便携式金相显微镜进行检验，发现有因球化不良、絮状石墨造成的变色件。对两个变色报废件及其附铸试块取样进行力学性能测试，可见变色件的力学性能偏低，尤其是断后伸长率明显下降，而附铸试块没有变色，力学性能合格。

石墨聚集、成串分布的变色件，在保证产品尺寸加工余量内往下加工，之后进行金相检验，变色现象均有好转而没有废件，因此没有钻取试件进行力学性能测试。

化学成分分析

从1号变色报废件球化不良、絮状石墨变色部位钻取试件，进行化学成分分析并与附铸试件的化学成分进行比较试件的主要元素成分，其他元素如硫、磷、钛等也进行了成分分析，因变色试件与附铸试件的差异较小，变色部位球化元素镁含量明显低于附铸试件的镁含量，说明变色部位球化元素镁消耗较大。

附铸试件

对以上加工面呈现球化不良、絮状石墨和石墨聚集、成串分布的冒口，分别测试主要化学成分、附铸试件力学性能和显微组织中的石墨数量，并将其与某段时间所有铸件的平均值进行对比。

化学成分分析

对各类石墨形态附铸铸块的主要化学成分对比，由结果可见，球化不良附铸试块的主要成分与平均值差异不大，硅碳含量比稍低于平均值，球化聚集件的碳、硅含量偏高，硅碳含量比较高，碳当量比平均值高。

力学性能测试和石墨数量测定