球墨铸铁液压件发热冒口的研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.02.002 北京钢铁学院学报 J.Beijing Univ,of Iron Steel Technol. Vo1,9No,21987 球墨铸铁液压件发热冒口的研究 熊仲明 寇凤和· 文道俊 李迪君 杭跃祥 (铸工教研室) (北京液压件三厂) 陆之华 张力冰 张乃蕴 (北京机电研究院铸造研究所) 摘 娶 耐高压的液压件采用球墨铸铁（简称“球铁”）材质是一项先进技术，但是球 铁的补缩困难，特别是对薄壁、复杂的液压件，热节处易产生缩松而导致铸件的 渗漏，这是采用球铁生产液压件的关键问题。我们采用发热冒口解快球铁液压件 的补缩问题。研究结果表明：发热冒口套热损失率比普通砂型冒口降低53%，等 效模数约为几何模数（砂型冒口的模数）的两倍。节约冒口金属的50~30%，解决 了皆通砂型冒口解决不了的球铁液压件的补缩问题。 关键词：发热图口，球铁，液压件，发热套 An Investigation on Exothermic Riser for Pressure- Resisting Casting of Spheroidal Graphite Cast Iron Xiong Zhongmin Lu Zhihua Li Dijun Abstract Using spheroidal graphite cast iron to produce the casting which resistance to high-presure is an advanced technique.It is a key problem of producing spheroidal graphite that feeding is difficult,especially 1986一07一30收稿 8

北 京 钢 铁 学 院 学 报 ， 球墨铸铁液压件发热 冒口 的研究 护七 熊仲明 寇凤和 铸 工教研室 气 斗 二芳 了子乏 又 划乏 义 李迪君 杭跃 祥 北京 液压件三厂 陆之华 张力冰 张乃 蕴 北京机电研究院铸 造研究所 摘 要 耐高压 的液压件采用球墨铸铁 简 称 “ 球 铁 ’ ， 材质是 一项先进技术 。 但是球 铁 的补缩 困难 ， 特别 是对薄壁 复杂 的液压件 ， 热节处易产生缩松而导致铸件 的 渗漏 ， 这是 采用球铁生产液压件的关键问题 。 我们 采 用发热冒 口 解决球铁 液压件 的补缩 问题 。 研究结果表明 发热 冒 口 套热损失率 比普通砂型 冒 口 降低 拓 ， 等 效模数 约 为几何模数 砂型 冒口 的模 数 的两倍 。 节约 冒口 金属 的 。 拓 ， 解决 了晋通砂型冒 口 解决不 了 的球铁 液压件的 补缩 问题 。 关 键词 发热 冒 口 ， 球铁 ， 液压 件 ， 发热套 护舜 一 夕 路夕 云 一 犷 ， 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．02．002

producing thin and complicated presure-resisting casting causing sisper- sed shrinkage at hot spot,which result in the leakage of fluid infiltrates. To solve the problem,the exothermic riser for compensating volume contraction of spheroidal graphite cast iron can be used.The results show that the rate of heat dissipation through the exothermic riser decreases by about 53%as compared with sand head.the modulus of exthermic riser is twice as much as the geometric modulus,50-80%of riser metal can be saved.The exthermic riser can solve the feeding problem above mentioned but the sand riser can't do so. Key words:exothermic riser,spheroidal graphite cast iron, presure-resisting casting,exothermic sleeve 引 言 我国目前生产的铸铁液压件，多采用高牌号灰口铸铁和蠕墨铸铁，但北京液压件 三厂从西德引进的液压件生产技术中，泵壳、调节器壳体等耐高压件却是采用球铁材 质。球铁体收缩大，象液压件这一类复杂薄壁铸件，热节处难保不产生缩松，发生渗 漏，这对液压件是一种致命的缺陷。西德工艺中采用一种直径仅40mm的发热冒口进 行补缩，效果很好，无疑这是一种很先进的工艺。发热冒口在西德是一项专利，液压件 三厂没有购置。为此我们研制了发热冒口，它的补缩效果达到西德2010337号专利水平， 而用料又能节省25%，经济效益显著。 1发热冒口材料及其热物理性能 1.1发热置口材料 根据铁种、浇注温度、铸件被补缩部分热节的火小来确定发热材料的点火时间、最 高发热温度以及发热量等热物理性能。发热材料的主要组成物有：发热材料、供氧材 料、骨干材料等。用水玻璃作为粘结剂，将发热材料粘结成发热冒口套。 1.2发热冒口材料的热物理性能测定方法 在浇注条件下测定发热冒口材料的热物理性能是困难的。我们采用以电加热模拟铁 水温度(1200℃)测量通过发热冒口热损失率的方法来判定发热冒口材料发出热量的大 小，测量发热冒口材料的点火时间和最高发热温度。用测试发热冒口材料的热损失率的 装置(1)测出炉子电功率Po随时间变化曲线，通过被测材料的热损失率q损表示为： q损=Po/S,kJ/scm2 式中：Po一炉子的电功率，kW,S一试样的散热面积，cm2 得出的q损随时间变化的曲线称为发热冒口材料的热特性曲线。 在给定时间t,通过试样单位面积的热损失量Q损=q损t,kJ/cm2,其中t单位为s。 的

少丫 一 ， ， ， 一 ， ， ， 一 ， 引 言 我 国 目前生 产 的铸铁液 压 件 ， 多采 用 高牌号灰 口铸 铁 和蠕墨铸铁 ， 但 北 京 液 压 件 三厂从西德引进 的液压 件生 产 技术 中 ， 泵 壳 、 调 节 器壳体等耐 高压 件却 是采 用 球 铁 材 质 。 球铁体收缩大 ， 象液压 件这一 类 复杂薄壁铸 件 ， 热节 处难保 不产生 缩 松 ， 发 生 渗 漏 ， 这对液压 件是 一种致 命的缺陷 。 西 德工艺 中采 用 一种直 径 仅 的 发 热 冒 口 进 行补缩 ， 效果很好 ， 无疑 这 是一种很 先进 的工艺 。 发 热 冒 口 在西德是一项专利 ， 液压 件 三厂没 有购置 。 为此我们研 制 了发 热 冒 口 ， 它 的补缩效果达 到 西德 号 专利水平 ， 而 用料 又 能节省 ， 经济效益显著 。 止 了 了 发热冒 口 材料及其热 物理性 能 才 气 发 热 冒 口 材料 根据铁 种 、 浇注温 度 、 铸 件被 补缩 部分热节 的 大小来确定发热材料 的点火时 间 、 最 高发 热 温 度 以及发 热量 等 热物理 性能 。 发 热材料 的主要组成物 有 发 热材 料 、 供 氧 材 料 、 骨千材料等 。 用 水 玻璃 作为沐占结剂 ， 将发 热材料 粘 结成发 热 冒 口 套 。 发热 冒 口 材 料 的 热物 理性能 测定方 法 在浇 注 条件下测 定发 热 冒 口材料 的热物理 性能 是 困难 的 。 我 们采用 以 电加 热模 拟铁 水 温 度 ℃ 测 量通过 发 热 冒 口 热 损失率 的方法 来判 定发 热 冒 口 材料发 出热量 的大 小 ， 测量发 热 冒 口 材料 的点火 时 间和最 高发 热温度 。 用 测试发热 冒 口材料 的 热损失率 的 装置〔 〕测 出炉子 电功率 。 随时 间变化 曲线 ， 通过被测材料的热损失率 损表示为 损 。 ， · “ 式 中 。 － 炉子 的 电功率 ， － 试 样 的散 热面积 ， 得 出的 损随时 间变化 的 曲线 称为 发 热 冒 口材 料 的 热特性 曲线 。 在给 定 时 间 ， 通过试样单位面积 的热损失量 损 损 · ， 。 “ ， 其 中 单位 为

用同一装置测试发热冒口材料的点火时间和最高发热温度。 1.3发热冒口材料的热物理性能测试结果 为对比发热冒口材料的热物理性能，用普通冒口、西德发热冒口和研制的发热冒口 进行对照，测试结果如表1；发热冒口材料热特性曲线和温度曲线如图1和图2所示。 表1发热冒口热物理性能 Table 1.Thermal physical properties of exothermic riser Mark of Mark of Bulk Ignition The highest The rate of Kind of riser exthermic·specimen density,time, temp.after heat dissipation, meterial 8/cm8 min(1) buring,℃ kJ/cm2(2) Ordinary riser PQ-M 027 1.48 14,6 Exothermie riser made SQ-M 85-2A 1.63 <0.5 1455~1430 91 in GFR Exothermic JQ-M1 85-3A 1.83 0.51.5 ·1500-1600 6.6 riser made JQ-M: 85-5A 1.72 0.51.5 15001600 8.9 by us JQ-Ms 81-32 1.48 <1 1500~1630 注：(1)从试样（中50X50m)放入炉中，到发热目口材料开始点燃，在温度一时间曲线上有明显的拐点处的时 间称为点火时同。 (2)热损失率是试样放入单向炉后，21m内通过1cm表面积所撒失的热量， 16 16.8 027 -85-2A 14 ,85-3A 12.6 -85-5A (0013) 12 8.4 10 1-SQ-M 4,2 2-3Q-iM1 6 3-JQ-12 0246810121416182022 4 Time,min 024681012 Time,min 图1发热冒口材料热特性曲线 图2发热冒口材料的温度曲线 F1g,1 Thermal.characteristics of Fig.2 Relation between time and exothermnic mixture, teinperature of exothermic mixture 图1表示发热冒口材料的热损失率随时问变化趋势。起始阶段，曲线出现第一次上 升表示材料一开始是吸热的。当发热材料被点燃后，燃烧放热，热损失率减小，曲线陡 降，此时试样的热面温度高于模拟铁水温度(1200℃)，发热材料向铁水（实验中为炉 休)传热，充分发挥液态铁水的补缩作用。发热材料燃烧散热完后，热损失率又开始增 加，表现为曲线回升。从图1和表1可见，研制的85一3A发热冒口套放出的热量最大， 在21min内热损失最小。砂型冒口热损失最大，因为它不燃烧，没有热放出。 10

用 同一装置测 试发 热 冒 口材料 的点火 时 间和最高发 热温度 。 发 热冒 口 材 料的热物 理性能 测试结果 一 、 为对 比发 热 冒 口材料 的热物理 性能 ， 用普通 冒 口 、 西德发 热冒 口和研制的发 热冒 口 进行对 照 ， 测 试结果 如表 发 热 冒 口材料 热 特性 曲线 和温 度 曲线 如图 和 图 所示 。 表 发 热 冒 口 热 物 一 理 性 能 ， 五值 沙 父 」 、 ，。 ， 」。 ， ， ， ，。 、 ， ” ， ℃ ， “ 一 。 一 峨 一 一 一 。 一 ‘ 一 ， 一 。 ‘ 。 一 。 。 二 一 一 。 ， 一 一 〕 注 从试样 中 二 放入炉 中 ， 到 发热冒 口 材料开始点燃 ， 在温度一时间 曲线上有明显的拐点处的时 间称为点火时间 热损失率是试样放入单向炉后 ， 。 ， 内通过 表面 积所散失 的热量 丫吧一 。 日 一 几 · ‘ ” ’ 交工丫 叫 引引川 吞 。 几扮 君已左 ， ‘ 叫呼 …… 口 二 曰 白 、 、 “ 一 一 弓 · ’ 人 ‘ ， … ‘ ，一， …… ’ 李 · 、 一 石 · ， 比执乡 卜以踌日 时。号吕考 一 一 弓 ， 。 一 ， 图 发热冒口 材料热特性曲线 一 ， 飞 一 一 ， 图 发热冒 口材料的温度曲线 二 “ 、 图 表 示发 热 冒 口材 料 的热 损失率随时 间 变化趋势 。 起始阶段 ， 曲线 出现 第一 次上 升表 示材 料 一 开始 是吸 热 的 。 当发 热材 料被 点燃后 ， 燃烧放热 ， 热损失率 减小 ， 曲线 陡 降 ， 此时 试 样的热而 温 度 高于模 拟铁水温度 ℃ ‘ ， 发 热材料 向铁水 实验 中为炉 体 传 热 ， 充分发 挥液 态铁水 的补缩作 用 。 发 热材料 燃烧散热完后 ， 热损失率又 开 始增 加 ， 表现 为 曲线 回升 。 从 图 和表 可 见 ， 研 制 的 一 发 热冒 口 套放 出的热量最 大 ， 在 内热 损 失 最 小 。 砂 型 冒 口 热 损失 最 大 ， 因 为它 不燃 烧 ， 没 有热放 出

从表1和图2可看出，西德的发热材料（图2中曲线1，表1中SQ一M)点火时 间最短，不到半分钟。所制的发热冒口材料（曲线2，表1中JQ一M:)的最高温度达 1510℃，高于西德冒口。由此可见，本发热材料的热物理性能与西德冒口材斜相当。 如和砂型冒口相比，则发热材料的热损失率仅为砂型材料的45~63%，故发热冒口的保 温性能比砂型冒口好的多。 2发热冒口模拟实验结果 2.1模拟浇注亲件 模拟铸件热节尺寸中60×80，冒口尺寸中40×65。铁水是在10kg中频感应电炉中熔 炼，用稀土合金作为球化剂，用硅铁孕育。 2.2模拟实验结果 模拟实验结果见表2。模拟试样的纵剖面如图3所示。从表2可看出，铁水浇入铸 型后，普通砂型冒口的温度与发热冒口相等或稍高，但它冷却最快，疑固时间（从浇注 至冷却到1080℃的时间2))最短，只有5005。因此，补缩效果差，从图8可看出，缩 孔伸人到模拟试样中30mm,缩孔形状是倒锥形，并有二次缩孔。而发热冒口套由于发 热作用，延缓了铁水温度下降，凝固时间比普通砂型冒口长，为7205。因此，补缩效果 比普通湿砂型冒口好，缩孔形状由倒锥形变为盆形，二次缩孔从模拟试样中提到冒口 中，，冒口致密段高为30mm。值得注意的是，发热冒口然烧后温度有回升，比铁水进入 冒口时的温度高。其原因是发热冒口套然烧供给冒口中铁水的热量大于铁水散出去的热 量，而普通砂型冒口却没有温度回升现象。另外，发热冒口内铁水是水平下降的，缩孔 形状为倒盆形，其冒口致密段高55mm,冒口纵剖面完全致密。 表2模拟试验结果 Table2 Results of model experiment Mark of Kind of riser Pouring Temp.of liquid Temp.rise Freezing Height of Shape of pecimen temP, netal in the in the rise timne dense p:rt on shrinkage ℃ riser,C ℃ ℃ the riser,m cavity Top down 5-3 Odinery 1380 126) 500 一30 conical -+twice riser shrink:ge cavity Basin shape 5-5 Exothermnic 1380 1269 700 39 -twice sbrinkage riser cavity Top down Exthermic 6-3 1370 1219 20 720 55 besin,dense riser section 11

从表 和 图 可看 出 ， 西德 的发 热材料 图 中曲线 ， 表 中 一 点 火 时 间最短 ， 不 到半分钟 。 研制 的发热冒 口材料 曲线 ， 表 中 一 ， 的最高温 度达 ℃ ， 高于西德 冒 口 。 由此可见 ， 本发 热材料 的热物理性能与西德 冒 口 材 料 相 当 。 如和砂型 冒 口 相 比 ， 则 发 热材料 的热损失率仅 为砂型材料的 ， 故发 热 冒 口 的保 温性能 比砂 型 冒 口好 的多 。 发热 冒 自 模拟实验结果 ，了 模拟浇注条件 模拟铸件热节尺寸 小 欠 ， 冒 口尺寸小 。 铁水 是在 中频 感应 电炉 中 熔 炼 ， 肘稀土合金 作为球 化剂 ， 用 硅 铁孕 育 。 ‘ 摸拟实验结果 模拟实验结果见表 。 模拟试 样的纵剖 面 如图 所示 。 从表 可 看 出 ， 铁水浇 入铸 型后 ， 普通砂 型 冒 口 的温度与发 热 冒 口 相等 或稍 高 ， 但它 冷却最快 ， 疑 固时 间 从 浇注 至 冷却到 ℃ 的时 间〔 〕 最短 ， 只 有 。 因 此 ， 补缩 效果差 ， 从 图 可 看 出 ， 缩 孔 伸人到模拟试 样中 ， 缩孔 形 状呈 倒锥 形 ， 并有二次缩 孔 。 而发 热 冒 口 套由于 发 热作用 ， 延 缓 了铁水 温 度下降 ， 凝 固时 间比普通砂 型 冒 口长 ， 为 。 因此 ， 补缩 效果 比普通湿 砂型 冒 口好 ， 缩孔 形状 由倒锥形 变为盆 形 ， 二 次缩孔从模拟试 样中 提 到 冒 口 中 ， ， 冒 口 致密段高为 。 值 得注意 的是 ， 发 热 冒 口燃烧后 温 度 有回升 ， 比铁水进 入 冒 口时的温度 高 。 其 原因是发 热 冒 口 套燃烧供给 冒 口 中铁水 的热量 大于铁水散 出去 的热 量 ， 而普通 砂 型 冒 口 却没 有温度 回升现 象 。 另外 ， 发 热 冒 口 内铁水 是水 平下降 的 ， 缩 孔 形状 为倒盆 形 ， 其 冒 口 致密段 高 ， 冒 口 纵剖 面完 奈 致密 。 表 模 拟 试 验 结 果 川 。 工 ， 仃孟 之 ℃ ， ℃ 乙 几 ℃ ， 下一川 份飞 吕 一 ， 一 一 ￡ 色 了 日 己

3棋拟试样的纵剖面 5一8：普通湿砂型官口，5一5：发热冒口6一3：发热臂口 Fig.3 Cross section of specimens 3发热冒口在球铁液压件上的应用效果 在现场实浇了三种铸件，使用发热冒口套66个，解剖铸件14件。 3.1发热冒口应用在球铁液压件上的工艺 北京液压件三厂原采用普通砂型冒口，其冒口的体积是西德发热冒口体积的3~5 倍，特别是调节器壳体，即使冒口尺寸增大为西德发热冒口体积的5倍，也不能得到致 密的铸件，因此我们把它作为典型件来研究。 铁水在1.5t的中频感应电炉中熔炼，用冲入稀土镁合金进行球化，然后用75%硅铁 孕育，浇注温度为1360~1380℃。 发热冒口是在造型时安放在模样上，紧实砂型时被埋入铸型中，砂型硬度为70~ 90。在生产条件下测定发热冒口效果的方法是： (1)测定冒口银部中心部位的铁水凝固时间2)，用来判断冒口的补缩效果。 (2)解剖发热臂I补缩的铸件，或补缩部分的热节，观察热节处金属组织的 致密情况。 3.2发热冒口应用的效果 对上述的三种铸件进行了实验和生产验证，测定冒口冷却曲线24条。并对普通冒口 与西德发热胃口及实验的发热日！凝固时间进行了比较，实验结果见表3；铸件解剖照 片见图4。 研制的发热骨口与普通骨口比较结果 (1)从表3可看出发热冒口的凝固时间比普通冒口长，9一1一2和9一1一3号冒口 12

图 潇莫拟试样的纵剖面 一 一 普通湿 砂型冒日 ， 一 发热冒口 ， 巴 ， 一 发热冒 口 发热 冒 口 在球铁液压 件上 的应 用 效果 在现 场实 浇 了三种铸 件 ， 使用 发 热 冒 口套 个 ， 解剖 铸 件 件 。 发 热 冒 口 应用在 球铁液压 件 上 的 工 艺 北京液压 件三厂原采用普通砂 型 冒 日 ， 其 冒 口 的体积 是西德 发 热 冒 口体积 的 倍 ， 特别 是 调节 器 壳体 ， 即 使 冒 口尺寸 增大为西德发 热 冒 口体积 的 倍 ， 也 不 能得到 致 密 的铸 件 ， 因此我 们把它 作为 典 型 件来研究 。 铁水 在 的 中频 感应 电炉 中熔炼 ， 用 冲 入稀 土镁合金进行球 化 ， 然后 用 硅铁 孕 育 ， 浇 注 温 度 为 一 。 发 热 冒 口 套 是 在造型 时安 放 在模 样上 ， 紧实砂 型 时被埋 入铸 型 中 ， 砂 型 硬度 为 。 在生 产条 件下测 定发 热 冒 「效果 的方法 是 测 定 冒 日 根部 中心 部位的铁水 凝 固时 间〔 “ 〕 ， 用 来判 断 冒 口 的补缩 效果 。 解剖发 热 胃 一 补缩 的铸 件 ， 或 补缩 部分 的热节 ， 观察 热节处 金属组 织 的 致密 情况 。 发 热 冒 口 应用 的 效 果 对 上述 的三种铸 件进行 了实 验 和生 产验 证 ， 测 定 冒 口冷却 曲线 条 。 并对普通 冒 口 与西德发 热 胃 」及 实验 的发 热 冒 「凝 固时 间进行 了比较 ， 实验结果见表 铸 件解剖 照 片见 图 。 研 制 的发 热 冒 「’寸普通 冒 口 比 较结果 从 表 可看 出发 热 冒 口 的凝 固时 间比 普通 冒 口长 ， 一 一 和 一 一 号 冒 口