摘要：文章對(duì)長(zhǎng)江三峽水利樞紐永久船閘—U型架產(chǎn)品的鑄造工藝進(jìn)行了探討，對(duì)ZG35CrMo的U型架鑄件的鑄造工藝進(jìn)行了闡述，并根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)條件、工藝方案的選擇、鑄后的熱處理進(jìn)行了闡述，希望可以為鑄鍛工業(yè)的技術(shù)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：三峽U型架；鑄造工藝；熱處理；永久船閘；鑄鍛工業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG249 文章編號(hào)：1009-2374（2016）06-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.021

1 生產(chǎn)U型架技術(shù)條件

1.1 化學(xué)成分及機(jī)械性能

U型架鑄件材料：ZG35 CrMo，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分（%）：含C量0.30～0.37，含Mn量0.50～0.80，含Si量0.30～0.50，含P量0.040以下，含S量0.040以下。機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度≥585MPa，屈服強(qiáng)度≥390MPa，延伸率%≥12%以上，斷面收縮率%≥20%以上，沖擊值≥23。U型架體：必須用統(tǒng)一均勻的合金鋼鑄件制成，要具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

1.2 要求的生產(chǎn)條件和方法

U型架需要進(jìn)行正回火火熱處理，以消除應(yīng)力，同時(shí)提供熱處理曲線，包括升溫曲線、冷卻溫度、時(shí)間進(jìn)度等。先噴砂或噴丸，后噴漆，以便除掉鑄型砂、氧化鐵皮和其他雜質(zhì)。粗加工后必須進(jìn)行消除應(yīng)力處理。鑄造和加工過(guò)程中，強(qiáng)烈要求嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 鑄件表面質(zhì)量要求

鑄件表面經(jīng)過(guò)熱處理后應(yīng)平整光潔，不允許有氣孔、裂紋、縮松、縮孔、黏砂等缺陷。冒口、飛邊、毛刺等應(yīng)清除干凈并打磨平整。鑄件不得有影響強(qiáng)度的缺陷。鑄件表面質(zhì)量要在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。

1.4 試料

U型架要帶本體試料，試料的機(jī)械性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，缺陷、檢驗(yàn)程序必須符合ASTM規(guī)定，鑄件表面質(zhì)量要求，鑄件表面經(jīng)過(guò)熱處理后應(yīng)平整光潔，不準(zhǔn)有裂紋、縮孔、黏砂等缺陷，鑄件不得有影響強(qiáng)度的缺陷。鑄件表面質(zhì)量要在技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

2 工藝方案的選擇

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求嚴(yán)的特點(diǎn)，結(jié)合沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的條件及工人操作的生產(chǎn)習(xí)慣，筆者選擇了砂型、手工、砂箱結(jié)合地坑實(shí)樣造型的鑄造方法。澆注位置：為了得到高質(zhì)量的鑄件和方便操作，筆者采用了大平面向上的澆注位置。此澆注位置便于排氣、便于操作下芯。

分型面：分型面的選擇是與澆注位置的選擇密切相關(guān)，確定了澆注位置之后，即可按澆注位置的選擇原則來(lái)選定分型面，此件筆者選了一個(gè)分型面，便于操作、檢驗(yàn)、易保證各部尺寸的準(zhǔn)確：木型采用實(shí)樣木型，中間組芯。

2.1 造型材料

為了達(dá)到尺寸準(zhǔn)確、表面光潔度的技術(shù)要求，特別是為了達(dá)到減少縮沉以提高內(nèi)部質(zhì)量，確保檢測(cè)的技術(shù)要求，筆者選用了石英樹(shù)脂自硬砂造型造芯，在熱節(jié)附近、冒口下及圓角處用鉻鐵礦樹(shù)脂砂，表面刷醇基鋯砂粉快干涂料。

2.2 工藝參數(shù)

2.2.1 縮尺：縮尺是為了保證鑄件冷卻由液態(tài)到固態(tài)后尺寸符合圖紙要求，而在制作木型時(shí)所加的適當(dāng)放尺?？s尺是根據(jù)鑄件的線收縮率來(lái)確定的，而鑄件的線收縮率又直接與鑄件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、收縮時(shí)的受阻情況、造型方案、造型用砂等有關(guān)。根據(jù)鋼渣鍋的具體情況，縮尺定為2.0%。

2.2.2 加工余量：加工余量是鑄件在機(jī)械加工時(shí)去掉的一層金屬的厚度。加工余量的大小取決于鑄件的最大尺寸、加工面間的距離、加工面與加工基準(zhǔn)面的距離、鑄件的尺寸精度以及澆注時(shí)加工面的位置。此件加工面很少，幾乎全是黑皮面，有加工面取加工量15mm。

2.2.3 拔模斜度：為了在造型時(shí)易于起模，而在模樣的立面上給出一定的斜度。此件四周組芯，上面實(shí)樣隨形帶出斜度，且斜度值超過(guò)應(yīng)給定的拔模斜度。所以，拔模斜度可以不必考慮。

2.2.4 分型負(fù)數(shù)：由于鑄型上、下型之間合箱后不嚴(yán)密，為防止跑火，合箱時(shí)要在分性面上放石棉繩。這樣一來(lái)，就增加了型腔的高度。為了保證鑄件尺寸符合要求，在模樣上必須減去相當(dāng)?shù)母叨?，此高度尺寸即為分型?fù)數(shù)。分型負(fù)數(shù)的大小，與鑄件的尺寸有關(guān)，即與分型面的大小有關(guān)，與使用的型砂性質(zhì)有關(guān)。分型負(fù)數(shù)定為4mm。

2.2.5 漲箱系數(shù)：鑄件在澆注時(shí)，由于鋼水壓力大，而型砂在受熱后變軟，分解，被高壓鋼水向后推，使鑄件漲箱，在考慮毛重時(shí)，應(yīng)將此數(shù)值加入。漲箱系數(shù)與鑄件高度，壁厚和所用的造型材料有關(guān)，此件砂箱結(jié)合地坑實(shí)樣造型，四周廢砂撞平，漲箱系數(shù)定為4%。

2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)直接影響著鑄件的質(zhì)量，很多鑄造缺陷，如包砂、夾雜物、澆不足、裂紋等缺陷，多與澆注系統(tǒng)不合理有關(guān)，所以鑄鋼件的澆注系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)合理。此件澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循了下列原則：

2.3.1 保證鋼水平穩(wěn)地進(jìn)入鑄件型腔，有合理的注入位置，保證鋼水的順序凝固。此件高700mm，為使鋼水平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型，筆者采用一層澆注系統(tǒng)，此澆注系統(tǒng)達(dá)到了注入位置合理，鋼水能平穩(wěn)地進(jìn)入鑄型且造成了趨向于冒口的溫度梯度，有利于鋼水的順序凝固，有利于鑄件的內(nèi)部質(zhì)量的提高。

2.3.2 澆口各部分截面尺寸恰當(dāng)，減少鋼水的消耗，并有恰當(dāng)?shù)纳仙俣?。?件毛重5.5噸，鋼水總重14.0噸；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.5噸。包孔直徑￠70mm×1，總截面積為3846.5mm2。直澆口1個(gè)￠100mm，總截面積為7850mm2。橫澆口1道￠80mm，總截面積也應(yīng)按5024mm2算。因?yàn)橹睗部诰鶆蜻M(jìn)入橫澆口同時(shí)向兩個(gè)方向流去，只能擴(kuò)大其面積。內(nèi)澆口3個(gè)￠65mm，總截面積為9950mm2。澆注系統(tǒng)的截面積之比為：包孔∶直澆口∶橫澆口∶內(nèi)澆口=1∶2.04∶2.04∶2.59。

鋼水在型腔中的上升速度計(jì)算如下：

t=Q/nq（秒）

式中：t為澆注時(shí)間（秒）；Q為鑄件重量（千克）；n為注孔數(shù)量（個(gè)）；q為鋼水的流量（千克/秒）。包孔直徑R（毫米）60時(shí)，q取90；R=70時(shí)，q取120；R=80時(shí)，q取150；R=100時(shí)，q取195。

則：

t1=Q/nq=5500/（120×1）=45.8秒

t2=Q/nq=5000/（120×1）=41.7秒

V=H/t

式中：V為鋼水在型腔中的上升速度（毫米/秒）；H為鑄件的高度（毫米）；

則：

V1=825/45.8=18.01（毫米/秒）

V2=825/41.7=19.78（毫米/秒）

此上升速度可滿足應(yīng)用樹(shù)脂砂生產(chǎn)大型厚壁鑄鋼件時(shí)鋼水在型腔內(nèi)上升速度的工藝要求。澆注時(shí)，待鋼水上升至冒口內(nèi)1/3高度時(shí)，在冒口內(nèi)加高效覆蓋劑。鋼水再由點(diǎn)冒口水口澆入一直澆完為止，澆注后加足夠量的高效覆蓋劑。

2.4 冒口

鋼水澆注時(shí)從液態(tài)狀態(tài)下經(jīng)過(guò)降溫直到凝固完的全過(guò)程中，要發(fā)生體收縮。在收縮過(guò)程中，需要適當(dāng)?shù)匿撍a(bǔ)縮，否則鑄件將產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口就是用來(lái)盛裝鋼水補(bǔ)縮鑄件而設(shè)置的。為了形成鑄件向著冒口的順序凝固，有時(shí)采用內(nèi)冷鐵和外冷鐵來(lái)控制。冒口高度設(shè)計(jì)以冒口內(nèi)的金屬液能保持較高的熱量和壓力為原則。U型架的冒口設(shè)置，遵循了下列原則：冒口設(shè)在鑄件最后凝固的部位，即鑄件的最高部位，以造成順序凝固的條件，冒口設(shè)在鑄件澆注位置的上部，便于設(shè)置并提高了補(bǔ)縮效果，冒口采用圓形和集中的大冒口，以提高其補(bǔ)縮效果。

3 鑄后處理

3.1 氣割與補(bǔ)焊

ZG35 Cr Mo材質(zhì)屬合金鋼，鑄造應(yīng)力較大，為了防止產(chǎn)生裂紋，切割冒口及補(bǔ)焊在工藝上，規(guī)定加熱后進(jìn)行，加熱溫度為250℃～300℃。本體切完冒口以后馬上進(jìn)到熱處理爐中進(jìn)行熱處理。小的局部缺陷可局部加熱補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后要進(jìn)行回火處理（溫度為590℃），以消除應(yīng)力。所用焊條為R307。

3.2 熱處理

根據(jù)技術(shù)要求，鑄件要進(jìn)行退火，正、回火處理，工藝曲線如下：對(duì)操作及夾具的要求：上爐前鑄件要清理干凈；鑄件要放平、墊實(shí)、加熱要均勻。墊鐵高度≥500mm火焰不能直射鑄件表面，均勻加熱；鑄件前后左右中間要壓4只熱電偶，保溫計(jì)時(shí)以偶到溫為準(zhǔn)；控制升溫、冷卻速度，做好操作記錄；未盡事宜，按《鑄鋼件鑄后熱處理規(guī)范》執(zhí)行。

圖1

3.3 鑄件缺陷及改進(jìn)

3.3.1 缺陷：裂紋缺陷：U型架在轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)裂紋。

處理：將裂紋鏟凈，修出焊接坡口，用R307焊條焊補(bǔ)后，再經(jīng)無(wú)損檢測(cè)。

3.3.2 工藝改進(jìn)：以前工藝：U型架毛重5.5噸，鋼水總重14.5噸。收得率37.9%。3#冒口實(shí)樣1∶10￠750mm高850mm1個(gè)；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.5噸。收得率37%。3#冒口實(shí)樣1∶10500×800mm高850mm1個(gè)。

改進(jìn)工藝：U型架其中4件U型架毛重5.5噸，鋼水總重14.0噸。收得率39.3%，提高1.4%。3#冒口保溫￠650mm高850mm的1個(gè)；另2件毛重5.0噸，鋼水總重13.0噸。收得率38.5%，提高1.5%。3#冒口保溫￠650mm高850mm1個(gè)。

4 生產(chǎn)結(jié)果評(píng)價(jià)

（1）通過(guò)生產(chǎn)長(zhǎng)江三峽水利樞紐永久船閘—U型架產(chǎn)品，主要是通過(guò)借鑒相似材質(zhì)的工藝參數(shù)及以前生產(chǎn)過(guò)U型架的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)選擇U型架的工藝方案，通過(guò)不斷的探索和實(shí)踐，驗(yàn)證了工藝，改進(jìn)了工藝，并在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上逐步完善了工藝，證明了這次工藝改進(jìn)是正確的、切實(shí)可行的；（2）對(duì)U型架鑄件進(jìn)行全面檢查，質(zhì)量完全達(dá)到ASTM標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求；（3）這一實(shí)踐不僅提高了沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司鑄件工藝改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)水平，而且成功地完成了U型架的生產(chǎn)，使質(zhì)量逐步提高，生產(chǎn)出的鑄件一次比一次好。生產(chǎn)U型架時(shí)，較理想地解決了鑄件出現(xiàn)的裂紋等缺陷，并提高了鑄件表面質(zhì)量，提高了成品率降低了成本，為沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司增加了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李魁盛.鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.

[2] 施延藻.鑄造實(shí)用手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：東北工學(xué)院出版社，1988.

作者簡(jiǎn)介：王重鑫（1983-），男，沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司工程師，研究方向：熱加工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）