高鉻鑄鐵的流動性和充型能力與灰鑄鐵接近,因此灰鑄鐵的大部分澆口設(shè)計原則在設(shè)計高鉻鑄鐵澆注系統(tǒng)時可以借鑒。
高鉻鑄鐵一般推薦采用半封閉澆注系統(tǒng)。半封閉澆注系統(tǒng)澆口截面積大,扼流段在內(nèi)澆口。澆注過程中,鐵水可以充滿澆注系統(tǒng),充型相對穩(wěn)定,對模具的侵蝕力小。由于橫澆道內(nèi)鐵水流速較慢,具有一定的擋渣能力。澆注系統(tǒng)各部分的橫截面積可根據(jù)以下比例選擇:
內(nèi)閘門的總面積小于直閘門的截面積,小于橫閘門的總面積。
1: (1.1 ~ 1.2): (1.3 ~ 1.5)(中小鑄件)
1: 1.2: 1.4(大中型厚壁零件)
有些厚壁鑄件需要在近液相線的低溫下澆注,有些遠共晶成分的高鉻鑄鐵件凝固溫度范圍較寬,呈糊狀,鐵水較早停止流動。這兩種鑄件應(yīng)采用閉式澆注系統(tǒng),以更高的流量和更短的澆注時間填充模具。系統(tǒng)各部分的橫截面積可根據(jù)以下比例選擇:
內(nèi)澆口的總面積小于橫澆口和直澆口的總面積。
1: (1.2~1.25) : (1.4~1.5)
澆注系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)可能會限制或阻礙鑄件的收縮,尤其是在橫截面厚度較大的橫澆口上分布有多個內(nèi)澆口的澆注系統(tǒng)?;蛘呦拗畦T件的收縮可能導(dǎo)致鑄件的內(nèi)應(yīng)力、變形甚至斷裂。高鉻鑄鐵澆注系統(tǒng)引起的鑄造變形和開裂缺陷比鑄鋼的同類情況更為常見,值得人們關(guān)注。為了避免這種情況,可以使用具有少量脹縮能力的緩沖型流道,流道和內(nèi)流道的截面積要適當(dāng)控制,使鑄件在固態(tài)收縮時,流道可以相應(yīng)收縮或斷開。
(1)內(nèi)門。內(nèi)澆口分布在鑄造型腔周圍,引導(dǎo)鐵水進入型腔,控制鐵水進入型腔的位置、速度和流向。它的主要功能是:保證鐵水充滿結(jié)晶器;空腔內(nèi)流動平穩(wěn)有序,避免飛濺和氧化;匹配轉(zhuǎn)輪停止除渣;調(diào)整鑄件凝固過程中各部位的溫度分布,形成順序凝固或均衡凝固狀態(tài),配合補縮系統(tǒng)發(fā)揮補縮作用。
高鉻鑄鐵內(nèi)澆口的設(shè)計原則如下:
1)壁薄(如壁厚小于15mm)且壁厚均勻的鑄件(如平板鑄件)應(yīng)促進鑄件均衡凝固,提高工藝成品率。這類鑄件應(yīng)配有許多內(nèi)澆口,均勻分布在薄壁周圍,以避免熱量過度集中和局部收縮。內(nèi)澆口的厚度可在鑄件附近(距鑄件8~10mm)適當(dāng)增加,使內(nèi)澆口起到補縮作用,避免與鑄件連接處產(chǎn)生縮孔。對于壁厚不均勻的薄鑄件,如果在厚壁處放置冒口,應(yīng)在冒口附近打開內(nèi)澆道,促使鑄件依次凝固。2)對于中等厚度(如50 ~ 80毫米厚)但壁厚均勻的鑄件,應(yīng)在冒口附近打開內(nèi)澆口或通過冒口進入鑄件,在鑄件內(nèi)部形成溫度梯度。適當(dāng)降低鐵水流量,增加澆注時間,鑄件溫度梯度要陡,有利于提高冒口的補縮效率。
3)內(nèi)澆口的尺寸和布局應(yīng)參照高鉻鑄鐵的成分確定。原則上應(yīng)引起順序凝固的溫度分布;近共晶鑄件的澆口尺寸應(yīng)小于遠共晶鑄件。
4)內(nèi)澆口不應(yīng)放在耐磨面上。正因為如此,內(nèi)澆口與鑄件連接部位的溫度會較高,耐磨表面的顯微組織會比較粗糙,影響鑄件的耐磨能力。
表9-4列出了高鉻鑄鐵鑄件內(nèi)澆口總截面積的經(jīng)驗數(shù)據(jù),在生產(chǎn)中使用了很長時間,取得了很好的效果。
(2)橫澆道。澆道的主要功能是將從主流道注入的鐵水輸送到內(nèi)主流道,并通過內(nèi)主流道將其引入鑄件。在運輸過程中,它具有撇渣和控制鐵水流量的功能。
水平分模時,流道一般放置在箱體上部。橫截面設(shè)計為窄而高的梯形。它可以和內(nèi)澆道放在同一個盒子里,也可以把內(nèi)澆道放在下盒子里,它們在分型面連接。在同一個箱體內(nèi),流道的高度應(yīng)是內(nèi)流道的3~5倍,以防止鐵水流經(jīng)內(nèi)流道時,由于吸力作用,被流道堵塞的熔渣流入鑄件。澆道的截面積應(yīng)根據(jù)上述澆注系統(tǒng)的截面積比來選擇。
(3)直道。主流道連接主流道杯和流道。主流道應(yīng)有足夠的高度,使鐵水在一定壓頭下進入流道和內(nèi)流道,保證鐵水的完美充型,迫使鐵水中可能存在的氣體排出。澆口的截面積也應(yīng)根據(jù)上述澆注系統(tǒng)各部分的截面積比來選擇。
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