中船重工集团武船金属制造分厂 武汉理工大学材料科学与工程学院
（湖北武汉 "#$$%"） 丁泽宇 李红松 （湖北 "#$$&$） 范晓明
【摘要】 不锈钢铸件是铸钢中价值较高的产品，特别是异形不锈钢铸件，由于其结构形状异常，钢种 特殊，铸造工艺性差，铸造难度大，因而附加值更高。本文扼要介绍了三种不锈钢异形铸件的铸造工艺及生情 况，其成果对同类铸件的生产具有一定的借鉴作用。
近几年，不锈钢因其具有优异的力学和工艺性能，
加之其外观精美，强度高，质量轻，在石油、化工、机 械、造船、核电、军工、建筑和生活用品等领域获得了 广泛的应用。随着市场对材料性能要求的逐步提高，越 来越多的普通牌号铸钢件改用不锈钢材质制造。但是， 由于不锈钢材料的金属液体流动性差、体收缩大、浇注 温度高等特点，致使铸件容易产生冷隔、皱皮、缩孔、 缩松和热裂等铸造缺陷，特别是异形不锈钢件，如艉轴 架、泵体、导叶等，其铸造难度更大。若铸造工艺方案 不合理，易造成铸件废品，严重影响产品质量和企业的 经济效益。
本文拟结合多年生产普通异形铸钢件的经验，谈谈 几种典型的异形不锈钢铸件的铸造工艺。
一、不锈钢铸件铸造工艺设计原则的确定
长期的理论与生产实践证明，正确而有效地控制铸
件凝固是获得优质铸件的重要条件。不锈钢合金含量 高，根据其糊状凝固特性，一般采用顺序凝固原则。顺 序凝固方式可以加强冒口的补缩作用，获得组织致密的 铸件。但如果是壁厚均匀的薄壁不锈钢铸件，也可以采 用同时凝固原则。下面介绍的三种典型的异形不锈钢铸 件，其中既有厚壁且壁厚差异很大的铸件，也有壁厚较 均匀的薄壁铸件。因此，其工艺设计必须根据实际铸件 的结构和质量要求，确定相应的设计原则。对于顺序凝 固，工艺设计主要着重于考虑补缩通道的建立和补缩距 离长短；对于同时凝固方式，工艺设计则侧重于钢液充 型、预防变形和如何实现同时凝固。
二、三种典型异形不锈钢铸件的铸造工艺
&’ 不锈钢艉轴架铸造工艺 不锈钢艉轴架是某产品上的重要铸件，所以要求在
铸件指定部位进行无损检测，这种艉轴架材质新，质量 要求高且铸造难度大。
（$）不锈钢艉轴架结构分析 不锈钢艉轴架结构呈 人字形，!%&’(( ) ’*&(( 的圆筒与两脚板相连，脚板 壁厚 $& + ,&((。其铸件结构及工艺如图 $ 所示。
图 $ 艉轴架铸件结构及工艺示意
（-）质量要求 铸件无粘砂、毛刺、多肉、冷隔及
裂纹等缺陷，铸件的尺寸允许偏差、壁厚或肋厚的允许 偏差、直线度公差及错型值应符合 ./ ! 01%$% 中 20$* 级的规定。艉轴架铸件在指定部位需进行 3 射线或 ! 射 线探伤，不低于"级合格。
（*）艉轴架铸造工艺设计 #浇注位置的选择。根 据铸件的结构特点，为便于实现顺序凝固原则，选圆筒
铸造!"#$%&’
直立为浇注位置。!浇、冒口设计。在圆筒上放一个
!$%&’’(%)&’’圆环冒口，两脚板各放一个)&&’’(
*+&’’(,+&’’方冒口。采用$ 个内浇道，!$%’’管砖
从脚板进入，直浇道为!+&’’管砖。"冷铁。按铸件
结构特点，铸件热节部位在圆筒与脚板连接部位，因圆
筒较长，冒口补缩距离不够，所以采用外冷铁，在圆筒
下部热节部位放铸钢成形冷铁$ 块。#型砂、涂料。外
模造型选用-.
/
水玻璃自硬砂，芯砂采用水玻璃铬铁矿
砂，涂料为醇基锆英粉涂料。$工艺出品率。毛重
磁性刀架
/&)&01，浇重,%&&01，工艺出品率约为%+"23。
!&不锈钢导叶铸造工艺不锈钢导叶系某援外
项目水轮机上的重要铸件，毛
重为,$&&01，铸件结构呈扇形，轴与叶片相连，壁厚差
较大。设计要求铸件内部超声波探伤%级合格，铸件表
面进行磁粉探伤%级合格。不锈钢导叶整体结构属异形
厚壁铸件，整个导叶形状复杂，增加了铸造难度，使铸
造质量难以控制。导叶结构及铸造工艺如图/ 所示。
外冷铁的方法。轴与叶片交接处用铸钢成形冷铁$ 块，
轴端头用铸钢成形冷铁+ 块。#型砂涂料的选用。型砂
选用-.
/
水玻璃自硬砂，涂料选用醇基锆英粉涂料。
$ 工艺出品率。不锈钢导叶铸件毛重为,$&&01，浇
重
%$&&01，工艺出品率为)/"23。
’&不锈钢泵体铸造工艺不锈钢泵体的耐酸蚀
能力优于普通碳钢泵体，广泛
应用于石油、化工、造纸等行业，市场前景广阔。
（*）不锈钢泵体的结构分析泵体铸件壁厚*%’’
左右，为薄壁铸件，但局部壁厚差较大，形状复杂，整
体结构呈蜗牛形。由于壁厚不均匀，铸造过程中因应力
不同而导致铸件变形和产生裂纹。泵体结构及其铸造工
艺如图, 所示。
（/）质量要求泵体要求做水压试验，压力为
**567，并保持*&’89不得渗漏，表面粗糙度为(
7
:
/%’’。
图/ 导叶铸件结构及工艺示意
（*）不锈钢导叶结构分析导叶铸件总长为墨水生产
,)//’’、宽2++’’、厚/4&’’，结构呈扇形，圆轴与
叶片连接。
（/）质量要求导叶铸件机加工后要求超声波探伤
%级合格，磁粉探伤%级合格。
（,）导叶铸造工艺设计&浇注位置的确定。导叶
直流系统绝缘监测装置铸件呈扇形结构，为防止铸件产生变形，采取叶片垂直
卤素管取暖器放置，这样便于冒口补缩，避免铸件变形。叶片大面在
侧面，减少砂型因烘烤时间过长而产生掉砂和开裂，采
取平做立浇的工艺方法。!浇、冒口设计。导叶铸件热
节部位一个是轴，另一个是叶片部位。经计算，在轴热
节部位放长,)&’’、宽%&’’、高$%&’’的腰圆保温冒
口一个，叶片上放长)&&’’、宽$&&’’、高4&&’’的
腰圆保温冒口一个。浇口采用底注式，用两道!+&’’
管砖。"冷铁。由于导叶热节部位长，特别是叶片与轴
交接处和轴的端部，为保证铸件内部组织致密，采取加
图, 泵体结构及其铸造工艺
*"脚板/"进水口法兰,"浇注系统$" 圆钢冷铁
%"出水口法兰)"方形明冒口4" 成形冷铁
+" 直浇道2" 圆形暗冒口
（,）泵体铸造工艺设计&分型面的选择。针对泵
体铸件结构特点，选择泵体水平中心线为分型面，进水
口法兰向下，外模型板实样，上、下型板，芯盒整体实
样。!浇道设计。为保证钢液平稳充型，采用底注式浇
注系统，钢液从进水口法兰处引入。因不锈钢在浇注过
程中容易被氧化，形成氧化夹渣而停留在铸件表面，所
以采用管砖组成底注式浇注系统，保证了钢液在铸型内
平稳充型，减少了氧化夹杂的产生。"冒口设计。根据
泵体的结构特点，出水口法兰放长方形冒口一个，两脚
放长方形冒口两个，上法兰圆周放$个圆形保温冒口并
铸 造
!"#$%&’
南方生铁和北方生铁陶瓷添加剂
在灰铸铁件生产中的应用分析
韶关金宝铸造有限公司
（广东 "#$%%%） 肖 彬
我公司以生产高性能灰铸铁件为主，在使用生铁的
过程中，产生了由于生铁使用不合理导致的产品质量问 题。经仔细分析，并对南方生铁和北方生铁进行了大量 的试验，不仅解决了产品质量问题，提高了产品性能，
还节约了合金材料，增加了效益。
&’ 两种生铁化学成分对比 以 87( 铸造生铁为例，两种生铁化学成分的对比见 表 7。
表 & 两种生铁化学成分的对比 （质量分数）
（. ）
从表 7 可看出，两种生铁的五大元素除磷外相差不
大，但二者磷及合金元素相差很远，因而对灰铸铁各方 面的性能影响很大。
"’ 对收缩的影响
相比北方生铁，南方生铁中磷及合金元素含量很 高，磷在奥氏体中的溶解度很小，铸铁凝固时，磷基本
上都留在液相中。共晶凝固接近完成时，共晶团之间剩 余液相的成分接近三元共晶成分，该液相约在 ,**F 凝 固，此时钛、砷、钼、铅、铬和钒等都偏析于富磷的液 相中，使磷共晶的量增多。磷共晶液体在凝固长大的共 晶团周围呈糊状，使凝固收缩很难得到补充，铸件出现 缩松的倾向较大。
)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) 均匀分布。! 冷铁。泵体的形状复杂，并要求泵压试 验，为保证泵体质量，工艺设计时遵循同时凝固原则， 辅以局部顺序凝固原则，采用了冒口与冷铁相结合的方 法。冒口补缩不到的热节部位采用圆钢冷铁和成形冷 铁，泵体进水口法兰颈部热节处采用 !$%&& 圆
钢冷铁， 出水口法兰转向热节处采用成形冷铁。为提高铸件的表 面质量，冷铁均采用表面覆砂。"造型材料的选择。泵 体壁厚均匀，表面质量要求高，因此应使型砂具有良好 的排 气 能 力，原 砂 粒 度 选 用 %" ’’( ) %" (*&& （(% ! +% 三、应用效果
按照上述工艺进行了不锈钢艉轴架、导叶和泵体的
铸造生产，结果表明，铸件表面光洁、无粘砂、氧化皱 纹和冷隔等缺陷，铸件尺寸和形状符合图样要求。经 34、54 探伤检查，内外质量均满足设计要求。艉轴架 铸件的力学性能、化学成分、磁导率全部合格，在铸件 指定部位用 6 射线进行探伤，达到$ 级合格。生产不 锈钢导叶 $7 件和不锈钢泵体 ’%% 多件，铸件合格率达 到 7%%. ，产品质量获得了客户好评。
四、结语
生产实践表明，针对不锈钢产品的结构和质量要 求，遵循顺序凝固或同时凝固原则，合理选择浇注位 置，正确设计浇、冒口系统和设置冷铁，可以使异形不 锈钢铸件产品质量满足用户要求。上述三种不锈钢异形 铸件的生产方案技术可行、工艺可靠，对同类铸件的生 产具有一定的参考作用。
（’%%+7%7’）
目），二氧化硅含量 （质量分数） " ,-. ，含泥量 ’ %" *. 。细砂虽然对泵体的表面质量有利，但其砂
型不 利于钢液在充型过程中的排气，特别是对薄壁、易氧化 的铸件来说，排气良好、快速平稳地充型尤为重要。因 此选用微粗的原砂有利于泵体铸件成形，减少皱皮、冷 隔等，形成好的表面质量。外模型砂选用 /0’ 水玻璃 自硬砂，芯砂为酚醛树脂砂。#工艺出品率。泵体毛重 $+*12，浇重 (+*12，工艺出品率为 +-" ,. 。
锚杆测力计种类 / 9: 5; < 9 4: => /? <@ A B 5C /D 南方生铁 (" $% 7" *’ %" ** %" 7** %" %$* %" 7* %" %* %" 7% %" %7 %" %* %" %E %" %7 %" %, 北方生铁
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