高铬铸铁磨辊铸造工艺设计

　　近年来，我公司不断接到磨辊类铸件的生产订单，用户要求质量较高，具有一定生产难度。磨辊一般都用于矿石加工，因其工作介质的特殊性，硬度要求很高，此外其壁厚均较大，给补缩带来一定困难，因此，制订合理的铸造工艺，选择合适的化学成分，是生产出质量合格磨辊铸件的关键。

　　该铸件最大直径1900mm，壁厚150mm，高度500mm，材质为高铬耐磨铸铁。技术要求铸件表面不得有裂纹、缩孔等铸造缺陷，硬度＞60HRC。

　　1. 材质成分选择

　　化学成分设计的主要思路：要保证铸件达到足够的硬度要求，并且也要具备一定韧性抵御开裂倾向，同时还要有较好的铸造工艺性能。

　　（1）碳、铬含量的选择 C、Cr元素在材质成分选择中是最重要的，它们是决定铸件硬度是否达标的关键因素。碳的作用最大，其能增加渗碳体量，从而提高耐磨性，但韧性降低，因此对于受冲击较大的铸件，其含量不能过高。铬促使形成碳化物，并提高碳化物硬度，铬与碳、硅配合使共晶碳化物大多形成（Fe，Cr）7C3，从而可大幅提高耐磨性和冲击韧度，考虑到用户对硬度的要求，需最大限度地控制铸件开裂倾向，选择wC＝2.6%～3.2%、wCr＝26%～32% 。

　　（2）钼含量的选择 Mo有一部分进入碳化物，另一部分溶入奥氏体，溶入的钼量可以提高淬透性，当与铜联合使用时，其提高淬透性的作用更大，此外对于提高铸件硬度也有一定帮助，综合考虑控制wMo＝0.5%～1.0%。

　　（3）锰含量的选择 Mn能扩大奥氏体相区，是稳定奥氏体元素，但是Mn剧烈降低Ms点，带来大量残留奥氏体，对铸件耐磨性是不好的，根据实际情况将其控制在wMn＝0.5%～1.0%。

　　（4）镍含量的选择 Ni不溶于碳化物而全部进入奥氏体，可充分发挥其提高淬透性的作用，促使形成马氏体或贝氏体基体，此外镍有促进石墨化和降低Ms点的作用，控制wNi＝0.5%～1.0%。

　　（5）硫、磷含量的控制 P、S含量过高时，会使铸件有极大的开裂倾向，从而大大降低材料的铸造性能，因此其含量必须严格控制。考虑到炉料和现场熔炼工艺，将其控制在wP≤0.1%、 wS≤0.1%。

　　结合我公司对KmTBCr26材质的试验，最终确定磨辊的化学成分见附表。

　　2. 铸造工艺分析及设计

　　（1）分型面 根据磨辊形状特点，分型面选择开在中间部位，如附图所示。

　　（2）冒口的确定 由于白口铸铁的凝固特性介于灰铸铁和铸钢件之间，所以冒口设计兼顾了二者的特点。铸件壁厚为150mm，壁厚较大需要补缩量也相应多，因此冒口采用腰圆形冒口。根据磨辊铸件形状特点，采用倾斜浇注方法，只在最高处放置一个冒口。铸件在上断面较窄处放置冒口有困难，需作出工艺补贴。根据热节圆比例法，确定腰圆形冒口颈宽度为180mm、长度定为340mm，自冒口颈处向外延伸，冒口最高处直径为350mm。根据所需铁液补缩量，冒口高度定为600mm。

　　（3）浇注系统设计 铸件的重量经计算约为4t，根据常用的浇注时间经验公式，k值取1.3，δ ＝35mm，经计算得出t＝30s。

　　浇注方式选用开放式浇注系统，各截面比为ΣF内∶ΣF横∶ΣF直=1.5∶1.1∶1 。经计算得出ΣF内＝4000mm2、ΣF横=2900mm2 ，ΣF直=2800mm2。横浇道截面积为梯形，因此其尺寸定为50/60mm、高50mm，直浇道φ 65mm，内浇道个数定为6个，尺寸为55/65mm、高12mm。

　　（4）其他工艺参数及操作要点 碱酚醛树脂砂造型，模样起模斜度1.5°，铸造收缩率按2%，砂箱尺寸2600mm×2600mm，浇注温度1380～1400℃。模样材质采用玻璃钢。

　　操作要点：①制芯时芯铁要缠足量草绳，保证砂芯的退让性，砂芯中间开排气孔，另外上芯头开溢流两道。②冒口颈周围使用精制石英砂舂紧。③合箱后打卡子，然后将砂箱倾斜10°，压重不少于5t。④浇注后5～10min对冒口进行补浇。

　　（5）打箱清理及热处理 为了避免产生热裂及考虑到打箱对硬度的影响，压箱时间不少于6天，浇注3～5h后去压铁，浇注10～12h后将冒口周围型砂松动，24h后将砂箱放平并去卡子，96h后松动上箱，温度降至300℃以下方可打箱，另外注意打箱过程中不允许碰撞铸件。

　　将铸件清理干净，去除浇注系统和披缝等（冒口颈保留10mm左右），随后喷砂，转热处理工序进行退火，退火完成后进一步清理铸件，去除冒口残根等多余部位，再进行淬火、回火处理。

　　3. 生产实践验证

　　按照既定的工艺实施首批生产两件，铸件打箱清理后发现外表良好，冒口无缩孔、缩松，尺寸测量也合格，经磁粉无损检测，铸件内部组织致密无缺陷。热处理后取多点检测硬度均在60HRC以上，用户检验后对铸件质量较满意。

　　此后我公司生产该类铸件十几件，质量一直比较稳定，产品得到了用户和市场的认可。

　　4. 结语

　　通过对磨辊铸件进行成分工艺分析，针对高铬耐磨铸铁的铸造性能特点，合理地确定工艺参数，科学设计铸件成分和铸造工艺，成功生产了硬度高、外观好、尺寸合格的磨辊铸件，同时由于采用倾斜浇注，大大提高了工艺出品率，为公司创造了较高的经济效益。

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