高壓閥門已被廣泛應用于超硬材料制造、化學工業(yè)、石油化工、加工技術(shù)、等靜壓處理、超高靜壓擠壓、粉末冶金、金屬成形以及地球物理、地質(zhì)理學研究等領(lǐng)域?？捎糜诳刂瓶諝?、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品、液態(tài)金屬和放射性介質(zhì)等各種類型流體的流動。

大型鑄鐵高壓閥門的鑄造工藝

1、結(jié)構(gòu)分析

（1）此鑄鐵高壓閥門屬園餅形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔由8根加強筋連接支撐，頂部Φ620孔與內(nèi)腔相通，其余部分均為封閉形狀，砂芯難以固定，且易變形，同時對砂芯排氣和內(nèi)腔的清理都帶來很大困難，如圖1。

（2）鑄件壁厚相差很大，最大壁厚處達380mm，最小壁厚只有36mm。鑄件凝固時溫差較大，收縮不均勻極易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷致水壓試驗滲水。

2、工藝方案設(shè)計：

（1）分型面如圖一所示，將有孔的一端放在上箱，中間內(nèi)腔做一個整體砂芯，芯頭適當加長，以方便砂芯的緊固和翻箱時砂芯的穩(wěn)定，側(cè)面兩個盲孔懸臂泥芯芯頭長度要大于孔的長度，使整個砂芯重心偏向芯頭一側(cè)，確保砂芯固定平穩(wěn)。

（2）采用半封閉式澆注系統(tǒng)，∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直＝1：1.5：1.3，直澆道用內(nèi)徑Φ120陶瓷管，底部放置兩塊200×100×40mm耐火磚，以防鐵水直接沖擊砂模，橫澆道底部設(shè)置150×150×40泡沫陶瓷過濾網(wǎng)，內(nèi)澆道用12根內(nèi)徑Φ30陶瓷管通過過濾網(wǎng)底部集水槽均勻連接至鑄件底部形成底注式澆注方案，如圖2。

（3）上模放置14個∮20型腔通氣孔，芯頭中間放置一根Φ200砂芯排氣孔，在厚大部位放置冷鐵激冷，確保鑄件實現(xiàn)均衡凝固，利用石墨化膨脹原理取消補縮冒口，以提高工藝出品率，砂箱尺寸3600×3600×1000/600mm，用25mm厚鋼板焊接保證足夠的強度和剛性，如圖3。

3、過程控制

（1）造型：造型前用Φ50×50mm標準試樣檢測樹脂砂的抗壓強度≥3.5MPa，冷鐵及澆道部位重點緊實以確保砂模有足夠的強度抵消鐵水凝固時產(chǎn)生的石墨化膨脹，并防止鐵水長時間沖擊澆道部位造成沖砂。

（2）制芯：此砂芯由8根加強筋將整個砂芯分隔成8等分，通過中間空腔連接而成，除中間芯頭外沒有其它支撐和排氣部位，如不能處理好砂芯固定和排氣，澆注后將出現(xiàn)砂芯移位和氣孔，因砂芯整體面積大，又被分隔成八個部分，必須有足夠的強度和剛性，才能確保砂芯起模后不損壞，澆注后不發(fā)生變形現(xiàn)象，從而保證鑄件壁厚的均勻一致，為此我們特制作了專用芯骨，并用通氣繩扎于芯骨之上從芯頭引出排氣，制芯時確保砂模的緊實度，如圖4所示。

（3）合箱：考慮此鑄鐵高壓閥門內(nèi)腔清砂因難，整個砂芯涂刷兩層涂料，第一層刷醇基鋯系涂料（波美度45-55），，待第一層涂燒干后再用醇基鎂系涂料刷第二層（波美度35-45）以防鑄件粘砂和燒結(jié)，無法清理。芯頭部位用三個M25螺桿吊于芯骨主體結(jié)構(gòu)Φ200鋼管上與上模砂箱用螺冒固定鎖緊并檢查各部位壁厚是否均勻一致。

4、熔煉澆注工藝

（1）用本溪低P、S、Ti優(yōu)質(zhì)Q14/16#生鐵，按40%~60%比例加入；廢鋼中嚴格控制P、S、Ti、Cr、Pb等微量元素，不允許有銹蝕油污存在，加入比例25%~40%；回爐料在使用前須拋丸清理干凈，確保爐料的清潔。

（2）爐后主要成份控制：C：3.5-3.65%，Si：2.2%~2.45%，Mn：0.25%~0.35%，P≤0.05%，S：≤0.01%，Mg（殘）：0.035%~0.05%，在保證球化的前提下，Mg（殘）盡可能取下限。

（3）球化孕育處理：采用低鎂低稀土球化劑，加入比例1.0%~1.2%，常規(guī)沖入法球化處理，一次孕育0.15%覆蓋在包底球化劑上，球化完成扒渣后再轉(zhuǎn)包進行二次孕育0.35%，澆注時進行隨流孕育0.15%。

（4）采用低溫快澆工藝，澆注溫度1320℃~1340℃，澆注時間70~80s，澆注時鐵水不能斷流，澆口杯始終處于充滿狀態(tài)，以防氣體和夾雜物通過澆道卷入型腔。

5、鑄件檢測結(jié)果

（1）檢測附鑄試塊抗拉強度：485MPa，伸長率：15%，布氏硬度HB187。

（2）球化率95%，石墨大小6級，珠光體35%，金相組織見圖5。

（3）重要部位UT、MT二級探傷未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

（4）外觀平整光潔（見圖6），無夾砂、夾渣、冷隔等鑄造缺陷，壁厚均勻，尺寸符合圖紙要求。

（5）加工后進行20kg/cm2水壓測試未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

6、結(jié)束語

針對此鑄鐵高壓閥門的結(jié)構(gòu)特點，著重從工藝方案設(shè)計、砂芯的制作和固定及鋯系涂料的使用方面解決了中間大砂芯不穩(wěn)定易變形及清砂困難的問題，用通氣繩和芯頭中間設(shè)置排氣孔避免了鑄件產(chǎn)生氣孔的可能，從爐料控制、澆道系統(tǒng)引用泡沫陶瓷過濾網(wǎng)和陶瓷內(nèi)澆道技術(shù)保證了鐵水的純凈，經(jīng)過多次孕育處理確保了鑄件金相組織和各項綜合性能都達到了客戶的標準要求。