一种铸钢气缸盖的铸造方法 技术领域 本发明涉及材料成型， 特别涉及到一种船用柴油机上铸钢气缸盖铸造过程中预防 产生铸造缺陷的方法。
背景技术 现有技术中生产船用低速柴油机所使用的气缸盖一般采用锻件， 但锻造气缸盖的 制造工艺较复杂并且成本较高。 铸钢件具有工艺简单、 成本较低的优点， 有些公司已经开始 使用或正在使用铸钢作为气缸盖并且对外销售。 所以铸钢气缸盖的试制成功将会给分公司 和重机公司带来巨大的经济效应。我公司八十年代也曾生产过国产船用柴油机铸钢气缸 盖， 生产经验可以借鉴。
由于气缸盖特殊的工作环境 （高温、 高压） ， 因此要求铸钢件材料为耐热钢， 铸钢气 缸盖对于牌号的要求为 S17MoF。 另外， 经过加工后的气缸盖是一个相当复杂的的零件， 其中 包括 ： 多个放射状的冷却水孔、 启动阀和燃油阀孔、 O 型密封槽和密封面、 贯穿螺栓孔等。上 述很多的加工部位对铸件的致密性有很高的要求， 不允许铸件有缩松、 缩孔、 夹渣等铸造缺 陷， 并且对于铸钢气缸盖本身有很多影响气缸盖气密性的部位 （如排气阀壳与缸盖的密封 面、 缸套与缸盖的密封面） 最终加工完后是不允许打磨的， 这样为铸钢汽缸盖的制造增添了 不少困难。
气缸盖是柴油机上高要求铸钢件， 根据低速柴油机的技术规范， 该铸件的材料为 ： 2 S17MoF， 炉前试棒性能要求 ： 抗拉强度 Rm ≥ 640N/mm ， 屈服强度 Re ≥ 450 N/mm2， 延伸率 A ≥ 18%， 断面收缩率 Z ≥ 30% ； 布氏硬度 190~220。铸件加工后， 需进行磁粉探伤 （MT） 或者 超声波探伤 （UT） 。 要求铸件不得有裂纹、 气孔、 冷隔、 缩松、 砂眼等影响铸件材质致密性的铸 造缺陷， 特别是在密封面和 O 型密封槽等部位不得有裂纹缺陷， 否则气缸盖将报废。
目前我们对气缸盖的常规铸造生产工艺为 ： 采用三相电弧炉冶炼， 并在浇包 的包底吹氩 5 分钟 ； 采用微珠冒口保温 ； 采用碱性酚醛树脂砂造型 ； 浇注系统为两道底注在 下方 ； 浇注完成后开箱直接割冒口 ； 然后采用常规的正火 + 回火热处理。
由于气缸盖的壁厚， 热节大， 材料要求高， 用上述常规的铸造工艺生产存在以下不 足： 1） 出品率低， 下方容易产生缩松缩孔 ； 2） 材料性能难以满足高强度要求 ； 3） 气缸盖 上端面夹杂缩松严重。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足， 提供一种新的船用柴油机上气 缸盖的铸造方法。本发明的铸造方法中是用铸钢材料来制作船用柴油机气缸盖的工艺， 目 的在于利用铸钢来制作气缸盖， 而且该气缸盖铸造时要尽量减少铸造缺陷， 一次性成型， 使 得铸件的整体性能尤其是局部厚大部位的性能符合铸造要求。
为了达到上述发明目的， 本发明提供了如下技术方案 ： 一种铸钢气缸盖的铸造方法， 其特征在于， 该铸造方法主要包括有编制铸造工艺、 制作木模、 制作砂型、 合箱、 熔炼、 浇注、 铸件保温和清理、 热处理， 具体的铸造步骤如下 ： ① 采用平面分型的方法编制气缸盖的铸造工艺， 以气缸盖的上端面为分型面， 采用底 注的方式设计浇注系统， 为发热冒口， 在铸型的顶部两个发热冒口之间增加两个三角形凸 台作为集渣平台， 在三角形凸台的三个角位置各放置排气管 ； ② 制作木模， 并把木模定位在型板上 ； ③ 制作铸型并放置冷铁 ； ④ 合箱， 烘干砂型 ； ⑤ 常规熔炼后再进行 LF 炉精炼， 熔炼过程中吹惰性气体， 并在出钢后喂丝 ； ⑥ 铸件浇注并加发热剂 ； ⑦ 开箱热割冒口 ； ⑧ 保温冷却， 在对气缸盖粗加工后， 进行淬火 + 回火热处理。
在本发明的铸造方法中， 所述的步骤③中制作铸型采用的为碱性酚醛树脂砂和铬 铁矿砂， 按照气缸盖形状制成的成形冷铁放置于指定位置， 所述的成形冷铁为八个， 分别放 置于靠近三角形凸台的侧板处， 在每侧左右分布两个成形冷铁， 上下分别两个成形冷铁。
在本发明的铸造方法中， 所述的步骤⑤中采用电弧炉熔炼的炉料配比为 ： 优质剪 料板 50 ～ 70％， 合金 30 ～ 50％， 并进行 45 分钟左右的 LF 炉精炼， 全程进行吹氩除气， LF 炉断电后， 浇包内温度控制在 1560℃ ~1600℃。 在本发明的铸造方法中， 所述的步骤⑥中浇注的温度为 1525±10℃， 浇注时间约 为 100 秒， 浇注过程中浇包底部吹氩气。
在本发明的铸造方法中， 浇注过程中钢水液面上升到高度的 1/2 至 2/3 处时， 向明 冒口中撒入发热剂， 并在浇注结束后， 上覆盖保温剂。
在本发明的铸造方法中， 所述的步骤⑦中， 进行热割冒口前需要进行热处理， 并在 铸件出炉后立即进行热割冒口操作。
基于上述技术方案， 本发明的铸造方法在船用柴油机气缸盖的铸造中带来了如下 技术效果 ： 1. 本发明的方法中采用模数相近的发热冒口替代微珠冒口， 待钢水上升到高度的 1/2 至 2/3 时， 明冒口加发热剂， 并摊撒均匀 ； 在发热剂上再撒保温剂， 或放置盖箱进行保温， 提 高了钢水的补缩能力， 节省了钢水的浇注量， 提高了出品率。
2. 本发明的方法中放置成型冷铁在气缸盖的厚大部位 （远离端） ， 引导铸件逐层凝 固， 保证了的补缩通道， 减少气缸盖内部出现缩松缺陷。
3. 本发明的方法中在气缸盖上端面的特定部位增加集渣凸台， 放置排气管。 由于 气缸盖上端面面积较大， 杂质上浮后聚集在凸台内， 有效降低了上端面夹杂缺陷。
4. 本发明的方法中通过 LF 炉精炼， 降低了钢液中气体和杂质的含量， 使钢水合 金成分和温度更加均匀， 降低了铸件中夹杂的风险。
附图说明
图 1 是本发明的铸钢气缸盖的铸造方法中铸型的俯视图。
图 2 是图 1 中 A-A 向剖视图。
图 3 是本发明的铸钢气缸盖的铸造方法的详细流程图。具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的方法进行进一步的详细阐述， 以 求更为清楚明白地理解本发明的方法和具体应用， 但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的铸造方法是一种用铸钢材料来制作船用柴油机气缸盖的工艺， 目的在于 利用铸钢来制作气缸盖， 而且该气缸盖铸造时要尽量减少铸造缺陷， 一次性成型， 使得铸件 的整体性能尤其是局部厚大部位的性能符合铸造要求。
下 面 我 们 以 一 个 实 施 例 来 说 明 本 发 明 的 铸 钢 气 缸 盖 的 铸 造 方 法， 详细阐述 S50MCC 船用低速柴油机铸钢气缸盖的铸造过程， 其详细步骤如图 3 所示。 在船用柴油机上， S50MCC 气缸盖的大端面尺寸为 ??962mm， 高度为 470mm， 最大壁厚 356mm， 浇注重量 4050kg。
依照本发明该铸件的铸造方法铸造工艺当中主要包括下列如下几个步骤 ： 1．按大端面平面分型方法编制主气缸盖的铸造工艺 ： 铸 件 剖 面 处 的 模 数其中 ：F—气缸盖截面面积 ； L—气缸盖截面周长。
铸件整体模数 根据铸件的整体模数和剖面的局部模数计算， M=M 铸件 ×1.2=9.6cm ； （选择较大值） 如果选用常规微珠冒口， 由于模数较大， 工艺出品率低， 故采用冷铁与发热冒口配合使 用工艺。根据经验， 选择使用模数为 8.8， 尺寸为 ??480×650 发热明冒口两只。
冷铁设计 ： 为了使各个部位形成顺序凝固， 截断之间的相互影响， 使每个只负责局 部的补缩， 人为造成末端区， 在之间放置了冷铁。 使用 8 只尺寸为 150/100×120×120 冷铁。 其中， 冷铁的设置如图 1 和图 2 所示。
浇注系统 ： 根据气缸盖尺寸特点， 该铸件壁厚较大， 高度相对较低， 选择使用底注 式浇注系统， 内浇口位于正下方。该浇注系统设计确保铸件逐步充型， 流动平稳， 避免浇注 过程中， 产生飞溅、 氧化等现象。本浇注系统的参数如下 ： 直浇口 ： ??60 一道 ； 横浇口 ： ??60 两道 ； 内浇口 ： ??60 两道， F直： F横： F 内 =1 ： 2： 2。
集渣平台 ： 由于 S50MCC 气缸盖的上端面面积较大， 铸件在凝固过程中， 容易在两 只中间部位产生夹杂缺陷。 根据对气缸盖试制件的质量跟踪， 确定容易产生夹杂的部位， 通 过设计集渣平台， 有效收集了聚集在铸件上端面的杂质， 有效减低了上端面的夹杂缺陷。
根据上述工艺设计的各种参数， 整个造型工艺示意图如图 1 和图 2 所示。
2．按铸造工艺图纸要求制作木模。该木模包括有外模、 型板、 浇套以及检验样板， 木模制作完成以后定位在型板上。
3．采用碱性酚醛树脂砂加铬铁矿砂制作铸型， 铬铁矿砂覆盖表面厚度约 5mm。造 型时按外模上的标志放冷铁。
4．合箱 ： 烘干铸型， 并检验铸型尺寸。
5．熔炼浇注 ： 采用电弧炉熔炼 +LF 炉精炼 ：5.1 钢水在电弧炉完成初炼后， 温度在 1600℃以上出钢进入精炼包， 精炼包使用 20T 钢包， 经过 1 个小时以上烘包。
5.2 在 LF 炉整个精炼过程中， 吹氩系统一直起到搅拌钢水的作用， 氩气工作压 力为 0.1~0.8MPa， 精炼期间钢水温度在 1560℃ ~1600℃范围之内。
5.3 在精炼初期， 加入精炼炉造渣剂， 用量在 3 千克 / 吨钢水。
5.4 通电时间≥ 5 分钟， 取样分析 C、 Cr、 Mo、 Ni、 Mn、 Si、 P、 S； 如有必要， 对合金进 行微调 ； 加入的合金块度＜ 50mm， 必须经过 500~800℃烘烤才能使用 ； 5.5 精炼时间 ： 控制在 45~60 分钟 ； 断电后， 保持通氩状态 5~10 分钟。
5.6 吹氩结束后， 钢包内测温， 温度在 1550±10℃， 按照 0.35~0.40 公斤 / 吨准备 喂丝 ； 同时改为移动氩气瓶对钢包进行吹氩。
5.7 将精炼包吊至浇注工位， 对浇注前钢水温度进行测量， 确保浇注温度在 1525±10℃ ； 5.8 待钢水上升到高度的 1/2 至 2/3 时， 明冒口加发热剂， 每只冒口加入 10kg 发热 剂， 并摊撒均匀 ； 在发热剂上在撒保温剂， 或放置盖箱进行保温， 浇注时间控制在 100 秒左 右。 6. 浇注后铸件在铸型中保温冷却， 上述铸件保温时间 ： 72 小时。
7．铸件清砂处理后进行热割冒口。
8. 铸件粗加工后进行淬火 + 回火热处理， 机械性能达标后， 进行最后精加工。
9. 对铸件所有表面进行 MT、 UT 探伤， 探伤合格提交完成。
本发明的大缸径船用低速柴油机气缸盖的铸造方法是在常规铸造技术条件下， 通 过 LF 炉精炼和铸造工艺创新， 提高铸钢气缸盖的材料性能， 降低铸钢气缸盖的铸造缺陷。