涡轮增压器罩壳铸件铸造方法

摘要

涡轮增压器罩壳的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化和孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理及产品质量检验；型板设计为一型二～八件，采取完全对称的型板布局，对应设二～八个铸件型腔；铸造采用薄片式内浇道分散式浇注工艺：铁液从直浇道进入后经过直浇道下方设有陶瓷过滤网的过滤器，流入横浇道，并经内浇道进入铸件型腔，充满型腔；浇注温度1380～1460℃；每个铸件型腔在相对铸件内浇道进口的远端侧的顶部端面设置两个保温冒口进行补缩。本发明铸件本体的抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥250MPa，延伸率≥15％，本体硬度130～180HBS；金相组织铁素体≥90％，球化率≥90％，石墨大小4～7级，不允许有碳化物存在。

权利要求

1.涡轮增压器罩壳的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化和孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理及产品质量检验；其特征是：型板设计为一型二～八件，采取完全对称的型板布局，对应设二～八个铸件型腔；在铸造工艺中，采用若干个薄片式内浇道分散式浇注工艺：铁液从直浇道进入后经过直浇道下方设有陶瓷过滤网的过滤器，同时流入若干条完全对称的横浇道，之后分别经由薄片式内浇道进入铸件型腔，充满型腔；浇注温度控制在1380～1460℃；每个铸件型腔在相对铸件内浇道进口的远端侧的顶部端面设置两个保温冒口进行补缩。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器罩壳的铸造方法，其特征是：所述炉料熔炼步骤包括炉料配置及熔炼，炉料配置的重量百分比为：生铁20～50％、回炉料20～40％、废钢

10～60％；采用中频感应电炉熔炼，熔炼温度1460～1580℃。

3.如权利要求1所述的涡轮增压器罩壳的铸造方法，其特征是：所述的出铁球化和孕育处理工序包括出铁球化处理和硅铁孕育剂两次孕育两个环节。

4.如权利要求3所述的涡轮增压器罩壳的铸造方法，其特征是：所加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE 1.0～

4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量，球化剂的粒度为3～25mm。

5.如权利要求3所述的涡轮增压器罩壳的铸造方法，其特征是：所述的孕育剂两次孕育即一次出铁球化后加入铁液总重量0.2～0.5％的硅铁孕育剂，随后搅拌扒渣并补加铁液，并进行第二次孕育，将0.2～0.5％的硅铁孕育剂加到包面并进行搅拌扒渣；所用硅铁孕育剂的粒度为3～25mm，硅铁孕育剂的化学成分重量百分比为Si 72～75％、Al 0.4～

1.5％、Ca0.4～1.0％及Fe余量。

6.如权利要求1所述的涡轮增压器罩壳的铸造方法，其特征是：所述的浇注步骤中，铁液经孕育剂孕育处理后，要保证铁液浇注温度在1380～1460℃；浇注过程中采用硫氧孕育剂进行随流孕育，所用硫氧孕育剂粒度为0.1～1.0mm，化学成分重量百分比为Si 70～

76％、Al 0.75～1.25％、Ca0.75～1.25％、Ce 1.5～2.0％、S 0.5～0.8％、O 0.3～

0.5％及Fe余量，加入量占铁液总量的重量百分比为0.05～0.2％；最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C 3.2～3.8％、Si 2.0～3.0％、Mn≤0.45％、P≤0.07％、S≤0.03％、RE 0.01～0.04％、Mg 0.02～0.08％及Fe余量。

说明书

涡轮增压器罩壳铸件铸造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铸造方法，特别是一种涡轮增压器罩壳铸件的铸造方法。

背景技术

[0002] 涡轮罩壳是船用涡轮增压器的关键零部件，由于涡轮增压器工作环境恶劣，须保证内部的高温压缩气体在极高的压力下储存在涡壳内，因此要求罩壳部件材质具有良好的组织致密性和较高的韧性。

[0003] 针对上述要求，零部件规定用球墨铸铁QT400-15牌号。铸件的机械性能要满足抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥250MPa，延伸率≥15％，本体硬度130～180HBS；金相组织要求铁素体≥90％，球化率≥90％，石墨大小4～7级，不允许有碳化物存在。产品内部不允许存在任何铸造缺陷。该产品的技术指标特点为：要求铁素体≥90％，生产过程中需要对原材料严加控制。

[0004] 涡轮增压器罩壳铸件的工作环境比较恶劣，因此对铸件的材质要求很高，产品检测需要在本体各指定部位取样，满足抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥250MPa，延伸率≥15％，硬度130～180HBS。

[0005] 该部件对铸件表面质量有着很高的要求，尤其不允许有粘砂、毛刺等外观质量缺陷的存在。

[0006] 因此如何满足上述技术要求，成为成功铸造该铸件的关键。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种涡轮增压器罩壳的铸造方法，以使生产出的涡轮增压器罩壳铸件能够满足上述技术要求。

[0008] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0009] 涡轮增压器罩壳的铸造方法，其步骤包括混砂、造型、制芯、合型、炉料熔炼、出铁球化和孕育处理、浇注、冷却、开箱、铸件清理及产品质量检验；其特征是：型板设计为一型二～八件，采取完全对称的型板布局，对应设二～八个铸件型腔；在铸造工艺中，采用若干个薄片式内浇道分散式浇注工艺：铁液从直浇道进入后经过直浇道下方设有陶瓷过滤网的过滤器，同时流入若干条完全对称的横浇道，之后分别经由薄片式内浇道进入铸件型腔，充满型腔；浇注温度控制在1380～1460℃；每个铸件型腔在相对铸件内浇道进口的远端侧的顶部端面设置两个保温冒口进行补缩。

[0010] 本发明所述的出铁球化孕育处理工序包括出铁球化处理和硅铁孕育剂两次孕育两个环节。所加入的球化剂量为熔炼出铁量的1.0～2.5％，球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 5.0～7.5％、RE 1.0～4.0％、Si 35～48％、Ca 1.0～3.0％及Fe余量，球化剂的粒度为3～25mm。所述的孕育剂两次孕育即一次出铁球化后加入铁液总重量0.2～0.5％的硅铁孕育剂，随后搅拌扒渣并补加铁液，并进行第二次孕育，将0.2～0.5％的硅铁孕育剂加到包面并进行搅拌扒渣。所用硅铁孕育剂的粒度为3～25mm，硅铁孕育剂的化学成分重量百分比为Si 72～75％、Al 0.4～1.5％、Ca 0.4～1.0％及Fe余量。

[0011] 所述的浇注步骤中，铁液经球化剂孕育处理后，要保证铁液浇注温度在1380～1460℃。浇注过程中采用硫氧孕育剂进行随流孕育，所用硫氧孕育剂粒度为0.1～1.0mm，化学成分重量百分比为Si 70～76％、Al0.75～1.25％、Ca 0.75～1.25％、Ce 1.5～
2.0％、S 0.5～0.8％、O 0.3～0.5％及Fe余量，加入量占铁液总量的百分比为0.05～
0.2％。最后铸件产品的化学成分重量百分比为：C 3.2～3.8％、Si 2.0～3.0％、Mn≤0.45％、P≤0.07％、S≤0.03％、RE 0.01～0.04％、Mg 0.02～0.08％及Fe余量。

[0012] 经以上的熔炼球化孕育处理使浇注后的产品具有球化率≥90％、铁素体≥90％、无碳化物的金相组织，以保证产品的机械性能要求。

[0013] 为了获得没有缺陷的铸件产品，工艺上采取了以下措施：

[0014] (1)由于该铸件尺寸较小，设计为一型四件，采取完全对称的型板布局，保证了四个铸件在充型过程中处于完全相同的状态，进而得到质量状态相同的铸件，为之后的质量检测提供了保证和依据。

[0015] (2)采用多个薄片式内浇口分散式浇注工艺：铁液从直浇道进入后经过下方有陶瓷过滤网的过滤器同时流入四条完全对称的横浇道，之后分别经由四条薄片内浇道进入铸件型腔；保证浇注温度控制在1380～1460℃，此工艺措施能保证铸件产品不产生冷隔及气孔缺陷。

[0016] (3)在直浇道底部放置泡沫陶瓷过滤片来过滤铁液，去除铁液中的杂质，从而防止产品产生夹渣缺陷。

[0017] (4)在内浇口对侧的铸件顶部较厚位置分别设置两个保温冒口4对铸件进行补缩，保证得到组织致密的完整铸件。

[0018] (5)在造型步骤的涂料工序中，为了获得清晰美观的铸件表面不采用传统的刷涂方式，而是分别对砂芯和外型采用较为先进的浸涂工艺和流涂工艺，即将砂芯工作面浸入涂料中和采用涂料流过型腔表面的形式上涂料，此两种工艺可以有效地避免刷涂时产生的涂刷痕迹及涂料在型腔尖角堆积。

[0019] 本发明的关键技术是：

[0020] 在球铁铸件生产中，要使铸件本体的机械性能达到牌号规定的机械性能指标是件不容易的事情。何况本产品的机械性能指定点共有五个部位，这五个部位几乎均匀分布在铸件的各个部位。这就使得技术难度大大增加。要达到铸件产品的这个技术要求，必须使生产的铸件产品达到：

[0021] (1)铸件各部位不允许存在任何铸造缺陷：包括铸件内部不能存在显微缩松及夹渣缺陷；

[0022] (2)铸件各部位的金相组织要达到基本一致：包括球化率均应优良(均达到≥90％)，且基体组织要保持一致(铁素体均应在90％以上)。

[0023] 为了达到这两项生产控制技术指标，在铸造工艺上铁液的注入方式(即内浇口的位置及数量)和冒口的选择(即冒口的位置及数量)的试验确定是很重要的。因为在铸造工艺上要通过这两个因素的调整来使铸件凝固时，铸件各部分的热分布处于比较均衡的状态。经过多次试验，经过不断的改变浇冒系统的位置和数量之后，最后才达到本发明工艺理想效果的。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 本发明在工艺设计上采用一型多件的布局设计，采用顶面分散式浇注工艺，并在铸件的顶部较为厚大的位置放置保温冒口，有效地提高的型砂的利用率，提高生产效率的同时也为公司节约了生产成本，完全对称的布局也保证了同一箱多个铸件质量上的统一性，为之后随机的抽样检测工作提供了合理的依据；开放式的浇注系统有利于实现快速的充型效果，有效的克服了薄壁铸件极易产生的冷隔及气孔缺陷；分散的薄片式内浇道避免了热量的过分集中，从而消除了上表面较厚位置可能出现的缩松。

[0026] 采用本发明所述的铸造方法后，生产出的涡轮增压器罩壳铸件抗拉强度≥400MPa、屈服强度≥250MPa，延伸率≥15％，本体硬度130～180HBS；金相组织要求铁素体≥90％，球化率≥90％，石墨大小4～7级，无碳化物存在。铸件各部位没有任何铸造缺陷存在，完全符合客户的技术要求。

附图说明

[0027] 图1为本发明一实施例的示意图。

[0028] 图2为本发明一实施例中铸件型腔的剖视图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

[0030] 实施例1

[0031] 参见图1、图2，本发明船用涡轮增压器罩壳铸件的铸造方法，包括如下步骤：

[0032] 1)混砂、造型及制芯

[0033] 船用涡轮增压器罩壳铸件采用自动混砂机混制呋喃树脂自硬砂后进行造型，型板设计为一型四件，采取完全对称的型板布局，对应设四个铸件型腔3；直浇道4下方设有陶瓷过滤网的过滤器5，并连接四条完全对称的横浇道6，再分别经由四条薄片式内浇道7连通铸件型腔3；每个铸件型腔3在相对铸件内浇道进口的远端侧的顶部端面设置两个保温冒口8进行补缩。

[0034] 造型前在上型板圆状垫片上放置好保温冒口8，然后进行填砂、紧实、起模、修型，并进行流涂作业及表面烧干处理；接着制造1#、2#两个砂芯1、2，并进行浸涂及表面烘干后放置备用。

[0035] 2)合型

[0036] 在下砂型b中按顺序下入2个1#、2#砂芯1、2，在过滤器5中放置陶瓷过滤网一片：吹净上下砂型a、b内的浮砂后，吊转上砂型进行合型并用螺栓紧箱后等待浇注。

[0037] 3)炉料熔炼

[0038] 先配置炉料，炉料的组成重量百分比为：生铁30％、回炉料30％、废钢40％，然后将配置好的炉料依次序投入中频感应电炉中进行铁液熔炼，熔炼温度为1560℃，静置保温5～10分钟，让铁液中的杂质充分漂浮上来，用除渣剂覆盖后将炉渣扒到炉外，防止杂质留存在铁液中。

[0039] 4)出铁球化孕育处理

[0040] 包括出铁进行球化处理及硅铁孕育剂两次孕育处理两个部分。其中球化处理采用冲入法球化处理工艺，球化剂粒度为3～25mm，球化剂加入量为1.5％，铁液出炉温度为1560℃，第一次出铁量为总量的2/3，球化剂与铁液的反应作用时间为40～90秒，待反应结束后加入出铁总量0.3％的硅铁孕育剂，并补加剩余的1/3铁液，之后搅拌扒净铁液表面的浮渣，再加入铁液总重量的0.3％的硅铁孕育剂，并进行搅拌及扒渣，最后盖上保温覆盖剂去进行浇注。其中球化剂的化学成分重量百分比为：Mg 6.75％、RE 2.35％、Si 44％、Ca
2.0％及Fe余量；硅铁孕育剂的化学成分重量百分比为：Si 74％、Ca 0.6％、Al 0.55％及Fe余量，硅铁孕育剂的粒度为3～25mm。

[0041] 5)浇注

[0042] 铁液的浇注温度为1435℃。铁液由浇口杯浇入后，经过泡沫过滤网的过滤器，挡住了铁液中的杂质，降低了铸件产生夹渣缺陷的可能。另外铁液经过过滤片后，减缓了铁液的流速，减轻了铁液对铸型的冲击力，从而降低了冲砂的可能；铁液充型平稳，有利于减少铁液在铸型内的二次氧化，从而减少夹渣缺陷的出现。铁液随后同时流入四个横浇道6，再分别由四条薄片式内浇道7流入每个铸件型腔3，达到快速分散平稳浇注的目的；浇注过程中采用硫氧孕育剂进行随流孕育，所用硫氧孕育剂的粒度为0.1～1.0mm，硫氧孕育剂的化学成分重量百分比为Si 73.2％、Al 0.87％、Ca 0.96％、Ce1.76％、S 0.64％、O 0.52％及Fe余量，加入量占铁液总量的百分比为0.10％：最终铸件产品的化学成分总量百分比为：C3.67％ Si2.75％、Mn 0.36％、P 0.045％、S 0.011％、RE 0.015％、Mg 0.054％及Fe余量。

[0043] 6)冷却开箱

[0044] 7)铸件清理

[0045] 8)质量检验

[0046] 检验不合格的产品做淘汰报废处理，合格的进入铸件合格品仓库暂存。

[0047] 采用本发明所述的铸造方法后，铸件毛重11.5kg，浇冒口重6.5kg，工艺出品率为63.8％，对以此类较小铸件，此数据已经较为理想，能够为公司创造一定经济效益。

[0048] 产品的材料牌号为球墨铸铁QT400-15，产品本体的机械性能检验结果：抗拉强度405～485MPa，屈服强度260～345MPa，延伸率15.2～23.5％，硬度143～176HBS；铸件产品金相组织检测结果为：球化率90％、铁素体92％、无碳化物存在；产品的化学成分检测结果：C 3.67％、Si 2.75％、Mn 0.36％、P 0.045％、S 0.011％、RE 0.015％、Mg 0.054％及Fe余量；铸件产品经超声波缺陷检测结果没有任何铸造缺陷。铸件产品完全满足客户的技术条件要求。

[0049] 表1 本发明实施例的主要工艺参数

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[0051] 表2 本发明实施例的主要检测结果

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[0053] 实施例2、3、4、5的工艺过程同实施例1，不再阐述。