PN10-1200蝶阀壳体的铸造
PN10-1200蝶阀壳体，内径1200mm，材质QT450—10，毛坯重850kg，主要技术要求是硬度≤230HBW，耐压1.5MPa，在保压时间内承压壁处不得有可见渗漏，其结构如图1所示。
其结构特点：壳体壁厚32.5mm，阀座、轴承座、密封带壁厚55～65mm。铸件经机加工后，阀座、轴承座内腔产生了可见缩孔、缩松缺陷，保压过程中，密封带圆周壁外有可见渗漏，经解剖，密封带断面有缩孔、缩松缺陷，针对上述问题，我们采取了以下工艺措施。
1、型芯砂配比工艺
铸型与中间砂芯采用干型粘土砂，阀座、轴承座内孔芯砂用导热性高的碳素砂，型芯砂配比(质量分数)如下：
(1)粘土干型砂粒度为0.60～0.355mm(30/50目)新砂30%、旧砂70%、粘土4%～5%、膨润土2%、水分7%～8%，湿透气性>100，湿压强度45～60kPa，干剪强度>0.15kPa。
(2)粘土芯砂粒度为0.60～0.355mm(30/50目)新砂60%，旧砂40%、粘土7%～8%、木屑15%～20%(体积分数)、水分适量、湿透气性>100、湿压强度50～70 kPa，干剪强度>0.15 kPa。
(3)碳素芯砂 1～3mm焦炭粒58%～60%、石墨粉20%～25%、粘土15%～20%，水分适量。
2、铸造工艺
铸造工艺如图2所示。
底注垂直浇注，采用充型平稳且撇渣效果好的封闭式浇注系统，ΣF直∶ΣF横∶ΣF内=1∶1.2∶0.8，增大横浇道的截面积，可使铁液进入横浇道后降低流速，由于浇注系统能始终充满铁液，这样可使铁液内上浮的渣与杂质进入横浇道上的两个集渣包内，保证了铁液纯净，内浇道为宽扁、薄鸭嘴状从铸件底部法兰多个方向分散注入型腔，避免了铁液呈现喷射与飞溅而产生的铁豆、气孔，同时有利于同时凝固。
3、冷铁
该件局部热节多，为实现同时凝固，采用外冷铁局部调温，铸件中段环形密封带壁厚65mm，由于散热条件差，不允许有任何缩松、缩孔缺陷，在砂芯圆周密封带处放置厚65mm、间隔5mm的多块冷铁，阀座与轴承座不但散热条件差，且壁厚又不均匀，除在其圆周各放置4块冷铁外，还用导热性能好的碳素砂制作中心孔的砂芯。所有冷铁都经焙烧去掉油污，清理表面，打磨掉表面氧化层，表面有孔洞缺陷的不允许使用，且定期更换各处冷铁，以防止铸件表面产生气孔缺陷。
4、排气
为增强中间砂芯的排气功能，砂芯中心放置块度40～60mm的碎焦炭块，保证砂芯吃砂层厚度控制在90～120mm。在阀座、轴承座碳素砂芯的端部、中间砂芯的中心部位的各盖箱处扎有出气孔，且与盖箱上表面相贯通。为防止浇注过程中撒泼的铁液把盖箱上的出气孔堵死，合箱后用内径为6～8mm的铁管插入盖箱上，用型砂埋紧，这样即使铁液撒泼，而出气孔仍可保持畅通。
5、铸型与合箱
设计制造专用三节砂箱，吃砂量≥50mm，箱带间距≤200mm，箱口表面加工，四周箱壁设置出气孔、固定箱耳、箱把。型芯湿态紧实度≥85，型腔与砂芯表面插钉，钉距60～70mm，表面涂刷浓度20%～30%的水玻璃溶液后再涂刷水基铅粉涂料。型芯进窑烘干，干燥层≥50mm，合箱后用M20螺栓固定。
6、熔炼与浇注
熔炼设备为3t/h大排距双层送风冲天炉，选用徐州产Q16生铁，化学成分为wC=4.24%、wSi=1.72%、wMn=0.18%、wP=0.042%、wS=0.018%，河南产固定碳含量≥88%的铸造焦， 包头产FeSiMg8RE5球化剂，加入量1.4%。球化处理采用1.5t堤坝式浇包，稀土镁合金经预热后放入堤坝一侧，上表覆盖占铁液总量0.7%、粒度为15～20mm的75SiFe。为保证铁液温度，不用传统的球墨铸铁屑覆盖，采用河南产球化保温覆盖剂。铁液量一次冲入，待铁液反应平稳后，迅速扒渣三次，检验合格后铁液表面覆盖铁液保温聚渣覆盖剂。经处理后的铁液化学成分、物理性能与金相组织见表1、表2。
表1 铁液化学成分(质量分数) (%)
表2 铁液物理性能和金相组织
铁液出炉温度≥1450℃，浇注温度≥1360℃，浇注过程中及时点火引气。
7、质量情况
采用上述措施后，先后共生产PN10—1200蝶阀壳体铸件5件，经机械加工，阀座、轴承座内孔无缩孔、缩松缺陷，环形密封带表面光洁，保压过程中各部位无渗漏现象，按此工艺先后共生产各类蝶阀壳体铸件百余件，均取得了满意效果。
8、分析体会
生产实践证明，下列工艺措施对预防球墨铸铁件产生缩孔、缩松缺陷具有显著效果。
(1)提高铸型刚度，型芯刚度高，能抵挡共晶结晶时所产生的膨胀，从而可补偿铁液的液态和凝固收缩。因此，缩松与缩孔可大幅减少，甚至完全消失。
(2)采用多道分散的浇注系统，可防止铸件局部过热和冷隔。内浇道宽、薄时，在铸件停止收缩后可尽早凝固封口，防止在共晶膨胀压力作用下，残余液相反馈给浇注系统而产生内浇道处缩孔、缩松缺陷。
(3)合理使用冷铁能消除局部热节，有利于铸件同时凝固，对预防铸件产生缩孔、缩松缺陷效果良好。
(4)型芯的出气孔要多而分散，并且要由芯头从型腔内排出箱外，浇注过程中及时点火引气。
(5)调整化学成分，按C%+1/7Si%≥3.9%控制碳当量，并伴随着良好的孕育效果，可以增加共晶石墨的析出量，促使石墨球变小、增多，增大了共晶膨胀力，有利于自补缩。
(6)降低铁液内的Mn、S、P含量及残留Mg、RE量，能有效减少铸件缩孔、缩松缺陷。
(7)熔炼过程中，耐压球墨铸铁件连续集中浇注，选用C含量高，Mn、S、P含量低的球墨铸铁用铸造生铁。
