为增加铸件局部冷却速度,在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。冷铁分为内冷铁和外冷铁两大类。放置在型腔内能与铸件熔合为一体的金属激冷块叫内冷铁;造型(芯)时放在模样(芯盒)表面上的金属激冷块叫外冷铁。
内冷铁成为铸件的一部分,应和铸件材质相同。外冷铁用后回收,一般可重复使用。根据铸件材质和激冷作用强弱,可采用钢、铸铁、铜、铝等材质的外冷铁,还可采用蓄热系数比硅砂大的非金属材料,如石墨、碳素砂、铬镁砂、铬砂、镁砂、锆砂等作为激冷物使用。
冷铁的作用有:
① 在冒口难于补缩的部位防止缩孑L、缩松。
② 防止壁厚交叉部位及急剧变化部位产生裂纹。
③与冒口配合使用,能加强铸件的顺序凝固条件,利用冷铁形成的末端区,扩大冒口补缩距离或范围,减少冒口数目或体积。
④用冷铁加速个别热节的冷却,使整个铸件接近于同时凝固。既可防止或减轻铸件变形,又可提高工艺出品率。
⑤改善铸件局部的金相组织和力学性能。如细化基体组织,提高铸件表面硬度和耐磨性等。⑥减轻或防止厚壁铸件中的偏析。
1.种类外冷铁分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。
直接外冷铁与铸件表面直接接触,激冷作用强,它又可分为有气隙的和无气隙的两种;间接外冷铁同被激冷铸件之间有10~15mm厚的砂层相隔,故又名隔砂冷铁、暗冷铁,激冷作用弱,可避免灰铸铁件表面产生白口层或过冷石墨层,还可避免因明冷铁激冷作用过强所造成的裂纹。铸件外观平整,不会出现同铸件熔接等缺陷。
冷铁厚度大,激冷作用强。但当厚度达到一定值后,钢液的凝固速度将不再增加。因而没有必要用过厚的外冷铁。外冷铁处钢液的凝固层厚度约为砂型处的两倍多。在冷铁和砂型的交界处,由于凝固层厚度不同,因而线收缩开始时间不同,有可能引起裂纹。外冷铁的侧面应做成45。的斜面,使砂型和冷铁交界处有平缓的过渡。其次,冷铁面积太大,已凝固层向冷铁中心收缩的应力也大,容易引起热裂。当需激冷表面积大时,宜采用多块小型外冷铁,间错布置。相互间留一定间隙。
实际生产中,外冷铁的激冷效果与多种因素有关:冷铁材质、表面涂料层的性质和厚度、冷铁的尺寸、形状、布置位置和金属液流经冷铁时间的长短等。
2.使用注意的问题
1)外冷铁的位置和激冷能力的选择,不应破坏顺序凝固条件,不应堵塞补缩通道。
2)每块冷铁勿过大、过长,冷铁之间应留间隙。避免铸件产生裂纹和因冷铁受热膨胀而毁坏铸型。
3)尽量把外冷铁放在铸件底部和侧面。顶部外冷铁不易固定,且常影响型腔排气。
4)外冷铁工作表面应平整光洁,不得有气孔、缩凹等缺陷,去除油污和锈蚀,涂以涂料并烘干,以免使铸件产生气孔。涂料可分别采用松香酒精、炭灰水、全损耗系统用油、亚麻油、桐油砂(涂桐油后撒硅砂)等。
5)铸钢件的外冷铁一般用高碳钢制作。黄铜和无锡青铜铸件可用一般铸铁冷铁,锡青铜铸件则用石墨外冷铁。要求高的铸件应避免使用铸铁外冷铁,多次使用后氧及其他气体会沿石墨缝隙进入冷铁内部,造成其氧化、生长。当再次应用时,遇热就会析出气体,导致铸件气孑L。 .
6)有时可采用导热性良好的造型材料代替形状复杂异形外冷铁。如锆砂、镁砂、铁屑、铁丸、碳素砂、碳化硅(金钢砂)等。
3.外冷铁的计算设置在铸件底面和内侧的外冷铁,在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面紧密接触,称为无气隙外冷铁;设置在铸件顶部和外侧的冷铁属于气隙外冷铁。显然无气隙的比有气隙的激冷作用强。 对于铸钢件,无气隙外冷铁的激冷效果,相当于在原有砂型的散热表面积上,净增了两倍的冷铁工作表面积(A。=A。+2A。,);有气隙外冷铁的效果,相当于在原有砂型散热表面积上净增了一倍的冷铁工作表面积(A。=A。+A也)。应用了外冷铁使铸件凝固时间缩短,相当于使铸件模数由‰减小为M