铸铁金属型铸造工艺现状及发展趋势
摘要: 介绍了国内外金属型生产铸铁件的技术，认为金属型生产过程中严格控制铁液质量和浇注工艺 参数是减少铸造缺陷的有效措施，分析了金属型铸造研究的发展趋势。
关键词：金属型铸造，发展，趋势。
铸铁金属型铸造工艺的研究和开发及在铸件生产上的推广应用已有较长的历史。欧美前苏联等国从 50年代开始用金属型生产有关铸铁 件，其重量多数在5—15kg/件左右的简单铸 件。一般使用价格低、制造方便的铸铁制造金属 型，并多数使用垂直分型、单机并列的行列式金属型铸造生产线，附设相应的专用金属型预热、 冷却装置和控制工艺参数的装置。到了70年代由于各国冶铸工作者的进一步研究和开发，铸铁 金属型铸造工艺中的关键性技术基本得到解决， 使铸铁金属型铸造工艺向着完善化，成熟化方向 发展，成了在铸铁件生产工艺上不可忽视的技术 先进、经济合理的一种新工艺并确立了自己应有地 位，显著提高了铸铁件表面质量和内部质量，各项技术经济指标提高到砂型铸造工艺无法比拟的水平，尤其是表面尺寸精度和表面粗超度。
1．概述——历史与现状
用金属型生产铁基合金铸件始于中国。考古发现我国铸铁件用铁型（古称“范”）生产始于战国（距今2200～2300年），用铜范铁器最早为汉代（距今1800年），到清代（距今200～300年）铁范铸铁技术不断完善，用铁范铸造铁炮。龚振麟著《铸炮铁模图说》是世界发现最早的系统论述金属型铸造铸铁件的专著。美国Eaton公司最早获铁基合金金属型（Ferrous Permanent mold-FPM）工艺专利已是 1932年。近几十年全世界FPM不断发展。欧洲FPM铸件占6％～8％，有报道苏联1980年FPM铸件占铸铁件9.7％，欧、美、日等FPM件主要用于汽车、机床、空气压缩机和液压件等；近年中国由日本引进空调压缩机铸件FPM生产线；印度、加拿大、巴西、马来西亚等国也都引进过FPM生产线。1994年日本本田公司开发投产了年产近4000t优质球墨铸件轿车转向节的FPM自动生产线，使FPM技术应用进入一个新阶段。
2．金属型铸铁技术特点及关键 FPM与非铁合金金属型铸造主要区别和难点在于：铸铁是金属-非金属共晶合金，急冷下铸态金相组织更难控制，浇注温度高，金属型设计和生产更难，且金属型寿命更短，生产率又不易满足大量生产需要。无论铸态还是热处理后使用，金属型铸铁件铸态金相组织控制对铸件性能都至关重要。 金属型冷却速度是砂型的数十倍到数百倍，直接影响铸铁形成独特组织。控制高冷却速度下铸态金属型铸铁组织的因素很多，综合解决好以下这些因素除获预期铸态金相组织外，可大大提高生产率和金属型寿命从而降低成本、增加效益并扩大金属型铸铁应用范围，是发展金属型铸铁技术的关键。
（1）铸铁化学成分 碳当量（CE）：尤其薄壁又高冷却速度下金属型铸铁的CE宜高（4.9％～5.0％），但为防止低温冷脆及有利强化孕育，原铁液中Si应控制在2.2％～2.8％（质量分数，余同）且直取下限，绝不能高于3.5％。也有薄壁球铁件原铁液低C（ 2.7％）低Si（2.0％）的成功实例。
2）金属型铸铁件浇注温度与成分、壁厚、型温和孕育技术等诸多因素有关。为控制铸态金相组织和延长型寿命，应尽量降低浇注温度并快速充型。而薄壁件当采用随流孕育或型内孕育时为使孕育剂充分熔化，一般浇注温度在1300～1400℃之间。 （3）金属型铸铁孕育 金属型冷却速度越快，铸件壁超薄，用感应炉熔化铁液以及球墨铸铁件，越要强化孕育。可采用浇包后孕育、随流或型内孕育等方法。孕育剂粒度为过30（目）筛到300（目）筛以上，要充分干燥、预热。此外，降低金属型浇注系统部分的导热性并提高其温度和加过滤器等是强化孕育的重要措施。低CE特别是低Si铁液孕育效果更好。为防金属型薄壁球墨铸铁件铸态出现钉状（spiking）组织，强化孕育尤其是重要工艺措施。孕育剂多用75％的Fe-Si，有时加少量Ba、RE或Sb以减少白口或强化基体。型内孕育用85％ 的Fe-Si为宜。 （4）金属型材质、厚度及结构 1）金属型材质。铁液与金属型相互热作用是决定FPM铸件质量和型寿命的重要因素。金属型要有高导热性、耐热和热冲击、抗氧化、耐磨、与涂料易结合、成形加工性好并能修补。金属型材质一般用均匀 A型石墨灰铸铁。有的加 Cr0.5％～1.0％， Mo（0.6±0.1）％；过共晶或低硫灰铸铁可抗热冲击、提高金属型寿命。灰铸铁金属型用于中、小件，一般型寿命2000～5000次。在铸件成本中金属型成本一般占10％。此外，还可采用薄钢金属型外焊水冷系统，寿命可较长。Cu-Zr合金作金属型，很有前途。 2）金属型厚度。增加厚度可加速铁液冷却和提高金属型刚度。金属型壁厚与铸件厚度成正比，如图1。一般型厚：件厚＝3：1。又有人
