1.3.1 铸造方法的确定 零件结构简图见图 1 所示，零件毛坯外径为 32mm，毛坯内径为 20mm，毛坯总长为 180mm。由于铸 件的内径只有 20mm，采用卧式离心铸造浇铸系统难以实现，决定采用金属型立式离心铸造进行生产。

  图 1 零件结构图 1.3.2 铸型准备 首先，在金属型内工作表面喷上一层涂料，可防止高温金属液对金属型的直接冲击和热冲击，减少型 腔的内应力，涂料还可防止铸管和型壁发生熔焊，从而有效地延长了金属型的常规使用的寿命。本试验涂料成分 为：氧化锌 30%，水玻璃 5%，热水 65%。 将涂料按比例分别称好，将水玻璃溶解到高于 60℃ 的热水中， 把氧化锌倒入水中均匀搅拌。将金属模进行预热 380℃左右，进行涂料的喷覆，涂料使用气体压缩机进行 涂覆。涂料涂覆后，再将模具加热至 380℃保温 2 小时，去除涂料中的水分。 1.3.3 浇铸铸件 通过计算确定铸型转速，采用变频器对转速来控制，调节好变频器频率后，开机准备浇铸。合金的 出炉温度控制在 1150℃，浇注温度控制在 960℃~980℃，本实验中铸件的质量小，合金液的质量少，因此 采用大的浇注速度，浇注速度控制在 3~5s。浇注后立即采用水冷，在铸件颜色变为暗红色时，即可停止转 动，取出铸件。

  铸型转速的确定主要应考虑如下几个维度的问题：保证液体金属进入铸型后，能迅速充满成型；保证 获得良好的铸件内部质量，防止缩孔、缩松、夹杂和气孔等；防止产生偏析、裂纹等缺陷[3]。 为了获得优质的铸件必须严控转速。根据经验公式[5]，铸型的转速 n 值为：

  良好的浇注系统对铸件质量有很大的影响，它不仅影响浇注速度的快慢，其预热温度也直接影响到铸

  件的质量。本实验采用石墨浇口杯做为浇注系统，石墨浇口杯的使用避免了涂料的喷涂以及合金液的粘挂。 但是由于覆盖、精炼过程中的合金液中存在大量的渣，本试验采用过滤网嵌到石墨浇口杯的上边，在浇注 过程中对合金液进行过滤，过滤网网孔尺寸为 1.5mm×1.5mm，并分别对使用和未使用过滤网的铸件进行表 面质量、金相等进行对比分析。

  在铸件的底部截取 10mm 厚度的试样，在距外表面分别为 1mm、4mm、8mm 处取三点进行硬度测试。 硬度测试使用的仪器为 573 型布氏硬度测试机。由于试样为有色金属，选用压头直径 D 为 10mm，载荷 P 为 250kgf，载荷保持时间为 30s。

  n——铸型的转速（r/min） ；γ——合金比重（g/cm3） ；R——铸件内径（cm） ； β——调整系数，在 1.2～1.5

  经计算得出 n=1510r/min，此时 γ 取 8.9 g/cm3；R 取 2cm；β 为 1.35。 为了避免转速太高会引起锡青铜的反偏析以及会产生重皮[6]，转速应在满足要求的情况下尽量小。在 计算结果 1510r/min 以下取三个不同转速 1300 r/min，1400r/min，1500r/min 进行了试验。实验将测出铸件 的壁厚以及空心部分的深度。

  图 3 未使用过滤网与使用过滤网后铸件宏观图 (a) 无过滤网条件下成形的铸件 (b)采用滤网条件下成形的铸件

  冷却速度对铸件组织以及性能有很大的影响，为此设计了水冷系统。图 2 为水冷系统的示意图。 水冷系统由水管接金属喷水管，由于铸型较长，为使铸件上下均匀冷却，在竖直的金属管上均匀的钻 上小孔，小孔要均匀，在浇铸完毕后，打开水阀，水均匀的浇在铸型上面，达到均匀冷却的效果。 为了确定冷却系统的必要性，本实验通过对水冷及未水冷铸件的金相、硬度（布氏硬度）和拉伸性能 进行对比分析。 1 2 3 4

  拉伸测试使用的是 Instron 1186 万能拉伸试验机，分别测得试样的抗拉强度和延伸率。拉伸试样尺寸 如图 3 所示。拉伸试样从铸件本体取样，取样位置如图 4。阴影部分为拉伸试样取样区域，由外到内分别 取三个试样。

  表 2 为转速与铸件壁厚以及空心部分深度关系的测量结果，可见： 转速为 1300 r/min 时铸件的壁厚只 有 5mm、内径 22mm、深度 124mm，无法加工出外径 32mm，毛坯内径为 20mm，毛坯总长为 180mm 的铸 件；1400 r/min 时壁厚为 8mm，内径为 16mm，深度为 156mm，可以加工成满足要求的铸件；1500 r/min 时壁厚为 10mm，内径为 12mm，深度为 184mm，可以加工成合格的铸件。同时我们为防止铸件产生反偏 析缺陷，在获得满足要求的铸件的前提下应该尽量降低转速，因此确定转速为 1400 r/min。 表2 转速 r/min 1300 1400 1500 转速与铸件壁厚和深度的关系 内径（mm） 22 16 12 深度（mm） 124 156 184

  4.2 过滤网对铸件表面上的质量的影响 过滤网对铸件表面质量的影响 表面质量

  图 3 为未使用过滤网及使用过滤网浇铸铸件宏观对比图，可见：浇注时使用过滤网的铸件表面上的质量较 好，没有明显的气孔和夹渣缺陷，而未使用过滤网铸件表面存在大量气孔和夹渣缺陷，经测量，个别气孔 的深度达到 2mm，严重影响了铸件表面上的质量，对铸件的加工及使用造成了极大的影响。其主要原因是，一 方面使用过滤网的金属液里面含有的杂质少，不容易产生夹渣缺陷；另一方面，在浇注过程中，气体进入 合金液的主要载体是夹渣，浇注时，夹渣进入铸件的同时伴随着气体混入，导致未采用过滤网浇铸的铸件 表面气孔增多。而过滤后的合金液由于夹渣的去除大大降低了气体含量，所以采用过滤网的铸件表面气孔 显著减少，提高了表面上的质量。

  根据涨圈的使用性能要求，涨圈材料选择 ZQSn10-1 合金，其成分如表 1 所示。

  原材料和辅料都要进行除锈、去油、烘干处理，加入前预热至 380℃。首先在电炉底部加入木炭，加 入量为覆盖住铜液为准，通电预热 15min，然后加入纯铜，通电熔炼，铜液升温至 1100~1200℃时，加入合 金量的 1.4%磷铜进行预脱氧，然后加锡，最后加入合金量 5.6%的磷铜进行终脱氧，静止 3~5 分钟，扒渣 后合金液出炉浇铸。

  郭二军，厉彦斌 (哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150080) 摘要：根据小口径涨圈结构尺寸的要求，决定采用立式离心铸造工艺进行生产，确定了离心铸造的模具预 摘要 热温度、转速、浇注温度、浇注速度等参数。制定了 ZQSn10-1 合金的熔炼工艺并浇注出小口径涨圈，利 用金相显微分析、机械性能分析技术对小口径涨圈的组织和性能进行研究，探讨了合金液过滤、铸型水冷 工艺对铸件表面上的质量、 组织和性能的影响规律， 根据结果得出： 采用过滤技术显著减少了铸件表面气孔及夹渣； 铸型水冷工艺可以显著细化涨圈的晶粒，并使涨圈的硬度和抗拉强度明显提高。 关键词：锡青铜；离心铸造；水冷 关键词 中图分类号: 中图分类号: TG24914；TG291