耐热钢排气歧管熔模铸造的工艺优化

DOI:10.15980/j.tzzz.2013.06.023

精密铸造

特种铸造及有色合金　２０１３年第３３卷第６期

耐热钢排气歧管熔模铸造的工艺优化

方　圆１　周吉祥２　于　赟３　魏　伟１　胡　静１

（１．常州大学常州市先进金属材料高技术研究重点实验室；２．常州翔帆机械有限公司；３．江苏理工学院材料科学与工程学院）

摘　要　对耐热钢排气歧管熔模铸件原工艺设计方案进行了试验，分析了铸件品质较差、工艺出品率较低的原因。提出了

３３

；优化设计方案，具体为增大冒口尺寸、增加冒口补缩距离，冒口体积由７增大到１减小直浇道尺寸，直浇道设置８ｃｍ２６ｃｍ３３

。同时采用优化设计方案进行了生产试制，在排气管上部，直浇道体积由９减小为３获得了表面品质良好的５８ｃｍ７０ｃｍ

铸件，且工艺出品率由３采用Ｐ８．８％提高至４９．１％。最后，ｒｏＣａｓｔ模拟软件分析了原设计铸造缺陷的形成原因。关键词　耐热钢；排气歧管；工艺出品率ＰｒｏＣＡＳＴ软件；

（）中图分类号　ＴＧ２４４；ＴＧ２４９　　　　文献标志码　Ａ　文章编号　１００１－２２４９２０１３０６－０５３９－０４

ＯｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｎｏｆＩｍｒｏｖｉｎｔｈｅｕａｌｉｔａｎｄＹｉｅｌｄｏｆｔｈｅＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　　　　　　　　ｐｇｐｇＱｙ　　

ＣａｓｔｉｎＨｅａｔＲｅｓｉｓｔａｎｔＳｔｅｅｌＥｘｈａｕｓｔｉｎＭａｎｉｆｏｌｄ　　　ｇｇ　　

１２３１１

，，Ｗ，ＦａｎＹｕａｎＺｈｏｕＪｉｘｉａｎＹｕＹｕｎｅｉＷｅｉＨｕＪｉｎ　　　　　ｇｇ，ｇ　

（；１．ＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＣｈａｎｚｈｏｕＣｉｔＣｈａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔ　　　　　　　ｙｙｇｙ，ｇｙ　　

，；，２．ＣｈａｎｚｈｏｕＸｉａｎｆａｎＭａｃｈｉｎｅｒＣｏ．Ｌｔｄ３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎ　　　　　　　ｇｇｙｇｇ　

）ＪｉａｎｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ　　ｇｙｇｙ　

：ｒｏｃｅｓｓＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｉｎｉｔｉａｌｏｆｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃａｓｔｉｎｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔｅｅｌｅｘｈａｕｓｔｍａｎｉｆｏｌｄｗａｓａｎａｌｚｅｄ．　　　　　　　　　　　ｐｇｙ　ｏｏｒｕａｌｉｔｒｏｄｕｃｔｉｅｌｄｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｏｆａｎｄｌｏｗｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｏｔｉｍｉｚｅｄｓｃｈｅｍｅｗａｓ　　　　　　　　　　　　ｐｑｙｐｙｐｐ　

３３　　

，Ｔｈｅｒｉｓｅｒｖｏｌｕｍｅｉｓｅｎｌａｒｅｄｆｒｏｍ７８ｃｍｔｏ１２６ｃｍｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｆｅｅｄｉｎｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｓｕｒｅｖｏｌ　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｐ　

３３　　

ｉｅ．Ｔｈｅｕｍｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｆｒｏｍ９５８ｃｍｔｏ３７０ｃｍｗｉｔｈｔｈｅｓｒｕｅｓｈｉｆｔｉｎｔｏｔｈｅｔｏｏｆｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｉｎ　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｇｐｇ　　　

，ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｒｉａｌｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｏｆｔｈｅｏｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｓｏｕｎｄｎｅｓｓｃａｓｔｒｏｃｅｓｓａｒａｍｅｔｅｒｓ　　　　　　　　　　　　－ｐｐｐｐｐ　

，ｉｎｓｗｅｒｅｒｏｄｕｃｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｒｏｄｕｃｔｉｅｌｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３８．８％ｔｏ４９．１％．Ｆｉ　　　　　　　　　　－ｇｐｙｐｙ

，，ｎａｌｌｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｏｆＰｒｏＣａｓｔｓｏｆｔｗａｒｅｔｈｅｃａｓｔｉｎｄｅｆｅｃｔｓｉｎｏｒｉｉｎａｌｄｅｓｉｎｗｅｒｅｖｉｓｕａｌｉｚｅｄａｎｄｃｏｎ　　　　　　　　　　　　－ｙｐｇｇｇ　　ｆｉｒｍｅｄ．

：，，，ＫｅＷｏｒｄｓＨｅａｔｅｓｉｓｔａｎｔＳｔｅｅｌＥｘｈａｕｓｔｉｎＭａｎｉｆｏｌｄＰｒｏｃａｓｔＳｏｆｔｗａｒｅＣａｓｔｉｎＹｉｅｌｄ－Ｒ　　ｙｇｇ　　　排气系统　　排气歧管是汽车发动机主要零部件之一，

工作效率取决于排气歧管的设计与制造。在已知的排气歧管材料中，铸铁高温性能差，随发动机排气温度的升高，铸铁排气歧管易出现高温氧化、热变形或热裂等

１～３］

。日本日立金属有限公司研发的专门用于汽问题［

歧管时发现：发现产品出现缩孔、缩松缺①批量生产时，陷；由此导致产品成本大幅增加。②工艺出品率低，

本研究针对熔模铸造生产新型耐热钢排气歧管时原工艺方案存在的不足，采用Ｐ对原工ｒｏＣＡＳＴ软件，艺方案中缺陷形成原因进行分析，提出了改善铸件品提高工艺出品率、提高生产效率的优化工艺方案。质、

牌号为车发动机排气系统的新型奥氏体基耐热铸钢，ＨＥＲＣＵＮＥＴＥＳＡ３Ｎ。由于该耐热钢中添加了耐高温－

合金元素Ｗ和Ｎ因此具有很好的抗高温氧化性、ｂ等，抗热疲劳性和高温强度。

排气歧管结构复杂，各部位尺寸差别大，孤立热节

４，５］

。多，放置冒口困难，给铸造生产带来了较大的难度［

１　试验材料与模拟方法

铸件材质为奥氏体基耐热钢ＨＥＲＣＵＮＥＴＥＳＡ３Ｎ，－　。熔模铸造的型壳耐火材料面层为锆其化学成分见表１

英砂，背层为莫来石。采用中频感应炉熔炼，浇注温度为型壳预热温度为１浇注时间约为１１６２０℃，０００℃，０～　　

与传统铸造方法相比，采用熔模铸造获得的铸件具有高

６，７］

。在精铸生产排气的尺寸精度和低的表面粗糙度［

；收稿日期：修改稿收到日期：２０１２１２１１２０１３０３１２－－－－

）；）；）基金项目：江苏省研究生创新基金资助项目（常州市创新资金资助项目（武进科技局工业攻关项目（ＣＸＺＺ１２０７３２ＣＣ２０１２００３３ＷＧ２０１１００５－

，第一作者简介：方圆，男，硕士研究生，常州大学常州市先进金属材料高技术研究重点实验室，江苏常州（电话：１９８７年出生，２１３１６４）０５１９－８６３３００６５，

：Ｅ－ｍａｉｌ５６２６９７８５＠１６３．ｃｏｍ

，），：通信作者：胡静，女，年出生教授，常州大学材料科学与工程学院，江苏常州（电话：１９６６２１３１６４０５１９－８６３３００６５，Ｅ－ｍａｉｌｉｎｈｏｏ２６．ｃｏｍ＠１ｊｇ

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