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铸钢件冒口和补缩指导美国铸钢工作者协会2001年索引1前言 42浇冒口的基础知识和术语 63浇冒口程序 124冒口和端部区域的铸件致密性 245补缩距离的计算 (在顶部冒口之间补缩) 406冒口尺寸计算 437参考 46附录 481前言1973年,美国铸钢工作者协会(SFSA)出版了《钢铸件浇冒口方案》[1],编制该铸造手册的目的是为钢铁铸造厂提供浇冒口指导。《钢铸件浇冒口方案》中包括的指导方针以铸造实验以及计算机模拟为基础。该指导手册为钢铁铸造行业带来了福音。遵循指导手册开展铸造作业获得的铸造件通常都是无疵铸件。但是,在过去二十五年中出现的情况表明,《钢铸件浇冒口方案》中规定的冒口补缩距离规则在某些情况下显得太过保守,当利用规定的冒口补缩距离规则推断结果时,情况就更是如此。因为补缩距离规则相对保守,导致出现铸造件冒口浪费情形,而这种情形进而降低了铸件产量。为制订一套新的浇冒口指导原则[2、3],从二十世纪九十年代中期开始,开展了大量研究工作。研究工作以一组广泛的低合金钢板铸造实验为基础,实验在北美洲的多家铸造厂进行。在实验中使用了多种钢板尺度,生产出了各种规格的铸造件,从影像学角度来讲的无疵铸件以及ASTM收缩X射线5级(ASTMshrinkagex-raylevel5)铸件均在其列。各铸造厂分别记录了每个钢板铸件的铸造条件(合金成分、模具材料、过热、浇注时间等),后来借助现代铸造模拟软件,利用这些信息对各钢板的铸造进行了数值模拟。一旦确定铸造实验结果和对应的模拟之间实现了良好的一致性,就会对铸造实验中未使用的几何形状和/或铸造条件进行大量模拟,通过这种方式获得一套更加完整的数据集。通过分析所有数据,为无疵铸件制订了一套新的补缩距离规则。这些新规则包括在本刊中。本刊与《钢铸件浇冒口方案》之间存在的差异:•一般来讲不太保守的补缩距离:在某些情况下,利用本刊给出的指导规则计算获得的补缩距离,与利用《钢铸件浇冒口方案》中的指导规则计算获得的补缩距离相似,而且在其它情况下也不那么保守。一般来讲,当铸件的宽度厚度比率W/T增加时,与利用《钢铸件浇冒口方案》获得的补缩距离相比,当前的补缩距离不再显得过于保守。•补缩距离定义的一致性:在本刊中,对如下三种类型冒口的补缩距离的定义是一致的:具有尾端效应的顶冒口、可进行水平补缩的顶冒口、侧部冒口,但是在《钢铸件浇冒口方案》,对这三种冒口的定义不一致。•不同条件下的乘数:提供了多个乘数,满足不同铸造合金成分、模具材料、浇注过热度和期望的铸件致密性等级的补缩距离要求。•冒口区域和端部区域的致密性:希望通过本刊第四部分给出的信息,使铸造工程师了解冒口补缩凝固收缩机制的物理原理。沿用《钢铸件浇冒口方案》的部分:•浇冒口定型流程:在《钢铸件浇冒口方案》已有信息的基础上,制订了本刊中的浇冒口流程。2•适用的部分:《钢铸件浇冒口方案》中仍然适用于本刊的部分已收入本手册。•高合金浇冒口指导:本刊介绍的工作仅适用于低合金钢。将为高合金钢制订类似的补缩距离规则,目前这项工作正在进行中。希望本刊给出的指导原则和规则,不仅能够有助于高效地浇铸钢铸件冒口、提高铸件产量,而且还能够加深对补缩工艺物理现象的理解。虽然可以用现代的铸造模拟软件,取代实际的铸造实验,来检测钢铸造作业中的补缩和浇冒口问题,但是当前规则仍然可以满足如下多个重要用途:•铸造模拟不提供铸件的初始冒口设计;所以,可以利用当前规则制订第一个“实验”冒口设计。•铸造模拟不自动优化浇冒口方案;所以,可以利用当前规则,为某个浇冒口流程(例如,冒口之间的最大距离)提供准确的能力和局限性信息并说明它们如何随着铸造条件和期望的致密性发生变化,通过这种方式来缩短模拟迭代周期。•由于各种原因,大量钢铸件未使用铸造模拟;因此,当前规则成为合理设计铸件冒口系统的唯一途径。 在爱荷华大学(UniversityofIowa),、,本手册给出的新规则即是他们的研究成果。美国铸钢工作者协会(SFSA)谨此衷心感谢Beckermann教授和其团队开展的研究工作。此外,还要对参与铸造实验的铸造厂表示感谢,感谢他们在研究工作方面花费的大量时间和投入的资源。本手册的编制由美国能源部(DOE)DE—FC07—98ID13691号奖项提供支持。但是本手册中陈述的任意观点、研究成果、结论或建议都是作者本人的,不一定反应美国能源部的意见。马尔科姆·