冷铁的使用注意事项

心如大海

冷铁使用的目的是为了加快冷却，防止缩松情况出现，但冷铁使用需要注意几点：喷砂干燥；放置位置合理；接触钢水喷刷涂料等。不知道这几点对不对，还有什么需要注意的事项，请教各位专家！

李盛武

回复 1# 心如大海
1 m4 Y6 m3 i2 t/ E, R$ F- q冷铁厚薄，大小，间距，都要考虑。

铸造小猫

使用次数要限制，通常使用5次就要更换，材质以灰铁为主

ZH112725

冷铁要注意干燥

rexxar

回复 3# 铸造小猫

通常使用5次就要更换

0 t5 P# h% @) W" `/ X* h6 n 请教5次就要更换的原理是什么？
2 d3 @% r' @" z* O, }  b8 O7 Y% d总而言之肯定是冷激效果的下降。关键问题是什么造成了冷激效果的下降？
之前看过一篇文章，提到使用时间长的冷铁石墨脱落形成孔洞，从而造成了冷激效果的下降。但是我们公司的冷铁检测后并未发现此现象。

铸造小猫

回复 5# rexxar
http://www.rjghome.com/viewthrea ... p;extra=&page=1这是篇老帖子，可以参考下。
王文清李魁胜的铸造工艺学第325页中间有这样一段话：铸铁外冷铁多次使用后，易使铸件产生气孔。用于要求高的铸件应限制使用次数。使用中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，预热就会析出气体，导致铸件气孔。（本该上图片的，可拍图片还是插数据线，略微麻烦了点）
不知道你注意了没有，多次使用后的冷铁是无法进电炉熔化的，半天熔化不掉，同时总浮在铁水表面，尽是垃圾。之前也发现过把外冷铁当内冷铁用的时候，就算用烘芯炉烘干，发气量还是相当的大，现在冷铁要么进冲天炉，要么就堆在哪儿，没法处理。
同样是冷铁，有可能用几十次还没有问题，有的用几次就出问题，这个与日常的管理，使用有关。真能做到每次用前抛丸，烘干，精确统计使用次数的能有几家了？为了保证铸件不出气孔之类的缺陷，只好减少冷铁使用次数。我的领导有个观点，尽量放冒口而不放冷铁，放冷铁麻烦事情太多了。我这甚至考虑过冷铁要用金属型铸造，弄成类似铸铁机的那种金属模具。

老翻砂匠

我们是为了要获得激冷层才不得不使用成型冷铁的，因此对冷铁的控制是比较严格的，打磨、刷锆英粉涂料、预热，再次使用之前喷砂、刷涂料、预热，使用次数不得超过五次~

zhjsdlc74

冷铁的使用有很多学问，冷铁的管理也很麻烦，我翻译了一片国外的冷铁文章发给大家看看，我自己觉得很详细了：
+ N. z+ R* s" k1. 介绍
0 {# i1 U3 v  F! Y3 s' J& ?冷铁对铸件质量的影响是重要而又显而易见的。
# d* [8 e5 |$ P3 P3 r. S$ R- x1 N同时它还会影响到成品率（即铸件净重量除浇铸重量的比值），甚至影响局部位置的金相。
  b* J7 J1 A# L( G! G尤其是最近各国政府的节能要求越来越严格，铸造工艺中的冷铁使用也变得更加重要。
0 a4 s/ f. \+ r5 i* m) S过去冷铁的使用基本上就是凭经验。但是现在，冷铁的使用可以计算出来，大多数计算机模拟程序也将这种计算融入其中，在模拟结果中体现出冷铁的作用效果。
“散热片”的冷却工艺也在铸造业中尝试很久了，但其使用效果不如冷铁。不过对铸件还是有些好处的。
2. 定义
冷铁是用来降低其所在位置铸件温度的。降温效果由它的蓄热能力和导热性能决定。
冷铁可以由很多种材料制成，但要求在材质上，其蓄热能力和导热性能都要高于同时配套使用的造型材料。冷铁的材质可以是特殊的铸造沙，比如硌矿砂、锆英砂等。也可为金属，如灰铁、蠕铁、球铁。在特定情况下还会用铜。其他材质，如石墨，的应用也越来越普遍。
冷铁的另外一个重要特性是不会被熔掉。这意味着冷铁材质的熔点必须高于铸件熔点，而且这个差值要足够高。
) ?; c1 R5 B& x, S: X* u$ @! a8 o) E按照冷铁放置的位置，可将其分为两类：
, J0 T  s3 ?2 p: E7 {& d1. 外冷铁
+ o  `) D* T1 B, H/ c+ Y8 Y$ t这类冷铁位置在铸件体的表面外侧。
外冷铁可分为直接外冷铁和间接外冷铁。根据冷铁的使用还可以分为特殊形状冷铁、标准形冷铁和可变形冷铁。


使用金属铸模也属于冷铁应用的一种。
8 \4 I5 b, O9 v* h* a7 n2. 内冷铁
. H" s6 q" \# @8 a  E# S9 I7 o* R8 D- f内冷铁的位置在铸件里，并成为铸件的一部分。它对铸件质量影响非常大。大多数质量标准都不允许有没熔的内冷铁。因此为了减小这种影响，内冷铁的材质应尽量接近铸件铁水。如果没熔或未达到质量标准，应采用机器将其移除。
! l+ \7 s- b0 Z, f

& {0 c. W: R# @" f; }# ]- h3. 目的
冷铁用于：
, H' |- z* J: N' v- K& @1. 降低局部热量，从而减少此位置的模数（尤其是壁厚交叉部位）
& P. ]# n' C% ~. i5 M  f2. 加强铸件的顺序凝固条件，增加冒口的纵向补缩长度
3. 改善铸件局部的金相组织和力学性能（尤其是金属内含气）：
6 \3 _2 |( |- x% X/ i: J# g• 细化基体组织
• 优化金相
• 提高强度和延展性
• 提高硬度
• 提高淬火性
/ q6 A& E/ ^0 B0 ]% D• 减少微空洞和其他空洞
1 P5 \$ C! K( l• 减少偏析的倾向
1 m: `+ H% ]. G. n• 增加稳压度
4. 避免产生裂痕（在拐弯热点处）
冷铁绝不会补偿收缩，只会将缩松转移到其他位置！
* l  F: Y5 S! D7 g0 c0 c. b, W6 n" d冷铁不会减少铁水收缩量，但通过移位，可以将收缩逼近或逼到冒口的作用范围内。
/ F  u; c0 |* J正确使用冷铁的要求：
1. 能够消散多余的热量：
! y- w2 x; b& @9 l/ D& E- b( i• 铁水中的过多热量（温度>液相温度）
, o+ j1 `( H0 O" P9 m& D• 凝固热量
2. 能够将铸件热量向外传递，直到完全凝固
因此，冷铁的蓄热能力和导热性能都很重要。
4. 材质
$ w$ y- H7 \( _9 d, G& a& L6 k  f四种不同材质：
1. 铁
2. 不同种类的铸沙
3. 石墨
4. 其他材料
$ i" f& F! g, {. ^  `4 E4.1 铁
每种铁都可以拿来做冷铁，因为他们的熔点较高，并且蓄热能力好。但是不同铁做冷铁的效果不同，主要区别在他们的导热能力不同。
; f2 ?) s5 `  k+ h( P, E% d在不同种类的铁中，导热能力最强的即为冷铁冷却效果最好的。
在下表中可以看到，片状石墨的灰铁导热最好，其次是有着蠕虫状石墨的蠕铁，再其次是石墨形状呈球形的球铁。
. z) V& y' w- j可锻铸铁和白口铸铁 (马氏体铸铁含有大量的碳化物) 都不能做冷铁，因为他们的导热性差，而且易裂。
' _% h0 _+ @  j- g" K. k( D有时也可用钢来做冷铁，但从表格中的数据可看出，这绝不算是一个好的选择。

4 A! j) b, c6 `3 S* F (*) 由于不同参考资料给出的数据略有不同，请将表内数据作为大致参考。
冷铁的 “蓄热能力”强，意味着其转移热量的能力强、速度快。冷铁的蓄热能力越强，需要使用的冷铁体积就越小。
“导热性能”在铁水冷却过程中使冷铁不断的吸收热量，直至其对应部位的铸件完全凝固。
8 `) t3 \9 M! w% F& K4.2 不同种类的铸沙
0 `( m+ T' W$ [+ \粘土沙是最基础的铸沙材料。其他材质还包括鋯英砂、镁砂和鉻矿砂。

(*)由于不同参考资料上给出的数据略有不同，请将表内数据作为大致参考。
(**) 采用了不同的检测手段
/ h9 e$ M0 @! v很明显，鋯英砂是一个很好的选择，它不光具有较强的导热性能和蓄热能力，而且其受热后膨胀很小。这个特点对造型箱和铸件表面质量都有好处。
采用碳化硅可事先做成特殊形状的冷铁，或做成块状冷铁。其制作完全可以采用混沙系统。
6 D' W. @. j6 E' ~3 U* Q* d铸沙型冷铁的效果不如铁材质的，所以很少直接作为冷铁采用。但这类型的冷铁由于采用沙子制成，更易于成型，所以更适合用于圆滑拐角的位置，或铺放于冷铁中间。这种用法容易操作，只使用普通的混沙工艺就可完成。
. z; E# `2 z7 G0 G7 ?# z3 G此类冷铁的使用可减少钢铸造中裂痕的出现。对于铁铸件来说，沙质冷铁同样对铸件局部的质量有好处。
) F/ B" I* [' N5 A- v- u* w: r
9 [9 z/ M1 f1 x# B; z* I* b  M4.3 石墨
石墨冷铁的冷却效果比较好，与铁质冷铁的效果近似。
石墨冷铁的优点在于铸件表面夹气问题少，冷铁的修理维护成本低，且易于加工。但石墨冷铁的自身价格相对来说比较高。
石墨冷铁非常适合用在芯子，因为其导热能力强，而且能保证较高的铸件表面质量。
2 i, x3 A( c" d1 w4.4 其他材质
其他冷铁材质中值得一提的有碳化硅沙，这种材质可以做成块状冷铁，也可以跟铸造沙通过混沙工艺混合使用。无论使用上述哪种方法，碳化硅沙制成的冷铁都可以与粘土沙一同进行旧沙回用。因此作为冷铁材质中的一种，碳化硅沙值得推荐，不过其成本较高。
其他材质的成份都以氧化铝为基准，属于高铝红柱石（Mullite）家族。他们的名字都是商品名称。这类产品的优点在于他们的热膨胀都很小。（热膨胀率见4.2章表格）
) @/ X% f0 P. I7 ?4.5 不同材质的“相对焦耳数”MATERIAL DATA ACCORDING TO J CAMPBELL
主要包括2个重要参数:
# p3 z: X. \) X7 G1. 热扩散 heat diffusivity (J.m-2.°K-1.s-1/2) HD
热扩散是指型箱吸热和散热的能力
- u3 @# k3 K6 gThis is the capability of the mould to absorp heat and spread it over its volume.
HD = TC.D.SH
TC 热传导 J.m.°K-1.s-1
4 S$ [6 w9 B. d/ }( F; XD 密度 kg / m3
SH 蓄热能力 in J.kg-1.°K-1
, g9 c6 o0 k% P2. 单位体积的热能力 heat capacity per unit volume ( J.°K-1.m-3) HC
( R+ p* V) F  g' H- x; s这个参数专门用来衡量冷铁材质的吸热能力，能力越强，冷却效果就越好，所需要采用的冷铁也越小（少）。
下表中列出了在 20 °C温度下各种材质的参数:
1 \9 z' @) d; n+ t) d
. m0 w* H2 w7 u' p$ U1 n4 {1 I7 i从上表中也可看到石墨冷铁和铁质冷铁的冷却性能几乎相同。
5. 计算
9 t* R+ X/ E, ^0 Y5.1 造型材料
5.2 外冷铁
" x5 Q! N) W' E  B1 V" \8 J) N5.3 内冷铁
- O4 s3 X! R: I' N1 \) S应该将影响冷铁冷却效果的各项因素都计算一下。这些因素包括“冷却面积”和冷铁体积。
冷却面积不可简单理解为铸件物理意义上的表面积，而应该理解为影响到散热的面积。原则上说，计算是要算出铸件需向冷铁转移的热量，以此为基础，按照需要的冷却比例进一步计算冷铁。
1 u9 @& a9 C  D冷铁（预热）的温度非常重要：
' y% S9 p( F& m$ a1. 预热只是为了要避免冷铁含有湿气
8 |$ X6 b1 }, ~/ s, C" h4 H9 y2. 冷铁和铸件金属的温度差会影响到凝固过程中冷却金属的金相和石墨形态
5.1 造型材料
' n9 p' V0 x5 B+ u# j; o铁水凝固的时间跟所用造型材料是有关系的。Chvorinov 对此列出了如下公式:
) k* E4 j6 g6 W4 m8 U7 _, Z/ x/ Ht = c x (V / A)2
- ?  ^, V: N' W7 ]t = c x (M)2
c 凝固系数 根据材质和温度不同而不同
V 每部分的体积
' I' j2 R; ]$ U9 f- D/ qt 凝固时间 分钟
A 每部分的面积
M 每部分的模数 cm
( F4 M) c/ f( G  S* G' Q以下数据来自于一系列的试验，这些试验是专门针对壁厚在150mm（模数为2.5）的钢在不同造型材料影响下凝固的定量分析。
. q+ t+ |, F: O& T  A2 ~9 j

7 r' w& p7 k3 L9 _我们拿粘土沙的例子来计算一下对模数的影响:
3 \- Q0 h. F+ }' r6 Ht = c x (M)2 或 t = c1 x (ci x M)2                      c1 粘土沙的系数，或 2,72
c = c1 x (ci)2                                              ci 对模数的影响
4 I+ ~: G. |" Y$ C$ @
从这里可以看出，铜和铁可以降低模数 50 % (最大值)。 碳化硅看起来比鉻矿砂的效率更高。
' l0 |: ?( x. x8 A没有数字来支持铁受到的影响是不同的。
注释
. c2 h$ k8 B; x1 l; C: ^呋喃沙对于铸件的影响如下：
t = c x (M)2
1 K4 t7 A' j/ Z9 l7 j! E1 Xc = 2,1 钢
8 R; @" Z- g; a9 ?- d; n8 B; zc= 3,0 铝和铜
# K8 H2 s0 B+ [. T; p2 Q; f! Sc = 4,0 球铁
5.2 外冷铁
  ~* a; L. O7 O0 G# @. a冷铁的体积
最小体积的计算如下:
* U7 \7 P3 u' |) i$ S) d2 ^1 b" ~V冷铁 = ς铁水 * V0c * (Moc - M残余) [L铁水 + C铁水 * (TP - TL)] / M0c * ς冷铁 * T冷铁 * C冷铁
) G' d- @1 D5 W0 H4 ]% B如果冷铁的允许最高温度能决定，那么公式变为:
4 Y) x2 B5 c1 x" ^- R1 F) \V冷铁 = 1,66 . V0c * (Moc - M残余) / M0c               冷铁温度 400 °C
V冷铁 = 1,11 . V0c * (Moc - M残余) / M0c               冷铁温度 600 °C
V冷铁 = 0,83 . V0c * (Moc - M残余) / M0c               冷铁温度 800 °C
冷铁的表面
S残余 = S0c + 3 * ST.冷铁 无间隙冷铁，与铸件表面不夹隔空气
S残余 = S0c + 2 * ST.冷铁 有间隙冷铁 ，与铸件表面有夹隔空气
8 X; M4 Y8 i9 N( \要求模数
8 r  A# ~* H- Z4 A5 X; @M残余 = V0 / S残余                          限制条件为： M残余 >/= M0 / 2
7 |; T' n+ z& l( v9 H# G无论冷铁厚度多少，冷却作用范围最大只能到铸件壁厚的一半！
/ \% m, I' v* o8 w符号:
V冷铁 冷铁体积 cm3
V0c 冷铁作用位置的铸件部位体积 cm3
& f3 v& Y* F/ u, n4 kς冷铁 冷铁的密度 g / cm3
ς铸件 铸件金属密度 g / cm3
9 o3 q2 M7 ?0 L8 h. k/ ]2 eMoc 铸件局部的原始模数 cm
! c6 p7 I5 N8 u' EM残余 铸件局部需要达到的模数 cm
1 o4 @4 w4 N3 O7 e3 TS残余 铸件局部需要的面积，为减小模数
S0 铸件局部的原始面积
5 F9 n8 Q) o( C- ^! p( hST.冷铁 冷铁的接触面积 (冷铁与铸件接触面积)
TP 浇注温度 °C
TL 铸件铁水的液相温度 °C
TS 铁水的固相温度 °C
& o$ N  e) j+ x# W% r  u; @# j# @# ~T冷铁 冷铁允许的最高温度
. w7 Q( E4 U' lC冷铁 冷铁的平均蓄热能力 (20 到 400 °C)
# R; F  @4 r$ h* W& DC铸件 铸件的平均蓄热能力
. c: A, G) `2 G9 FL铸件 铸件铁水的熔炼热量
L铸件  灰铁
$ M8 D; t* t9 e2 G8 t球铁 64 cal / g
C铸件 灰铁     0,175 cal / g °C     720 J / kg.°K
球铁     0,12               515
蠕铁     0,15               620
钢       0,125              520
8 _# ^$ H, X: t9 C( z冷铁的最终温度取决于冷铁和铸件冷却部分的体积比 (V铸件):
V冷铁 / V铸件     0,26        0,40    0,52    0,72    1,00
  c4 }- }$ U% E$ N+ v. O% I  H最终冷铁温度      810 °C     730     720     580    400
冷却比例         11,4 °C/min  16,6    21,1    28,5    38,9
范围 Tp（浇注温度） – 730 °C
5.3 内冷铁
8 D: S7 J- y/ S- U5 m内冷铁计算公式的使用条件是：内冷铁的成份须与铁水化学成分相同，冷铁熔化并且完全融入铸件内。
/ b; ^9 m* Z$ E/ k, c完全准确的计算很难做到，但下面这个公式的应用结果还是相当好的：
V冷铁 = V0c * ( M0c - M残余) [ 0,33 * L铁水 + C铁水 * ( TP - TS)] / M0c * (C铁水 * TS + 0,5 * L铁水)
6. 使用规则
- @" ~2 v1 l3 C0 d! t$ f# w/ K1. 最大冷却范围
; K7 V  n) u! \4 t2. 冷铁材料的相应数据
3. 用于模数修改的一些常用数据
4. 铸件拐弯处的冷铁放置
5. 冷铁的组合使用
6. 增大冒口补偿的末端效应
. q; m4 V, F. Q- Z6 L0 K7. 金相组织
1. 最大冷却范围
铁质冷铁的最大冷却范围取下面两个中最小的一项：
• 铸件壁厚的一半
• 冷铁厚度的一半
冷铁厚度通常是效果范围的二倍，因为:
6 m7 f" r' M  d' `- q# ~$ R, K• 在浇注过程中有很多额外热量（高于液相温度以上的额外热量）也传到冷铁上。
) R9 _6 p! f& o% g• 在铁水充型的过程中，由于铁水不断流动，也将大量热量传递到冷铁上。
& G# z0 W( [0 p' A% x当冷铁厚度与接触部位铸件壁厚相等时，热量传递效率最高。有以下适用原则：
*冷铁壁厚等于铸件壁厚                     效率高
4 l* i2 x% y' s5 s5 C0 j) m*冷铁壁厚等于1-2倍铸件壁厚                效率一样高
*冷铁壁厚大于2倍铸件壁厚                  效率降低
冷铁侧面的影响效果 (T是铸件部分的厚度):
( D2 C" ^) a! U5 w  K# z* 4 x T 强导热材料: 铝, 铜…
* 2 x T 钢.
注释:
. z! j3 O; v9 h" I) X% ?冷铁的模数能够和相应部位的铸件模数一样高。
2. 冷铁材质的相应数据
5 d3 ]; U& v% v/ g& x3 A4 z! a" S计算冷铁需要用量的重要数据都列在了下面表格中。

1. Y-系数是用于公式计算中的一项系数
9 W2 e- K; C' [4 s  U; \9 g* L2. Mmod使用冷铁后最小的模数. 这个数值应与初始模数对比.
4 n- D/ g: K# @; V/ o1 r; qMmod = factor（系数） . M0
5 V' L  @+ g& T' @( l2 B. [3. 冷铁的最小厚度，根据铸件壁厚来计算需要消散必要热量所需的最小冷铁用量
T冷铁 = factor（系数） . d0
7 }0 J! u  Y1 _1 [1 F1 E4 a4. 影响范围指凝固过程中受到（金属的）冷铁冷却作用的部分，其大小跟对应部分壁厚有关。
Z冷铁 = factor （系数）. d0
' k. n6 u1 _, g不同种类的冷铁:
1. 铁质冷铁:
* C2 B4 y2 i' L- i. N' m2 i• 最长使用的冷铁
• 应采用珠光体生铁 (高碳，低硅)
• 不能出现白口化的冷铁材质!
• 最高的冷铁冷却效应
2. 石墨冷铁:
• 较贵的一种材质
• 使用寿命较长 (可达到 50次)
" l8 {+ M' w1 g( @, _• 需要的维护工作少
. _: d0 G* {8 t0 v• 不会造成夹气问题
3. SiC 冷铁:
8 z: C9 |2 l0 f5 y: i• 成本高
; F, z) _& h3 `! n  a- }• 可当作呋喃沙混用 (不受形状的约束)
• 比鉻矿砂的冷却效果更好
• 不可回用！
4. 鉻矿砂冷铁(或锆英砂冷铁):
• 可当作呋喃沙使用
* }0 U: G# _" q* ^• 冷却效果最小
• 可在铁质或石墨冷铁周围使用，使铸件的冷却边缘更为缓和。
9 a# B1 B9 [* y/ W, d- _' Q3 u6 O• 几乎不可回用(需要特殊设备)
  O* E$ w  r* Y1 \+ @• 如准备不足，会有夹气和影响铸件表面质量的危险。i
3. 一些常用数据
* K) L  A8 G! Y; _- m, `1 x8 i7 P1. 板状

2. 突台部位




$ m: K( M: Z# K1 f$ i- f" p4. 铸件拐弯处的冷铁放置
" o0 x( o9 w& U$ ?- y8 l1. L型拐弯处
一边放置冷铁，再加上拐角处的末端效应, 冷却效果就会相当不错。不过会出现一些很小的缺陷（缩孔）放在拐弯处内侧的冷铁也会起到同样的冷却效果。最好的方法是在L型拐弯处的两个外侧面都放上冷铁。

2. T型拐弯处
如果能在T型拐弯处的两个夹角位置都放置内冷铁，其效果会很好；也可以在外平面位置放外冷铁，T型拐弯处总会多少出现缺陷 (小缩孔).

3. X型拐弯处
  U' {) {$ T0 H  m, _) w6 k5 d这类拐弯，无论冷铁怎么放，都还是需要加设冒口来避免缺陷（缩孔）。 最好的方法是采用冒口的同时，配合使用保温材料，以保证冒口的补偿距离能够到拐弯的位置。
0 X: R* q' |! q" l. N1 Q- i# @* X如果这个X型拐弯是竖着浇注的，那么上面一定要加冒口。如果条件允许，最好在底面采用内冷铁。放置方法如右图所示。
   
) M) {# c4 c9 b( ^5 [! T- V5. 冷铁的组合使用
冷铁一般都会用得比需要量稍厚一些，以保证浇注过程中的多余热量得到消散。因此冷铁厚度可以达到铸件壁厚的3至4被。这里的冷铁是指一块或多块的组合。
. I, q5 A# H9 ^' f( ~如果需要冷铁在铸件体上作用的范围大一些，就应该考虑减小冷铁厚度，减小其冷却深度。
3 |3 K! R' A& B: @

: v# B* W9 u. i冷铁组合如何使用?
对于组合应用有这样几个因素需要考虑：第一是冷铁作用的深度，另外一个就是出现裂痕的风险。
+ Y6 b; }7 [$ ^$ v3 V7 N1. 作用深度
1 v" U+ l) v7 _! o0 B! y1 v( }, I* J如果在一个区域里冷铁的厚度都一样，其作用的深度也相等。那么非常重要的一点就是要检查冒口的补缩范围是否包含了冷铁间间隔的区域。冷铁的横向冷却作用和纵向冷却作用不太相同，设计时需要用到其哪种作用效果需要分别考虑。
! k% o# v5 m3 S9 x% t钢和铁的凝固不同。钢凝固过程中形成树枝状晶体组织，铁为糊状。冷却作用会在凝固过程中不断进行。对于球铁，只要等于或大于0.8倍对应部位铸件的模数，这种作用就可以传递。如果是灰铁（碳当量大于4.2）这个倍数仅为0.4。
; _; f, ?3 ?$ d% ~: I: ]4 ?1. 纵向冷却
4 f2 U1 U' |8 G2 _3 S因为铁水补偿都是从上向下垂直方向的，一般补缩深度都是够的，只取决于冷铁作用间隙的情况。
7 ?" G: I8 F0 J. B) e根据铸件材质不同，允许的冷铁作用间隙大小应符合以下要求：
/ f& \/ G$ f( ]+ E, `0 a% dl < 3xb 针对钢和高合金铁
l < 6xb 铁
6 G/ i1 J/ u# V# o& D如果空隙大小和冷铁尺寸相同，那么补缩可以完成，也不会出现裂痕。
2 Y* u/ a1 U0 O6 I5 e+ s3 O
. P! D1 H, `0 ~. t( s- x右图的冷铁排列方式不是最好的，因为在行与行、列于列之间不受冷铁作用的区域较大，且易受整行移位变大。
7 {% b$ M  [4 M- L/ _( n5 P
第二张图的冷铁排列较第一张好   

如果采用第二张图的方法摆冷铁，并在冷铁间洒满有

% x5 U) I$ u9 P' o. {: C2 v
' t7 y; m. @/ P2 z* A- P如果是纵向补缩的情况使用了侧面冷铁，那么
  
2. 横向冷却
1 w, W5 ~' _# ^2 K) S横向作用的通道不一定都能保证畅通。当冷铁未作用的间隙大小与冷铁大小相等时，且剩余部位（不受冷铁影响的部位）的宽度较大 （在0.8-1.0倍的冷却厚度）时，横向补缩受阻，尤其是对于钢。

除上述情况，当未冷却的间隙高度落差无法满足纵向补偿的要求时，这段横向作用也无法实现
l < 3 . b 针对钢和高合金铁
l < 6 . b 针对铁

解决上述问题最好的方法就是不要出现这种落差，让冷铁冷却作用的位置高度均匀，这就需要在冷铁块之间加入有冷却作用的造型材料。
- P& Q4 }/ s8 V
# B( u3 x& ~$ P. e+ d2. 出现裂痕的风险
! T; K+ P- c8 }' O1 Q+ P) J当凝固时出现树枝状结晶且凝固层只是表面薄薄一层的时候，与冷铁接触的铸件表层会因为凝固收缩产生收缩应力，因此生成裂痕。这是钢的情况。具体分析在第7章不相符情况分析。
1 n4 K, U, [; g0 S/ s解决方法是通过冷铁周围使用有冷却作用的辅助材料，帮助减缓冷却效果突然消退的变化。
另外一种方法是通过减小冷铁厚度来减少铸件冷却的区域，以做到冷铁间的间隔距离应与“冷铁接触的尺寸”相当。但这样做的负面影响将会是冷却效果不足。
上述问题对铁几乎没有影响。因为无论是灰铁还是球铁，在凝固过程中很快会在外层生成凝固层，而且这个过程中不会形成树枝状的结晶，也不会有大量消除不掉的收缩应力。
( }4 m' r. h2 @3 D8 E8 f无论怎样，在冷铁块的间隙处铺一层有冷却效果的造型材料会起到正面效果，冷却的效率也会提高。
% l1 F7 k  N# f6. 增大冒口补偿的末端效应

( X$ R8 I- w  Z3 [冷铁有一个很重要的作用就是阻断两个冒口间可能冲突的补偿，让每一个冒口的补偿作用截止在冷铁处，不会冲到另一个冒口的补偿范围里
无论浇注情况如何，只要采用冷铁阻隔，就不需要再考虑哪一侧热量更高，哪一侧的补偿距离更远等问题。冷铁将冒口的补偿作用截止在冷铁处。
这种冷铁的应用在圆柱形和圈状的铸件上非常普遍。

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) t( O/ X) `0 t* W; X+ p+ c7. 金相组织
6 V4 E  c) U; B, d, w! G1 j3 r因为冷铁可以在短时间内吸收转移大量的热量，所以相应铸件部位的冷却速度会比较快。根据化学成分和CCT图，铸件局部的金相会与其他部位不同。
对于较小的冷却区域，铸件有变为珠光体、贝式体或马氏体，甚至在有特殊化学成分时形成碳化物的趋势。在这样的区域里硬度增加，机加工性能变差。
对于中等的冷铁冷却区域，上述那些趋势也存在。但由于热量散失的区域较大，对晶体的形成有缓解作用，这种缓解也可以消除硬度的增加，但冷铁对应的铸件部位强度和硬度还会较其他部位略高。
对于较大的冷却区域，影响部位的铸件温度可上升至Ac-3温度附近，产生的珠光体（进而转为贝氏体、马氏体，但可能性非常小了）可被铁素体和石墨化解。
这样的原理会导致低合金铸件与冷铁接触的表面反而会硬度较其他位置偏低（因为合金成份可以分解最后凝固的、在核心部位的铁水）这部分铁水为铁素体，大多起到增加石墨球数的作用。
& ]2 D. ^6 T2 J这类反作用效果在实际操作中经常可以看到。
凝固速度快可导致铸件的石墨球小而多（针对球铁）。而这种材料的强度高，延伸性强，尤其是抗冲击性强。
也是由于这个原因，采用金属或瓷作为模具的铸件表层颗粒非常细腻（根据壁厚情况，甚至可以达到16mm），而且在满足金相和碳化物要求的热处理后，其强度和延伸性都很好。
7. 不相符情况分析
内冷铁和外冷铁所引起的不相符问题不同，所以在文中两类问题完全分开总结描述。
# ^" X/ r  s0 e3 J# w3 [' Z7.1 外冷铁
% o, W( [: R6 E& G' D  a1. 冷铁熔入到铸件内
• 熔炼温度过高
• 冷铁体积太小
! s0 e! z1 F9 s
; F" @/ R' ]- A- f) F% W; H   
2. 接触表面上的夹气问题
' q% g9 ~- d) M3 d• 冷铁表面不平整，与铸件接触表面之间夹杂了空气或潮气
• 生锈的冷铁 (FeO + C ---> Fe + CO)

3. 在冷铁的下端和/或外侧出现裂痕
3 }3 l1 z8 j4 O0 h9 n1 [7 |6 v• 温差太大
• 冷铁的体积相对于铸件壁厚来说太大
* p9 J% U" }$ j7 E7 A6 T3 x• 铸件的收缩被过分限制

冷铁造成的表面裂痕

避免出现裂痕
0 s4 j* @1 d; z( \# `1 K
4. 块状冷铁边角处出现的裂痕
0 c9 n+ i' U8 Z• 冷铁边角的角度太大
• 浇铸温度过高
冷铁形状不正确造成的裂痕
0 V7 P* ^7 [  M8 F  [( m9 T6 t
5. 冷铁的冷却效率太低
% _& z7 a4 Z# @1 r# x; E• 冷铁位置在内浇口区域
• 冷铁所在位置铁水流量很大
• 冷铁用量太小
! A3 r7 N! a0 f& @0 j. W• 冷铁选用的材质不正确 (金属、沙或其他材质).
* J, Q: K6 q3 Q9 E9 z) h6. 硬度太高
- @- q' s. C7 u# H/ @• 金属的碳当量过低（尤其对于灰铁）
• 镁(+ 稀土) 含量相对于铸件壁厚来说过高
3 V4 z# n. o% X+ \! m7 b. L2 C' c• 太多增碳元素（Mn, Cr, Mg, Ti…）
7. 7.2 内冷铁
2 u* d4 X9 D! a9 r& x3 M) c1 K. k1. 冷铁附近夹气
• 冷铁上有锈、湿气或油渍
3 l8 W4 s1 n! w! Y) i# [8 Y8 Y• 形状不正确
• 横向摆放的冷铁
" `; p% y* k7 p1 ^# J: S2. （内）冷铁表面有不相符物质
9 Q3 o8 o1 m$ j" ?& n4 X- ?3 a• 带锌涂层的冷铁
3. 裂痕出现原因
; q7 w  q/ p. z; |8 d8 ?• 冷铁内藏看不到的缩孔
• 面积太小
' \4 C5 F3 }6 g4. 未熔的（内置）冷铁
• 浇铸温度太低
• 冷铁表面与铸件表面的比值抬高
; B4 p2 ~3 v) e# Q! Z内冷铁的RT检测结果
$ m! t9 E, B8 M1 P  N  `2 _
+ y( A) u& g+ Q* C# Q, @: J8. 总结
冷铁可以用作控制铸件质量的工具，其危险就是会造成某些金属出现裂痕（如钢） 。
, u; v  i; e8 X: T$ R' A) F铸造状态的金相可通过冷铁的使用来控制。控制要对冷却面积大小不同加以区别。无论面积大小，与冷铁接触部位总会颗粒偏小，强度和延伸性较其他部位略强。
0 ]' k6 M3 o. d* I. x使用冷铁可以减少浇注铁水的用量，增加出品率（铸件净重量除以浇铸重量的比值），从而也减少了能耗。而现在节约能耗也正是很多国家的热点问题。
冷铁的使用也需要进行 “冷铁管理”。在使用冷铁前要进行一系列的检查和管理措施。包括检查表面质量、尺寸和放置的位置。铁质冷铁引起的问题可以通过改用石墨或碳化硅冷铁来避免。因为这两类冷铁不会有夹气和受潮的问题。
正确地引入每种冷铁的实际作用效果，对计算机模拟能达到的准确性非常关键。
附件:铸件上的“散热片”
/ U2 ^" J4 R1 i: p0 Z铸件上的“散热片”是指这一部分的壁厚相对于其长度来说很小。
其作用应通过对T型部分的分析来得到。
如果铸件的“散热片”壁厚情况如下:
" j* @! E) ^, r0 ?$ K$ H, D7 k“t” 热节处出现缩孔
1 \3 U, I& f- `6 H4 \; n4 D5 I8 m“2 t” 缩孔不出现在铸件体，而是在披缝里
“t / 2” 对铸件体没有任何影响
! i; O5 h5 h$ S8 u( R! c: A7 a“< t / 2” 对铸件体有冷却作用
5 J4 r! C* O* p% z
7 }: I8 I& m9 P* L# c
- q- o  r7 s/ B& m" M铸件上的“散热片”不可能厚度完全为零，实际上，它还有以下作用:
1. 具有一定的厚度，可以消散铸件上的部分热量 (具体作用也取决于铸件壁厚)
% e9 e5 ^0 y% x# d! }( t2. 具有的长度也可消散热量 (但散热片的量要保证尽量小).
   
% ?0 j, U! A, P! ^; e+ C- D最好的情况是两侧都有散热片!
9 D5 e2 L) e4 a( l8 J( V* 厚度 等于铸件壁厚的0,07至0,09倍
* 长度 等于铸件壁厚的2倍
2 q0 Y' N9 ]0 H1 W金属导热性能越低，散热片的作用效果也就越低。也就是说铁的作用效果要低于铜和铝的。当然冷铁的冷却效果比 “散热片”的冷却效果更强。
“散热片”的冷却效果还给我们提供了一种应用方法，就是在需要额外冷却的部位，零散地加入一些散热片，并在造型时把这些片做在型箱里。
/ j3 b2 }3 M' A: N6 m
& b, G# q$ I) j. N1 b! e1 u  L散热片与冷铁的比较
! {) K% z7 i4 [! _$ ^% `& {1. 散热片与冷铁相比对薄壁部分的冷却更有优势；
2. 散热片总会与铸件连接着 (大多数冷铁和铸件间有夹缝，可能产生夹气)；
# T' X3 s. @/ D! Z; E' E3. 在造型操作过程中散热片不会像冷铁有脱落的可能；
4. 夹气的可能性小；
5. 成本更低(不需要管理,使用寿命更长…)；
6. 是模具的一部分: 能保证使用位置的正确；
4 L1 c3 J3 {; a5 ?3 J5 ~% d+ ~" S, N7. 冷铁冷却的效果强 (与铸件接触面更大，冷铁的吸热体积大).
附 件 :
/ m1 c5 ^. K9 ~5 t灰铁和球铁效果的区别
在使用冷铁时，灰铁和球铁的孕育及球化效率都会比较有效。
对金相和石墨形态的影响完全不同。下图是非合金铁水凝固时的共晶图。

如果镁含量增加，共晶点碳当量值随之上升。当镁含量为0.04 %时共晶点碳当量已经是4.4-4.5。当镁含量为0.06 %，碳当量至少达到4.6。这就意味着凝固出现亚共晶的风险增加（对于灰铁来说珠光体的出现增加）
因为球铁的碳当量一般在4.1-4.5（尤其对薄壁铸件），所以凝固多出现超共晶，也会有少数出现亚共晶。在凝固的过程中，石墨首先偏析，化学成份向共晶点移动。形成碳化物的趋势很小，如果铁水中不存在促使碳化物形成的元素，不会生成碳化物。
灰铁的碳当量在3.4-4.0，开始凝固时出现亚共晶，并同时会形成珠光体、渗碳体(Fe3C 和Fe)和碳化物。当铁水的化学成分达到共晶点时，自由的石墨和铁素体(Fe 和C)发生偏析。
各种材质的实验数据如下：

距离冷铁远近不同，硬度、铁素体含量和渗碳体(铁和碳形成的化合物)含量不同，如下表所示：


可以看出，球铁的表层至少有70%的铁素体和不足2%的渗碳体；灰铁表层的铁素体含量不足5%，渗碳体可达到多于25%。
6 f" O& k$ h9 g: @7 B# L: ]5 A$ \如何在浇铸前检查铁水情况? 楔形试块可以给出所有需要的参数。比如灰铁，未孕育的灰铁碳当量越低出现的白口化越多。未经孕育球化处理前的球铁，楔形试块不会出现（或出现非常少）白口铸铁。球化后孕育前，试块基本都会出现白口化区域。
, c+ \9 t! b2 q5 u检查球铁的球数也很重要。除了距离冷铁远近情况，冷铁与相关铸件部位的体积比是决定球数的一项关键。
3 L) Q9 E& o% I9 L9 q* [相对于铸件冷却部位，冷铁的体积越大球数越多。这种正比关系一直持续到铸件15mm深时结束。

zhjsdlc74

太麻烦了，下次直接传文档好了。

zhjsdlc74

冷铁的使用.pdf (1.24 MB, 下载次数: 149, 售价: 1 枚热加工币)

2013-7-24 21:05 上传

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心如大海

回复 8# zhjsdlc74
/ ]/ v  I* m# E" s" ^% r
* h! _0 C. k: Q, U! ^- a, s关于冷铁使用有这么详细的知识介绍真的很好，图文并茂很有收获的。谢谢您！

老翻砂匠

8楼讲的很全面，感谢分享~

hstg

辛苦了8楼

心如大海

有好的知识经验体会共同分享，对于同行来真的挺难得的。为了让大家更多的进步与成长，这种交流与分享会起很大的作用，真的很感谢专家朋友的帮助！

fbi-2008

建议给8楼加分，资料整理的不错。

wanglinfan9000

收藏了

爆米花

8楼的整理的资料真好

竹聿

偶尔在什么地方看到冷铁使用需要注意外形

老翻砂匠

回复 18# 竹聿
$ x. |5 K" d# G8 l
$ [+ |' l4 }  u' L9 X
    注意的地方太多了，冷铁是好东西，但也不是一定是好东西！

zhjsdlc74

, n8 @, g  E0 x
; k( ~! R& U8 [我认为冷铁是个麻烦东西，原则上能不用就尽量不要用，不要为了一点点出品率（提高很多的除外），而过多的冷铁使用，冷铁会把铸造缺陷转移，能减小缺陷，但是不会消除缺陷。对于NDT要求等级高的铸件更要慎用，这也是为什么轨道交通铸件在冷铁使用上比较注意的原因，使用冷铁往往是为了改变铸件局部的凝固顺序（不是均衡凝固），对铸件的重要部位来说，在总体上还是要配合保温/发热冒口等工艺措施按照顺序凝固的原则来处理。国外的铸造工艺原则有很大的不同，同样一个结构的铸件（高要求），日本的工艺往往倾向于均衡凝固（这也许是小国家资源少的影响），而欧洲的工艺（意大利、德国）在总体上往往采用顺序凝固（局部还是使用冷铁）。另外，丹麦VESTAS的风电铸件如轮毂，也很少使用冷铁（相对而言），这是我自己对自己经历的铸件工艺的一点总结，希望能抛钻引玉，也希望大家谈谈自己的想法和经验。