熔焊内冷铁的冷铁比和焊合温度

熔焊内冷铁是指冷铁外表面被高温钢液熔融，凝固后与铸件熔合在一起的内冷铁。熔焊内冷铁一般用于铸后不需要去除冷铁的铸件，有时也用于铸后需要用机械加工去除的部位，这时往往希望被激冷部位获得致密并得到晶粒细化的组织。

1.材质

熔焊内冷铁的材质一般采用与铸件相同的材质，或者采用相近的材质。对于铸钢件和铸铁件一般可使用相同材质的冷铁，也可以使用低碳钢，如ZG230⁃450、ZG270⁃500、ZG310⁃570等铸钢件可用w（C）为0.10%～0.20%的碳素钢型材做内冷铁，如20圆钢。青铜和黄铜可用同材质的铜合金做内冷铁，例如可从同质铸件上截取铸筋或表面致密的浇冒口做冷铁。对于要求不高但又厚实的铸件如砧子、锤头、垫铁和平衡铁等，为了降低成本可利用同质铸件的浇道棒做内冷铁。

2.模数法设计内冷铁

在铸件的被激冷部位，设置冷铁后凝固时间缩短，相当于铸件该部位的模数变小。假如激冷前铸件该部位的模数为M₀，被激冷后铸件的模数为M_r，为实现顺序凝固，被激冷部位应该比邻近部位的模数M_P，则M_r=（0.83～0.91）M_P。假定一般铸钢件的固相线温度是1450℃，根据经验，只有当内冷铁的温度上升至1485℃以上时，才能与铸件焊合。浇注后钢液向冷铁释放热量，并使冷铁表面熔化，热源由钢液温度下降和凝固潜热的释放所提供，则钢液释放的总热量H_re（J）为

式中 ρ——钢液的密度（kg/dm³）；

L——钢液的凝固潜热（J/kg）；

ΔH——钢液的过热热量（J/kg）。

钢液释放的这一热量等于冷铁吸收的热量，当内冷铁与铸件发生焊合时，内冷铁的温度首先应上升到固相线温度，大约为1450℃，然后继续升温，表层熔化，与铸件焊合在一起。内冷铁与铸件熔焊所需热量为H_ab（J），其计算表达式为

H_ab=ρ_cV_c（1450c+0.5L） （6⁃6）

式中 ρ_c——内冷铁密度（kg/dm³）；

c——内冷铁比热容[J/（kg·K）]。

根据激冷区域的热平衡原理，有：

假设ρ=ρ_冷，则

令，则

系数f是钢液充型温度的函数，表6⁃9给出了钢液在不同充型温度时的f值。

表6⁃9 钢液在不同充型温度时的f值

图6⁃7所示为利用式（6⁃9）计算得出的简易计算图。由该图通过钢液的充型温度和M₀/M_r值即可求出右侧纵坐标轴上标示出的被激冷部位单位体积铸件所需的内冷铁重量，乘以被激冷部位铸件的体积，即可获得所需内冷铁的重量。

图6⁃7 熔焊内冷铁重量的简单计算图

图6⁃8为所示为熔焊内冷铁尺寸的简易计算图，由该图可直接求出内冷铁的直径或其他尺寸。

熔焊内冷铁的尺寸还可以由公式来计算，计算公式为(www.xing528.com)

式中 ρ_m——钢液低于1700℃时内冷铁焊合时间的延长系数；

d——如图6⁃8所示的内冷铁尺寸（mm）；

t_V——钢液高于1450℃的温度差（℃），即钢液温度与1450℃的温度差。

由式（6⁃10）和式（6⁃11）整理成一个计算公式为

d=0.1t_VM_r^1.8 （6⁃12）

根据上式，可由铸件被激冷后的模数M_r及浇注温度即可计算出冷铁的尺寸d。

图6⁃8 熔焊内冷铁尺寸的简易计算图

3.经验法设计内冷铁

内冷铁重量G_c（kg）可按如下经验公式计算：

G_c=KG （6⁃13）

式中 G——铸件或被激冷热节部位铸件的重量（kg）；

K——冷铁比（%），即内冷铁占铸件被激冷部位铸件的重量百分比，见表6⁃10。

表6⁃10 内冷铁的冷铁比和直径

注：1.对实体铸件，如砧子等，内冷铁按总重量计算，在其他情况下，按放置冷铁部位重量计算。

2.如果流经内冷铁处的金属液多，取上限；反之则取下限。

冷铁比的大小直接影响铸件的质量，因此应控制在一定的数值范围。冷铁比的大小可按铸件热节处的模数来选定，如图6⁃9所示。

图6⁃9 冷铁比与相应铸件热节处模数的关系

对于L形、T形和X形热节中心，可使用圆钢内冷铁，冷铁尺寸可参照图6⁃10和表6⁃11设计。

图6⁃10 T、L、X形热节处内冷铁尺寸

表6⁃11 热节与内冷铁尺寸