大型鑄鋼件造型是鑄造生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，造型材料與方法的選擇直接關(guān)系到鑄件的尺寸精度、表面質(zhì)量及內(nèi)部組織。面對(duì)噸位大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄鋼件需求，需從材料性能匹配性、工藝可行性及成本效益等多維度綜合考量，構(gòu)建科學(xué)的選型體系。

一、造型材料的選擇邏輯

（一）砂型材料的性能適配

大型鑄鋼件澆注溫度通常高達(dá) 1500℃以上，造型材料需具備優(yōu)異的耐火度。石英砂因耐火度高、資源豐富成為主流選擇，但需根據(jù)鑄件壁厚調(diào)整砂粒粒度：厚壁鑄件（≥100mm）宜選用粗砂（40/70 目）以降低熱應(yīng)力，薄壁復(fù)雜件則需細(xì)砂（70/140 目）保證充型清晰度。對(duì)于高合金鋼鑄件，可摻入 30%-50% 的鎂砂或鉻鐵礦砂，利用其高導(dǎo)熱性緩解局部過(guò)熱，防止粘砂缺陷。

粘結(jié)劑的選擇需平衡強(qiáng)度與潰散性。水玻璃砂因硬化速度快、高溫退讓性好，在大型鑄鋼件中應(yīng)用廣泛，尤其是 CO₂硬化水玻璃砂，可在 30 分鐘內(nèi)達(dá)到 5-8MPa 的抗拉強(qiáng)度，滿足大型砂型的起模強(qiáng)度要求。對(duì)于尺寸精度要求高的鑄件，酚醛樹(shù)脂自硬砂是更佳選擇，其常溫強(qiáng)度可達(dá) 10MPa 以上，且熱膨脹率低，能將鑄件尺寸誤差控制在 ±0.5mm 以內(nèi)。

（二）輔助材料的功能強(qiáng)化

大型砂型需通過(guò)涂料提升表面質(zhì)量。石墨涂料適用于碳素鋼鑄件，可形成 1-2mm 的致密保護(hù)層，防止金屬液滲透；而鋯英粉涂料在高合金鋼鑄件中表現(xiàn)更優(yōu)，其耐火度超 1850℃，能有效避免鑄件表面產(chǎn)生氧化皮。背襯材料方面，采用石英砂與陶粒的混合填料（比例 3:1），可使砂型導(dǎo)熱系數(shù)提升 20%，促進(jìn)鑄件均勻冷卻。

二、造型方法的技術(shù)抉擇

（一）按鑄件結(jié)構(gòu)選型

對(duì)于重量超過(guò) 50 噸的特大型鑄鋼件（如風(fēng)電底座），地坑造型工藝憑借其不受砂箱尺寸限制的優(yōu)勢(shì)成為首選。通過(guò)鋪設(shè)耐火磚層（厚度≥300mm）和通氣管道，可解決地坑造型的排氣難題，配合樹(shù)脂砂填砂，能使砂型緊實(shí)度達(dá)到 90% 以上。而對(duì)于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的大型鑄鋼件（如軋機(jī)機(jī)架），分型造型更為高效，采用垂直分型結(jié)合三箱造型法，可將分型面數(shù)量控制在 2 個(gè)以內(nèi)，減少錯(cuò)型誤差。

（二）按生產(chǎn)批量選型

單件小批量生產(chǎn)時(shí)，手工造型配合木模（表面覆環(huán)氧樹(shù)脂層）成本最低，木模表面粗糙度可控制在 Ra12.5μm，滿足一般鑄件需求。批量生產(chǎn)（≥10 件）則推薦金屬模機(jī)器造型，采用球墨鑄鐵模板（硬度≥240HB），其重復(fù)使用次數(shù)可達(dá) 500 次以上，且尺寸誤差小于 0.3mm。對(duì)于年產(chǎn)量超 50 件的大型鑄鋼件（如工程機(jī)械履帶板），自動(dòng)化造型線（如靜壓造型線）更具優(yōu)勢(shì)，其砂型硬度均勻性誤差≤5%，可實(shí)現(xiàn)每小時(shí) 8-10 箱的生產(chǎn)效率。

（三）特殊工藝的針對(duì)性應(yīng)用

復(fù)雜曲面大型鑄鋼件（如船舶螺旋槳）適合采用消失模造型，選用密度 18-22kg/m3 的 EPS 泡沫模樣，通過(guò)階梯式澆注系統(tǒng)（充型時(shí)間控制在 20-30 秒），可使鑄件表面粗糙度達(dá)到 Ra25μm。而對(duì)于需精確控制壁厚的大型鑄鋼件（如壓力容器封頭），實(shí)型鑄造結(jié)合陶瓷型工藝效果顯著，陶瓷型面層（剛玉粉 + 硅溶膠）的線膨脹系數(shù)僅為 0.8×10⁻⁶/℃，能將壁厚誤差控制在 ±0.3mm。

三、選型中的關(guān)鍵參數(shù)控制

造型材料的含水量需嚴(yán)格控制在 0.5%-1.2%，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔，過(guò)低則影響砂型強(qiáng)度。砂型緊實(shí)度應(yīng)根據(jù)鑄件壁厚調(diào)整：薄壁件（<50mm）需達(dá)到 95% 以上，厚壁件可放寬至 90%-92%。造型方法選擇時(shí)，需核算砂型的壓強(qiáng)度，對(duì)于高度超過(guò) 2 米的大型砂型，其垂直抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥1.5MPa，以抵抗鋼液的靜壓力。

在實(shí)際生產(chǎn)中，某重型機(jī)械廠生產(chǎn) 300 噸級(jí)核電壓力容器封頭時(shí)，采用鉻鐵礦砂（Cr₂O₃含量≥46%）作為面砂，水玻璃（模數(shù) 2.8-3.0）作為粘結(jié)劑，配合地坑造型工藝，通過(guò)埋設(shè) 6 組通氣磚（每組面積 0.5m2），使鑄件的表面粗糙度達(dá)到 Ra32μm，尺寸精度符合 CT10 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了科學(xué)選型的工程價(jià)值。

大型鑄鋼件造型材料與方法的選擇，本質(zhì)是材料特性、工藝能力與鑄件需求的動(dòng)態(tài)平衡。通過(guò)建立 “鑄件參數(shù) - 材料數(shù)據(jù)庫(kù) - 工藝仿真” 的三維選型模型，可實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)選型到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)選型的升級(jí)，為高端大型鑄鋼件的高質(zhì)量生產(chǎn)提供保障。