鐵模覆砂鑄造，就是在金屬模與粗成形金屬鑄型（砂箱）內壁之間，覆上一層4~8㎜厚的覆膜砂，通常金屬模的加熱溫度為240~250℃，外面的金屬砂箱的加熱溫度約為200℃，覆膜砂在這樣一個溫度場下固化，覆蓋在金屬砂箱內表面的覆膜砂成為硬殼的鑄型，鐵液注入覆有覆膜砂的金屬砂箱之中，凝固后成為鑄件的鑄造工藝方法。此工藝是基于金屬型鑄造和砂型鑄造相結合基礎上發展起來的，兼有二者的優點：鐵砂箱加快了鐵液的凝固冷卻，使鑄件石墨細小，結晶組織致密，基體中珠光體體積分數增加；鑄件尺寸精度高，加工余量小；造型材料需要量少；廢品率相對較低，以及鑄件清理工作量小。由于鑄型強度高，幾乎不存在型壁位移（向外）現象，所以石墨膨脹作用于鑄型的推力，幾乎不產生效應，因此使鑄件得到良好的自補縮，有利于減少或消除鑄件產生縮孔、縮松等缺陷。與砂型鑄造相比，采用鐵模覆砂鑄造工藝生產出的鑄件，組織更致密，綜合物理性能得到改善，可實現鑄件小冒口或無冒口鑄造。該工藝的缺點是：前期資金投入較多；適用于少品種、大批量鑄件的生產。制動鼓鐵模覆砂造型工藝如附圖所示。

　　1. 冒口座套 2.冒口覆砂層 3.澆冒口 4.射砂孔 5.澆注系統 6.上砂箱 7.上砂箱覆砂層 8.鑄件 9.下砂箱覆砂層 10.下砂箱 11.射砂孔
　　制動鼓鐵模覆砂造型工藝示意圖
　　1. 鐵模覆砂工藝設計中及操作中的注意事項
　　（1）覆砂厚度對鑄件質量和生產成本都很重要。覆砂厚度過大，不但影響其激冷效果，也加大了生產成本。覆砂厚度過小，激冷過重，鑄件的硬度高，不便精加工。一般情況下，精加工面覆砂較厚，非加工面覆砂較薄；珠光體基體材質的鑄件覆砂較薄，鐵素體基體的鑄件覆砂較厚；熱節點覆砂較薄，非熱節點覆砂較厚;鑄件大且形狀復雜時，覆砂要厚，否則影響砂的流速，途中固化，致使鑄型下部充砂不實。
　　（2）如果鑄件的高度大，在下部要設“氣塞”，防止起模時下部產生真空區不能進氣，吸傷鑄型。
　　（3）在加熱鐵模及砂型時，要控制其加熱溫度及整體溫度的均勻性。
　　（4）在設計分型面時，盡可能使上下型（砂箱）高度均勻，減少充砂路程，便于使覆膜砂充實鑄型。
　　（5）砂箱與鐵模底板的接觸面，砂箱上要開設排氣道，其大小以只能充分排氣而不能跑砂為準則(一般是用手鋸開槽即可)。
　　2．制動鼓化學成分及物理性能的要求
　　制動鼓屬于HT250孕育鑄鐵，是汽車上的制動部件，質量要求嚴格，化學成分和力學性能技術要求見表1、表2。

　　金相組織按GB/T7216。
　　基體：片狀珠光體，鐵素體或碳化物≤5%
　　石墨：A型石墨，石墨長度3～5級
　　3.化學成分的控制
　　C：碳是鑄鐵的基本元素，碳在鑄鐵中的存在形式主要有兩種：一種是以游離狀結晶碳石墨的形式存在，另一種是以化合狀滲碳體的形式存在，也正是碳在鑄鐵中的這種存在形式，把鑄鐵分成許多類型。在灰鑄鐵中碳主要以片狀石墨形式存在。含碳量高，有利于促進石墨化，析出的石墨量大，其金相組織往往為鐵素體基體和粗大的片狀石墨，材料強度和硬度較低；如果含碳量控制適當，又得到合理孕育 ，其金相組織為珠光體和細小的片狀石墨，有較高的強度和硬度；如果含碳量低，又得不到合理孕育 ，其金相組織為珠光體和細片狀石墨，甚至是白口組織，其強度、硬度高，不便于機械加工。
　　對于生產HT250制動鼓來說，如果要求wC＝3.0％ ~3.6％，比較好控制，通過孕育措施就可以到達到力學性能要求；如果要求wC＝3.4％~3.6％，那就需要進行低合金化處理才能達到其力學性能要求。
　　Si：硅能減少碳在液態和固態鐵中的溶解度，促進石墨的析出，因此是促進石墨化元素，其石墨化作用為碳的1/3 左右，故增加硅量會增加石墨的數量，也會使石墨粗大；反之，減少硅量，會使石墨細小。一般C、Si含量低可獲得較高的強度和硬度，但鐵液流動性稍差；反之，碳硅含量高，強度和硬度較低，鐵液流動性好。
　　灰鑄鐵中 C、Si 都是促進石墨化元素。提高碳當量促使石墨片變粗、數量增多，強度和硬度下降。降低碳當量可減少石墨數量，細化石墨、，增加初析奧氏體枝晶數量，因此是提高灰鑄鐵力學性能常采取的措施。但是降低碳當量會導致鑄造性能降低，鑄件斷面敏感性增加，硬度上升造成加工困難等問題。因此控制爐前wSi＝0.8%～1.0%，終硅wSi＝1.6%～1.8 %。
　　Mn：錳是阻礙石墨化元素，故提高含錳量會增加基體組織中的珠光體數量。隨錳含量的增加，鑄鐵的強度、硬度增加，而塑性和韌性降低。因此控制wMn＝0.7%～0.9 %。
　　S：硫在鑄鐵中通常被認為是有害元素。硫穩定滲碳體，阻止石墨化。硫化鐵的熔點低、且質軟而脆，能降低鑄鐵的強度，促進鑄鐵的收縮，并引起鑄鐵的過硬和裂紋形成。
　　用感應電爐熔煉鐵液的過程，與用沖天爐熔煉鐵液的過程是不相同的。
　　沖天爐從開始熔化到鐵液自爐中流出所經歷的時間很短，約10min。即使沖天爐的出鐵溫度不太高，但在爐內熔化帶的溫度也在1700℃以上，而且鐵液的氧化并不嚴重，只會有利于粗大片狀石墨的分解，使其溶于鐵液，而且也不會減少自發晶核的量。這是因為細小的鐵液滴落在熾熱的（白亮色）焦炭上，從焦炭上吸收了C、S，反而增加了自發晶核的量。另外，當爐中鐵液經過沖天爐的“過橋”流出后，要在前爐缸中停留一段時間，這對鐵液的增核是有利的。
　　用感應電爐熔煉就不同了，從開始熔化到出鐵，需要約1h，不存在增碳、增硫的現象，而且鐵液過熱溫度高，過熱時間長，又有感應電流的攪拌摩擦作用，鐵液中微細的晶態石墨即自發晶核和外來結晶核心都會逐漸溶于鐵液而消失，或浮至液面并與集渣劑粘裹在一起被挑出爐外。這樣，使鐵液在共晶結晶時，可作為外來晶核的物質大幅減少。例如，可作為外來晶核的SiO2，在溫度很高，又有攪拌作用的條件下，就易于與鑄鐵中的碳發生如下反應而消失。
　　SiO2+2C→Si+2CO↑
　　這種缺少晶核的鐵液，在共晶結晶凝固過程中過冷傾向大，對孕育的回應能力很差，生產出的鑄件硬度高，不易精加工。
　　硫在灰鑄鐵中還具有低合金化的特殊作用。當wS＜0.06%時，硫的一些有益作用就無法得到發揮。在鑄鐵中存在有細小而分散的硫化夾雜物，能在石墨的生核和成長中起積極而有益的作用。用感應電爐熔煉廢鋼加增碳劑的合成鑄鐵，其最終含硫量一般wS＜0.03%的。因此，為了提高鐵液的含硫量，爐前化驗后適量加入硫化亞鐵，wS＝0.07%～0.09%。
　　P：磷在鑄鐵中通常也被認為是有害元素。P使鑄鐵的共晶點左移，其作用程度和硅相似，能溶于液態鑄鐵中，并降低碳在液態鑄鐵中的溶解度, 有略微促進石墨化作用，故計算碳當量時應計入磷的含量。當金屬材料中磷的含量達到一定量時，在鑄鐵中就易形成磷共晶，含磷量越高，磷共晶數量越多。磷共晶的熔點低，在鑄鐵凝固過程中，較長時間的保持液態，不斷被共晶團排擠，最后被“驅逐”到共晶團邊界，在那里凝固，因此磷共晶呈多角狀分布在共晶團邊界上，由于磷共晶銳角對金屬基體具有一定的切割作用，所以降低了材質的強度，使鑄件易發生脆裂缺陷。
　　就制動鼓的生產來說，應從使用的原材料源頭進行控制，就是不要進高磷生鐵、不要大量使用炮彈皮、柴油機缸套等高磷鑄鐵件作為回爐料。控制wP＜0.06%。
　　Cr：鉻是反石墨化元素，共析轉變時穩定珠光體。在灰鑄鐵中在0.15%時，即可明顯起到提高材質硬度和強度的作用。在對鉻的含量和控制方法上，我們作了大量的工作，在wC＞3.4%的鑄鐵里，其含量稍低，鑄件的硬度和強度就低；其含量稍高出要求范圍，鑄件的硬度就高，精加工困難。因此在最后調料過程中采取措施，控制wCr＝0.3%～0.45%。
　　實際生產中，根據技術要求制定的配料單見表3，化學成分對材質力學性的影響見表4。

4. 結語

　　在制動鼓的試生產和批量生產過程中，我們根據爐前化驗結果，再調整最終各元素含量，嚴格控制各元素含量及其平衡關系，并進行孕育處理，生產出的制動鼓各項技術指標完全符合客戶的要求，產品質量好，市場供不應求。