減少鑄件淺表層龜裂問題的工藝方法

田 斌，張朋濤，范國均，朱永輝，吳龍祥，劉敏娟，靖 林，崔兵濤

（中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西富平 711711）

在鑄造生產(chǎn)中，鑄件的淺表層容易產(chǎn)生一種似水浪波紋或雞爪子形狀的裂紋，所以稱為波浪紋或水波紋，有的又似烏龜背上的花紋，所以又稱龜裂。龜裂已嚴(yán)重影響了鑄件的光潔度，破壞了鑄件的型線精度，影響了鑄件的耐空蝕性。

1 龜裂成因分析及防止措施

1.1 鑄件的龜裂產(chǎn)生的主要原因

鑄件在澆注過程中，金屬液面容易受大氣的氧化而形成一層氧化膜。新的鋼液不斷補充，如其熱量不足以使氧化膜重熔，則至使氧化膜全部堆積在鑄件與砂型的分界面，此處冷卻速度大，金屬凝固快，終至使鑄件表面產(chǎn)生龜裂。

氧化膜的生成過程可用下列反應(yīng)表達：

從鑄件的龜裂表面取樣，用X光結(jié)構(gòu)檢驗分析及金相分析，證明氧化膜組成為：α—Fe、γ—Fe2O3及FeOSiO2.

1.2 解決龜裂的措施

提高澆注溫度或增大鑄件的加工余量。但是，實際生產(chǎn)中，澆注溫度提高太多又會帶來其他問題，如熱裂、疏松、粘砂等；而增大加工余量不僅增加了生產(chǎn)周期和加工費用且僅對于全加工件適用，而對于難以加工的形狀復(fù)雜件，表面光潔度和型線精度要求高的鑄件不適用。

在此種情況下，研究采用在鑄型型腔中造成還原性或中性氣體防止氧化膜的產(chǎn)生來保護鋼水不被氧化，從而消除龜裂?？捎脕砩蛇€原性或中性氣體的物質(zhì)很多，如：C、Ca、Mg、Al、Si、B及 Ti等，但其中大多數(shù)元素在鋼中易形成夾渣、夾雜物或氣體，如 Al-Mg、Fe-Si、Mg-Si、SiCa、TiC、ZrC、TiB、CO及H2等，此外CO有害人體健康，H2容易爆炸，很難在實際生產(chǎn)中產(chǎn)生作用。實踐證明，在生產(chǎn)中比較可行的是氬氣或者氮氣與有機物。氬氣和氮氣比重比較大，充入型腔可趕跑空氣占據(jù)型腔的空間，保護鋼水不被氧化，從而防止氧化膜的產(chǎn)生消除龜裂。另一種是使用有機物的方法。有機物的主要成分是C及H，要求是造成還原性或中性氣體又不能發(fā)氣量過大，以免產(chǎn)生氣孔。幾種有機物發(fā)氣量的比較大致為：酚醛樹脂∶殘油∶乙醇脂為1∶1.5∶2，可見第一種比較理想。酚醛樹脂用酒精稀釋混為涂料，噴涂于砂芯表面后烘干或者點燃，當(dāng)鋼水與其接觸時，即產(chǎn)生一層還原性氣體，保護鋼水不受氧化，從而消除龜裂。

2 生產(chǎn)實踐

以下是對兩種公司產(chǎn)品（日本磨煤機）：MHA2302.03-1磨臺和MHA2302.00-2輥門的生產(chǎn)實踐。

2.1 試驗過程

2.1.1 磨臺生產(chǎn)的充氬實例

1）磨臺的結(jié)構(gòu)分析

該鑄件材質(zhì)為ZG 270-500，外形尺寸大，且內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非加工面較多。所以可以采用充氬保護鑄型型腔來進行試驗。

2）磨臺的生產(chǎn)工藝流程

磨臺的工藝流程如圖1所示。

相對與原生產(chǎn)工藝，現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝只在原工藝的基礎(chǔ)上增加了一步就是在造型完畢后，對鑄型充一定量的氬氣來趕跑型腔內(nèi)的空氣。此次生產(chǎn)的6件磨臺在澆注前都對型腔充氬氣，時間均為90 s左右，鋼水出鋼后鎮(zhèn)靜10 min左右，使?jié)沧囟瓤刂圃?550℃左右。澆注完畢后，根據(jù)工藝對鑄件保溫6 d后進行清砂。

3）實驗結(jié)果

圖2 為清砂后經(jīng)過粗磨的磨臺，并經(jīng)過專業(yè)探傷人員進行著色探傷未發(fā)現(xiàn)表面有龜裂現(xiàn)象，且鑄件的表面、內(nèi)腔光滑。

圖1 改進后磨臺的生產(chǎn)工藝

圖2 經(jīng)粗磨的磨臺

2.1.2 輥門生產(chǎn)中涂敷涂料的實例

1）輥門的結(jié)構(gòu)分析

該鑄件材質(zhì)為ZG 230-450，外形尺寸不大但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非加工面較多。所以可以采用對砂型型腔和砂芯表面涂敷有機涂料來進行試驗。

2）輥門的生產(chǎn)工藝流程

輥門的生產(chǎn)工藝流程與磨臺的生產(chǎn)工藝流程差不多，只是對砂型型腔和砂芯表面涂敷有機涂料與鋼水接觸生成還原性氣體。涂料的主要涂敷方法有刷、浸、噴、流、靜電噴等。由于我們車間的生產(chǎn)模式為單件小批量生產(chǎn)，所以采用手工涂刷的方法。此次生產(chǎn)的18件輥門在澆注前都對型腔和砂芯涂刷有機涂料，然后使用點燃的方法讓乙醇充分燃燒等待澆注。鋼水出鋼后鎮(zhèn)靜10 min左右，使?jié)沧囟瓤刂圃?550℃左右。澆注完畢后，根據(jù)工藝對件保溫2 d后進行清砂。

3）實驗結(jié)果

圖3 為清砂后經(jīng)過粗磨的輥門，并經(jīng)過專業(yè)探傷人員進行著色探傷未發(fā)現(xiàn)表面有龜裂現(xiàn)象，且鑄件的表面、內(nèi)腔光滑。

圖3 經(jīng)粗磨的輥門

3 結(jié) 論

生產(chǎn)實踐證明在鑄件型腔內(nèi)充入氬氣趕跑了空氣，占據(jù)了型腔的空間，保護鋼水不被氧化，從而防止氧化膜的產(chǎn)生，很好地消除了鑄件的淺表層龜裂。普通鑄造生產(chǎn)使用有機涂料也可以解決龜裂問題。涂料能消除鑄件的龜裂，也能填塞砂型和砂芯表面空隙，在鑄件與金屬液之間建立起一道有效的耐火屏障，避免鑄件產(chǎn)生機械粘砂、化學(xué)粘砂，使鑄件表面粗糙度得到較好的改善。

但是如果涂料使用不當(dāng)，會帶來許多負(fù)面影響。如涂敷涂料為水基涂料就應(yīng)盡快烘干；如涂敷涂料為醇基涂料，就應(yīng)在施涂后立即點火。否則就有可能使砂型和砂芯表面軟化，有可能澆注時掉砂造成鑄件夾砂等鑄造缺陷。所以除普通鑄件采用涂料外，在實際鑄造生產(chǎn)中大多采用對鑄型型腔充氬氣來減少鑄件的淺表層龜裂和改善鑄件的表面質(zhì)量。

［1］第一重型機械廠，哈爾濱工業(yè)大學(xué)編.大型鑄鋼件生產(chǎn)［M］.北京：人民出版社，1979.

［2］李龍盛.鑄鋼手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

［3］李傳栻.鑄造工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.