鑄造式履帶板生產(chǎn)常見問題及解決方法

■ 康秀樂

以履帶為底盤行走的設(shè)備，多采用橡膠履、型鋼軋制、鑄造式履帶板，在重載、沼澤、專用設(shè)備等的情況下，鑄造履帶板可獲得較小接地比壓，以適應復雜工況等優(yōu)勢獲得廣泛應用。

一、鑄造履帶板制造工藝及化學成分

鑄造履帶板一般采用砂型生產(chǎn)，其工藝流程：熔煉、混砂、造型→澆注→開箱→清理→正火→粗加工→淬火→回火→拋丸→涂裝。其材質(zhì)為合金鑄鋼，化學成分要求見表1。

鑄造履帶板制造過程中包含鑄造和熱處理，故其質(zhì)量控制的關(guān)鍵點也為這兩個特殊工序。

二、常見制造問題及解決方案

為獲得較小接地比壓，濕地型推土機一方面要提高接地面積，同時盡可能減輕重量，為提高強度增加了加強筋，“V”形斷面、薄壁的復雜結(jié)構(gòu)，對鑄造式履帶板生產(chǎn)增加了工藝和質(zhì)量風險。鑄造履帶板制造過程中包含工序較多，且涉及特殊工序，其制造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題多為鑄造缺陷及熱處理不合格。

表1 化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

1. 化學成分波動大

熔煉使用的原材料多為化學成分不同的各種廢鋼，其來源廣、品質(zhì)不一，因此易造成鋼液化學成分相差較大。一爐鋼液可以先后澆注多塊履帶板，鋼液中的各元素在澆注過程中存在不同程度的燒損，故先澆注的和后澆注的履帶板化學成分存在差異。

為控制化學成分在技術(shù)要求范圍內(nèi)，要求一爐鋼液中盡量使用同一材質(zhì)的原材料，同時堅持進行爐前、爐中、爐后進行化學成分檢驗。此外，由于鑄造后要進行熱處理，故為保證鑄件具有穩(wěn)定的淬透性引入DI值作為參考。通過工藝試驗確定濕地型履帶板鑄造中DI值在50~70，可以保證鑄件具有良好的熱處理特性。

2. 鑄造缺陷

鑄造缺陷是履帶板制造中存在較多的問題，圖1是對履帶板鑄造缺陷數(shù)量進行統(tǒng)計并繪制的帕累托圖。由圖1可知，夾砂結(jié)疤、砂眼及粘砂為鑄造的主要缺陷。這些缺陷往往是造成履帶板需要進行后續(xù)補焊加工甚至報廢的主要原因。圖2是去除位于螺栓孔處夾砂結(jié)疤后的履帶板。由于螺栓孔是履帶板和鏈軌節(jié)的聯(lián)接部位，在履帶工作時要承受較大的剪切力和沖擊力，若此處有缺陷則易產(chǎn)生應力集中造成履帶板的早期失效。因此若缺陷位于此處則不能進行補焊，只能作報廢處理。在造型及澆注過程中極易將散砂帶入型腔中造成鑄件砂眼，由于鑄造履帶板大部分較薄，因此極易造成貫穿性砂眼（見圖3）。同時，若造型后型腔內(nèi)加強筋處散砂未清理干凈，還易造成加強筋處表面存在凹坑，在使用過程中易形成應力集中導致過早失效。

鑄造履帶板普遍采用砂型鑄造，使用無芯感應電爐熔煉，鑄件中砂子的來源見表2。

通過分析可知，原爐襯為酸性爐襯，使用硅砂打結(jié)料筑爐施工，在高溫鋼液作用下，爐襯很容易發(fā)生脫落。一般生產(chǎn)20爐次后需要對爐襯下部進行修補，爐襯可修補10次左右。熔煉過程中造渣并不能完全去除脫落的爐襯材料，硅砂隨鋼液被澆入鑄件造成鑄造缺陷。中性爐襯主要成分是剛玉，比酸性爐襯具有更好的耐火度，能夠降低爐襯材料混入鋼液中，同時也可提高爐襯的使用壽命。用中性爐襯替代原有的酸性爐襯可顯著提高爐襯壽命和經(jīng)濟性，但是中性爐襯在搗打后對燒結(jié)工藝要求較高，經(jīng)工藝試驗對比確定使用圖4所示的燒結(jié)工藝，使燒結(jié)后的爐襯結(jié)構(gòu)緊密，表面光滑，強度高，達到了預期質(zhì)量要求。

圖1 鑄造履帶板常見鑄造缺陷統(tǒng)計

圖2 去除夾砂結(jié)疤后的螺栓孔處

圖3 貫穿性砂眼

表2 鑄件中砂子的主要來源及去除措施

3. 力學性能不滿足技術(shù)要求

履帶板力學性能不合格項主要是伸長率和沖擊韌度不合格，由于履帶板要承受整機的質(zhì)量以及在工作時要承受較大的沖擊力，因此履帶板沖擊韌度不合格特別是回火后的沖擊韌度不合格的問題顯得極為突出。力學性能的技術(shù)要求見表3。

通過對濕地履帶板鑄造和熱處理工藝分析，以及力學性能測試結(jié)果和技術(shù)要求的對比分析結(jié)果，得到影響沖擊值的主要原因及對策如下。

（1）在鑄件中所取的用于力學性能試驗的試樣中存在鑄造缺陷且取樣位置不固定。試樣中存在氣孔、縮孔、縮松、夾雜等內(nèi)部缺陷，使力學性能低于技術(shù)要求；鑄件中缺陷服從泊松分布，不同位置處缺陷數(shù)量不同，故通過分析履帶板受力位置確定取樣位置。通過上述手段使力學性能更接近實物并消除取樣位置的不同對試驗結(jié)果的影響。

（2）正火、回火條件不當。鑄造履帶板鑄后要進行正火處理，正火不良出現(xiàn)的問題主要是履帶板表面及近表面的組織為正火組織，而履帶板心部由于保溫時間過短而未達到相變溫度，或雖達到相變溫度但保溫時間過短而組織未全部轉(zhuǎn)變，即履帶板心部還保留鑄態(tài)組織，處在爐中不同位置的工件其硬度相差較大且不在技術(shù)要求內(nèi)。為使?jié)竦芈膸О寰哂幸欢ǖ膹姸冗€需要對其進行淬火、回火，其中回火后硬度過高也是導致伸長率和沖擊韌度不合格的重要原因。

鑄造履帶板制造過程中正火一般使用臺車爐，溫度控制在（850±10）℃，到溫后保溫2.5h。出現(xiàn)正火不良的主要原因是臺車爐爐溫均勻度不好，正火保溫時間過短，導致工件心部到溫后保溫時間不滿足工藝要求。通過對爐溫的均勻度測試，并根據(jù)爐子的具體用途使其滿足表4中爐溫均勻度中的A級標準；選取板最厚位置鉆孔，插入熱電偶至1/2厚度處，采用分別對爐門上方、爐中中部以及爐內(nèi)側(cè)底部3個地方測量心部升溫曲線的方法測定到溫時間，以便確定保溫時間。

回火一般使用的為井式爐，除需要測定其爐溫均勻度和心部升溫曲線外，還需要設(shè)計正交試驗以確定最佳回火溫度。

圖4 中性爐襯燒結(jié)工藝

表3 鑄造履帶板力學性能要求

表4 爐溫均勻性等級

三、結(jié)語

鑄造履帶板其應用工況較為特殊，對產(chǎn)品的質(zhì)量要求較為苛刻。同時由于制造工序復雜，特別是制造過程包含鑄造和熱處理兩個特殊工序，在工程機械零部件制造中技術(shù)含量較高，在無經(jīng)濟性的檢測設(shè)備和方案應用前，不斷加強其制造過程的控制是提高其產(chǎn)品成品率的有效手段。