CW250氣缸體夾渣缺陷分析

（濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

CW250氣缸體夾渣缺陷分析

楊淑欣，徐玉強，劉登峰，徐繼柱，張保華

（濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

CW250氣缸體單臺重量4.8 t，是大型灰鑄鐵鑄件，由重慶濰柴轉(zhuǎn)移至濰柴重機濱海鑄造廠生產(chǎn)。由于兩地氣候差異及生產(chǎn)工藝的變化，導(dǎo)致氣缸體質(zhì)量出現(xiàn)波動。其中，夾渣缺陷尤為突出。本文針對夾渣缺陷進(jìn)行了原因分析并提出了解決措施。經(jīng)過生產(chǎn)驗證，徹底解決了CW250氣缸體的夾渣問題。

大型鑄件；氣缸體；夾渣

機體是柴油機的關(guān)鍵零部件，機體鑄件質(zhì)量的好壞直接影響到柴油機的使用性能和生產(chǎn)成本。C W250型機體鑄件，是濱海鑄造廠最大噸位的灰鐵件鑄件。6缸系列機體毛坯重4.5 t，8缸系列機體毛坯重達(dá)5.7 t，最大外形尺寸3 510 mm×1 421 mm× 1 060 mm.機體材質(zhì)為H T250，采用C u-C r-M o的合金強化工藝。鐵水使用A B P 6 100 k W電爐熔化，表1為原鐵水爐料配比，表2為原鐵水化學(xué)成分，表3原鐵水終成分。

表1 CW250機體原鐵水爐料配比

表2 CW250機體原鐵水化學(xué)成分

表3 CW250機體終成分

原鐵水用硅鋇孕育劑進(jìn)行孕育處理，孕育劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%～0.6%之間。澆口箱拔塞澆注，澆注溫度范圍：1 380℃～1 400℃，使用硅鋯孕育劑進(jìn)行二次隨流孕育，二次隨流孕育劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%.其機械性能要求:抗拉強度≥224 M P a，布氏硬度170～240；金相組織：A型石墨，片長不低于4級。C W250機體采用臥澆工藝，其工藝簡圖如圖1所示。

圖1 CW250機體臥澆工藝簡圖

該機體2013年從重慶濰柴鑄造廠轉(zhuǎn)移至濱海鑄造廠進(jìn)行生產(chǎn)。在重慶地區(qū)生產(chǎn)時造型工藝為呋喃樹脂工藝，由于當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境濕熱，250機體主要缺陷為氣孔。轉(zhuǎn)移至濱海鑄造廠后，造型工藝改為堿性酚醛樹脂工藝，并增加2 h的熱風(fēng)烘型時間，而且濰坊地區(qū)氣候也較重慶干爽，因此氣孔缺陷得到有效控制。但近期連續(xù)出現(xiàn)多臺250機體瓦口處橫螺栓凸臺夾渣問題。本文主要對此缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并采取措施進(jìn)行驗證。

1 夾渣缺陷特征及原因分析

1.1 夾渣缺陷特征

從2015年7月份起，C W250機體出現(xiàn)瓦口處橫螺栓凸臺夾雜物的缺陷，缺陷位置見圖2.該缺陷會影響瓦口的裝配，夾雜物缺陷詳見圖3.

圖2 CW250機體瓦口裝配實物圖

圖3 CW250機體夾渣缺陷

圖4 缺陷位置能譜分析結(jié)果

對缺陷部位經(jīng)超聲波清洗后放入電鏡觀察和進(jìn)行電鏡能譜分析，缺陷處有明顯渣的特征，還含有Si O2、Al2O3和K、Na等，應(yīng)為夾渣缺陷，缺陷位置能譜分析結(jié)果如圖4所示。

1.2 缺陷原因分析

1）鑄件夾渣缺陷的首要原因是鐵水不純凈。從C W250機體熔煉工藝分析：C W250機體爐前處理時，將硅鋇孕育劑、稀土硅鐵、電解銅、鉻鐵及鉬鐵加入到澆注包底，電爐1 480℃～1 500℃出鐵。在此過程中，孕育及合金材料會出現(xiàn)熔化不良的問題（例如，鉬鐵的熔點約為1 750℃～1 980℃，在此溫度下極難熔化），未熔化的材料隨鐵水進(jìn)入型腔形成夾渣缺陷。

2）C W250機體采用臥澆工藝，工藝圖如圖5所示。假如鐵液不純凈，且熔渣密度小于鐵液，浮于鐵液表面，鐵水流經(jīng)該位置時，熔渣會在此處聚集，本來應(yīng)該是鑄件的地方卻成為“集渣包”，形成夾渣缺陷。

3）C W250澆注系統(tǒng)為封閉式澆注系統(tǒng)，由于尺寸問題，澆注系統(tǒng)內(nèi)未設(shè)置過濾片。假如鐵水不純凈，橫澆道、內(nèi)澆道阻渣作用有限，熔渣很容易就進(jìn)入到型腔中形成夾渣缺陷。C W250機體澆注系統(tǒng)見圖6.

圖5 CW250機體臥澆工藝圖

圖6 CW250機體澆注系統(tǒng)

2 工藝改進(jìn)措施

2.1 改進(jìn)CW250機體熔煉工藝

1）生產(chǎn)C W250機體時，單獨熔化一爐鐵水，并且不允許用剩余球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵原鐵水調(diào)整成灰鑄鐵原鐵水使用。

2）將難熔的合金材料加入電爐中并升溫至1 520℃保溫，使合金材料充分熔化。

3）將孕育劑加入方式由包底加入改為隨流孕育，保證孕育材料充分熔化。

4）增加出鐵后扒渣次數(shù)，保證鐵液純凈。

2.2 CW250機體澆注系統(tǒng)增加過濾片

考慮到C W250機體橫澆道、內(nèi)澆道布局緊湊，已經(jīng)不可能再增加過濾片。經(jīng)過分析，決定在澆口箱與直澆道結(jié)合面增加一處過濾片。經(jīng)過計算，選定合適的過濾片尺寸，過濾片通過面積大于直澆道橫截面積（如圖7所示），以保持原有的封閉式澆注系統(tǒng)。

圖7 增加過濾片示意圖

2.3 加大凸臺處加工余量

由于澆注工藝及鑄件結(jié)構(gòu)的原因，瓦口橫螺栓凸臺極易出現(xiàn)夾渣缺陷，該問題不能完全避免。只能增加加工余量，有少量夾渣時可通過機械加工將夾渣部位去除。

3 改進(jìn)工藝后生產(chǎn)情況

對C W250機體熔煉工藝及澆注系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后，經(jīng)過半年的生產(chǎn)驗證，效果十分明顯。截止目前，C W250機體共驗證生產(chǎn)20余臺，未再出現(xiàn)夾渣缺陷。

4 結(jié)論

1）澆注系統(tǒng)的擋渣設(shè)計十分關(guān)鍵，封閉式澆注系統(tǒng)雖然有一定的擋渣效果，但是當(dāng)鐵水純凈度差時，擋渣效果并不理想；

2）嚴(yán)格把關(guān)鐵水純凈度，合理設(shè)計孕育劑和合金材料的加入方式，可提高合金吸收率及孕育效果，并有效防止夾渣形成。

［1］中國機械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［2］張玉娟，邢偉，臧加侖.C W250機體臥澆氣孔缺陷解決措施探討［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2015，（2）:30-33.

Solution of CW250 Cylinder Block Slag Inclusion Defect

YANG Shu-xin，XU Yu-qiang，LIU Deng-feng，XU Ji-zhu，ZHANG Bao-hua
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China）

The large gray cast iron CW250 cylinder block casting weight 4.8 ton.It was produced at Weichai heavy machinery foundry in Chongqing，then in Binhai.The quality fluctuation of the cylinder block appeared due to the climate difference and the change of production process.The slag defect is particularly prominent.In this paper，the reasons for the defect of slag inclusion was analyzed and the solutions were put forward.After production verification，the defects was completely solved.

large casting，cylinder block，slag inclusion

TG245

A

1674-6694（2016）06-0021-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.007

2016-08-13

楊淑欣（1986-），男，本科，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造熔煉工藝研究。