消除護殼鑄件縮松缺陷的工藝實踐

（太原重工股份有限公司，山西太原030024）

消除護殼鑄件縮松缺陷的工藝實踐

孫建昌

（太原重工股份有限公司，山西太原030024）

為了解決薄壁護殼鑄件的局部熱節(jié)縮松缺陷，對發(fā)生缺陷的部位進行了解剖觀察，分析判定了產(chǎn)生缺陷的原因，改進了原有鑄造工藝，并利用CAE模擬軟件對改進工藝進行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果顯示，改進工藝實現(xiàn)了鑄件的順序凝固，消除了局部熱節(jié)縮松等缺陷，同時，為了解決了個別鑄件的晶粒粗大問題，對原有熱處理工藝進行調(diào)整，生產(chǎn)實踐表明，采用改進、調(diào)整后的鑄造及熱處理工藝生產(chǎn)的護殼鑄件，消除了上述缺陷，符合設(shè)計及技術(shù)要求。

護殼；鑄造工藝；熱處理；晶粒粗大；數(shù)值模擬

護殼是安裝在海上浮動平臺的傳動機構(gòu)上，用于支撐傳動軸，保護軸及齒輪，同時能有效散熱的殼體類零件，零件的整體壁厚較薄，同時對致密性要求較高，生產(chǎn)的每個鑄件都必須進行整體無損檢測。零件由于結(jié)構(gòu)較為復雜，熱節(jié)分散，不利于補縮，鑄造時易出現(xiàn)縮松、夾雜等缺陷[1]。本文通過在橫向筒體上放置外冷鐵、增設(shè)補縮通道、改進澆注系統(tǒng)等方式，改變零件的凝固方式，使零件實現(xiàn)同時凝固與順序凝固的有效結(jié)合[2]，減輕或避免了縮松、夾雜等鑄造缺陷的產(chǎn)生。

1 鑄件結(jié)構(gòu)及原始工藝方案

護殼屬于薄壁筒體類鑄件，毛坯重約380 kg，零件輪廓尺寸780 mm×620 mm×480 mm，主要壁厚為25 mm，鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鑄件材質(zhì)為Z G35C r N iM o，化學成分要求如表1所示，生產(chǎn)中的化學成分的控制如表2所示，力學性能要求如表3所示。無損檢測要求：每件鑄件整體按照J B/T5000.14進行U TⅢ、M TⅠ級檢測。鑄造工藝為：樹脂砂實樣成型，大端面朝上，三箱造型[3]，內(nèi)澆口放置于中下型分型面上，由豎直筒體外圓周面切向進入，并由實樣澆道帶出?？紤]到鑄件橫向筒體的補縮問題，在此筒體與上端面之間增設(shè)兩道補縮通道，此兩補縮通道與上端面兩冒口對應(yīng)，如圖2所示。

2 原工藝出現(xiàn)的問題

在按照原工藝生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)在鑄件中下分型面的內(nèi)澆道及工藝方向向上一定距離，存在縮松、夾渣類缺陷，多數(shù)在粗加工時暴露。在清理缺陷時，缺陷有向內(nèi)及向上擴展的趨勢，增大清理及修理的區(qū)域，焊補修理區(qū)域如圖3所示。

圖1 護殼鑄件圖

圖2 護殼原工藝圖

表1 ZG35CrNiMo的化學成分

表2 ZG35CrNiMo化學成分的生產(chǎn)控制

表3 ZG35CrNiMo的力學性能

3 缺陷原因分析

鑄件產(chǎn)生缺陷后，對缺陷區(qū)域進行了解剖分析，位置如圖4所示，缺陷如圖5所示。

圖3 護殼焊補區(qū)域

圖4 解剖取樣位置

圖5 護殼試樣解剖缺陷

通過對缺陷出現(xiàn)的位置及解剖后的缺陷的形態(tài)等綜合因素的分析，認為：此類缺陷產(chǎn)生在內(nèi)澆道與筒壁交匯處，呈彌散分布，缺陷孔壁粗糙，且可見露頭的枝晶存在，屬于鑄造的熱節(jié)縮松缺陷[3]。系內(nèi)澆道與豎直筒體壁形成局部熱節(jié)，最后凝固，同時還對先于其凝固的部位進行液體補償，這就造成此處在凝固時，得不到液體補償而出現(xiàn)體積虧損。另外，由于內(nèi)澆道為型腔鋼液的補充通道，在澆注完畢以前，始終有高溫鋼液通過，使得此類熱節(jié)處的溫度高于其它局部熱節(jié)，這就勢必加大此類缺陷產(chǎn)生的幾率和嚴重程度，從而導致在清理及返修時的工作量加大。

4 工藝改進及控制措施

根據(jù)以上分析，并結(jié)合生產(chǎn)的實際情況對原工藝進行仔細研究，為解決分型面處的熱節(jié)縮松，擬從調(diào)整澆注位置及增設(shè)補貼加強順序凝固的角度來加以控制。

4.1 調(diào)整工藝位置

將原工藝中中下分型面開設(shè)內(nèi)澆道的工藝調(diào)整為由工藝地面的筒體低端豎直引入，并改用兩道100 mm×30 mm的陶瓷扁水口，以減小內(nèi)澆道處的熱節(jié)區(qū)域，同時利于液流平穩(wěn)上升，便于渣子上浮和補縮。

4.2 增加補貼

在對應(yīng)內(nèi)澆道的筒體內(nèi)壁上增設(shè)兩道補貼，補貼上端對應(yīng)上端面兩冒口，并按照1:8的斜度進行拔模，以增加內(nèi)澆道熱影響區(qū)域的順序凝固，同時利于對應(yīng)冒口的補縮，避免出現(xiàn)熱節(jié)縮松及軸線縮松缺陷，如圖6所示。

圖6 護殼新工藝圖

4.3 優(yōu)化工藝模擬結(jié)果及分析

將改進后的工藝進行C A E模擬，結(jié)果顯示：鑄件內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，已經(jīng)轉(zhuǎn)移到冒口和澆注系統(tǒng)中，實現(xiàn)了鑄件的順序凝固，保證了鑄件的質(zhì)量，如圖7所示。

圖7 護殼凝固過程模擬圖

4.4 其他問題

同時，在進行U T探傷時，除以上缺陷及問題外，個別件還存在U T檢查，無底波的現(xiàn)象。分析認為系熱處理不到位，造成晶粒粗大[4]所致，因此，對現(xiàn)有熱處理工藝進行必要調(diào)整，改進工藝，見圖8.

5 生產(chǎn)驗證及操作要求

工藝改進后，安排試驗生產(chǎn)，在生產(chǎn)中提出如下要求：模型制作時確保內(nèi)澆道、補貼及相應(yīng)冒口務(wù)必中心對正，利于補縮及雜物上??；補貼下端與內(nèi)澆道端面相距50 mm～80 mm，以減輕補貼處的補縮壓力；澆注溫度不可高于工藝要求，以免澆道部位過熱；澆注至冒口高度2/3時，由冒口澆入，避免內(nèi)澆道過熱產(chǎn)生縮松；終脫氧采用復合脫氧的方式（0.08%Al+0.2%SiC a），并在出鋼前加入0.5%的稀土硅鐵進行變質(zhì)、凈化處理，以細化晶粒并改善夾雜物形態(tài)、大小、數(shù)量及分布等[5]。通過采用上述控制措施，生產(chǎn)的樣件，熱處理、機加工后表面光潔、U T、M T檢查完全達標，并未發(fā)現(xiàn)以前縮松類缺陷。

圖8 護殼熱處理工藝曲線

［1］李魁盛.鑄造工藝設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1981.

［2］陳琦，彭兆弟.實用鑄造手冊［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］陳國楨，肖柯則，姜不居.鑄件缺陷和對策手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［4］袁書倉，張淑霞.數(shù)值模擬在鑄鋼殼體鑄造件工藝優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（3）：31-33.

［5］劉麗娟，王有，詹云京.回轉(zhuǎn)座縮松缺陷研究［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2013（4）：42-43.

Process Practice of Eliminating Shrinkage of Protective Shell Castings

SUN Jian-chang
（Taiyuan Heavy Industry CO.,LTD.，Taiyuan Shanxi 030024，China)

By observing defect parts and analyzing the defect type，the original casting process was improved to solve the shrinkage porosity defects of thin protective shell castings，then the improved process was simulated by CAE software.The result shows that the improved process can realize progressive solidification and eliminate shrinkage porosity defects on the local hot spot.In addition，the original heat-treating process was improved to solve the grain coarsening defects.The production practice indicates that the improved casting and heat treatment process eliminated the above defects，which meets the design and technical requirements.

protective shell castings，casting process，heat treatment，grain coarsening,numerical simulation

TG245

:A

1674-6694（2016）06-0026-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.009

2016-08-21

孫建昌（1981-），男，工程師，主要從事鑄造技術(shù)工作。