厚大斷面球鐵軸承蓋質(zhì)量提升

畢海香，于建忠，楊恒遠(yuǎn)，耿建華，劉繼波

（濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

厚大斷面球鐵軸承蓋質(zhì)量提升

畢海香，于建忠，楊恒遠(yuǎn)，耿建華，劉繼波

（濰柴重機(jī)股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261001）

球墨鑄鐵軸承蓋在試生產(chǎn)過程中廢品率較高，縮松、夾渣類缺陷尤為突出。針對這些鑄造缺陷進(jìn)行了原因分析并提出了解決措施。經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，縮松、夾渣等鑄造缺陷得到有效控制，鑄件質(zhì)量顯著提高。

球墨鑄鐵；軸承蓋；縮松；夾渣

軸承蓋是發(fā)動機(jī)上的重要部件，需要承受較大的交變沖擊載荷，對其質(zhì)量要求很嚴(yán)格，尤其是與機(jī)體結(jié)合面不允許有任何缺陷。該軸承蓋結(jié)構(gòu)壁厚不均勻，厚大部位130 mm，中間最薄壁厚35 mm，三維毛坯圖見圖1.材質(zhì)QT400-15，屬于典型的厚大斷面球鐵類鑄件，鑄造難度較大，廢品率一直居高不下。

1　原工藝方案

根據(jù)車間現(xiàn)有條件，采用堿性酚醛樹脂砂工藝造型，一箱2件，水平澆注，中間分型，橫澆道上安放過濾網(wǎng)。采取上下厚大部位全部冷鐵的工藝，工藝方案詳見圖2.

為滿足軸承蓋的性能要求，鑄件化學(xué)成分目標(biāo)見表1，使用電爐熔煉，出鐵溫度1 450℃～1 480℃，澆注溫度1 330℃～1340℃.為避免殘余應(yīng)力，減少組織內(nèi)珠光體含量，從而獲得良好的韌性，澆注完成后型內(nèi)冷卻時間不小于48 h.

圖1　軸承蓋三維毛坯圖

圖2　原工藝方案

表1　鑄件化學(xué)成分

按照此工藝方案生產(chǎn)5箱。鑄件加工后，表面無縮松，但在貫穿螺栓孔附近、側(cè)壁等部位有零星的夾渣，夾渣缺陷見圖3。超聲波檢測顯示鑄件內(nèi)部存在缺陷，解剖后發(fā)現(xiàn)心部有縮松缺陷，如圖4所示。

圖3　夾渣

圖4　解剖后縮松

2　缺陷原因分析

2.1縮松類缺陷

球墨鑄鐵具有糊狀凝固的特性，如果凝固時間較長，就會造成凝固時球墨鑄鐵件的外殼二次膨脹，松弛了內(nèi)部壓力，而且鑄件本身自補(bǔ)縮能力有限時，容易在鑄件熱節(jié)處形成縮孔和縮松，使得鑄件的致密度下降［1］。軸承蓋出現(xiàn)縮松的部位正好是工藝中鑄件兩側(cè)都沒有冷鐵的貫穿螺栓孔位置處。此處鐵液為其他部位收縮提供了補(bǔ)縮，而沒有多余的鐵液來補(bǔ)充通道處自補(bǔ)縮的不足，因此出現(xiàn)縮松類缺陷。

2.2夾渣類缺陷

夾渣是球墨鑄鐵最常見的缺陷之一。在鑄件加工面上表現(xiàn)為暗灰色無光澤的斑紋或云片狀。夾渣會使球鐵件組織的連續(xù)性遭到破壞，嚴(yán)重影響鑄件的力學(xué)性能。

澆注時包襯，涂料或砂型壁受熱，會散發(fā)出氮、氧、氫以及含硫氣體等。這些氣體與金屬液之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成夾渣。溫度太低也是形成夾渣的主要原因之一［2］。原始工藝中上箱放置冷鐵，鐵液到達(dá)此處后，上型的冷鐵再次對鐵液激冷，鐵液溫度下降較快，鐵液中的氣體，夾渣無法快速逃逸出去，而且此時金屬液的黏度增大，金屬液中氧化物、熔渣等不易上浮，導(dǎo)致鑄件上頂面或側(cè)壁加工后出現(xiàn)了夾渣、渣孔等缺陷。碳對夾渣有一定的影響，隨著碳含量的增加，夾渣有減小的趨勢［2］。另外，型砂緊實(shí)度低，表面容易被金屬液侵蝕形成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致鑄件形成夾渣［3］。

3　工藝改進(jìn)措施

3.1第一次工藝改進(jìn)

針對縮松問題重新調(diào)整了工藝，采取頂部保溫冒口和底部冷鐵配合的工藝，工藝方案見圖5.

圖5　上型保溫冒口工藝

針對夾渣問題，采取了以下措施：

（1）改進(jìn)澆注系統(tǒng)，適當(dāng)增大內(nèi)澆口尺寸，從而降低內(nèi)澆口的流速，以減小充型過程中鐵水的紊流和氧化；（2）造型時先對冷鐵附近型砂手工塞緊，并且適當(dāng)延長震實(shí)時間，從而提高型砂緊實(shí)度；（3）出鐵后對鐵水進(jìn)行適當(dāng)?shù)撵o置，便于非金屬夾雜物上浮，聚集；（4）進(jìn)一步優(yōu)化熔煉工藝，使w（C）%控制在3.7%～3.8%，w（S）%≤0.03%；（5）提高澆注溫度，控制在1 345℃～1 355℃.如果澆注溫度太高，對縮松不利。

按照上述造型、熔煉、澆注新工藝生產(chǎn)了3箱，夾渣缺陷基本解決，但鑄件經(jīng)粗加工后，在冒口根部出現(xiàn)明顯的縮孔（圖6）.新工藝中出現(xiàn)縮孔部位為鐵水凝固熱節(jié)部位，而冒口恰好在熱節(jié)上，對鑄件形成熱干擾。冒口頸尺寸較小，鐵水在冒口頸作用時間較長，冒口會比鑄件提前凝固，冒口反而出現(xiàn)“倒抽”現(xiàn)象。另外下型冷鐵尺寸偏小，激冷效果不明顯。

圖6　冒口根部縮松缺陷

3.2第二次工藝改進(jìn)

對冒口和冷鐵進(jìn)行了調(diào)整，上型采取了保溫冒口+冷鐵的工藝，見圖7a）.上型中瓦口處和底座厚大部位增加冷鐵，保溫冒口位置避開鑄件熱節(jié)，放置在兩側(cè)非加工面上；下型中瓦口處的冷鐵尺寸加大加厚，如圖7b）.

圖7　二次工藝改進(jìn)

按照此工藝生產(chǎn)4件，上平面和貫穿螺栓孔處沒有發(fā)現(xiàn)縮松，但解剖后在軸承蓋中間油孔處有些許縮松，如圖8所示。此缺陷處遠(yuǎn)離冒口位置，補(bǔ)縮距離過長，得不到金屬液的補(bǔ)充導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮松。

圖8　縮松缺陷

隨后在上述工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了局部改進(jìn)：在下型油孔部位增加隨形冷鐵，如圖9所示。按照新工藝生產(chǎn)6件，解剖后沒有發(fā)現(xiàn)縮松，加工后超聲波檢測滿足使用要求。

圖9　下型增加隨形冷鐵

4　新工藝生產(chǎn)情況

對軸承蓋采取一系列工藝改進(jìn)措施后，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，取得了明顯效果。截止目前，該軸承蓋已經(jīng)加工100多件，沒有出現(xiàn)縮松缺陷，只有4件軸承蓋因非加工面夾渣無法打磨去除而報(bào)廢，鑄件質(zhì)量顯著提高，廢品率下降明顯。

5　結(jié)論

1）冒口要避免直接設(shè)置在熱節(jié)部位，否則會造成局部過熱，形成縮松類缺陷；

2）厚大部位合理設(shè)置冷鐵，利用冷鐵的激冷效果實(shí)現(xiàn)順序凝固。但要控制好冷鐵的使用次數(shù)；

3）設(shè)計(jì)合理的化學(xué)成分，嚴(yán)格把關(guān)熔煉過程每道工序，可有效防止夾渣形成；

4）造型工藝中澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、鑄型緊實(shí)度等對夾渣的形成也有一定的影響。

［1］楊文勝.280柴油機(jī)主軸承蓋鑄造工藝改進(jìn)［J］.機(jī)車車輛工藝，2013（5）：13-14.

［2］徐建林.球鐵件夾渣缺陷形成的影響因素分析［J］.兵器材料科學(xué)工程，2003，26（2）：19-21.

［3］徐建林，蘇義祥，路陰，王智平.球墨鑄鐵件常見缺陷的分析與決策［J］.鑄造，2001，50（4）：225-228.

Quality Improvement of Heavy Section Ductile Iron Bearing Cap

BI Hai-xiang，YU Jian-zhong，YANG Heng-yuan，GENG Jian-hua，LIU Ji-bo
（Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China）

The rejection rate was higher in the trial production of bearing cap，particularly the defects of shrinkage and slag inclusion.The reasons were analyzed and some measures were adopted to remove the defects.Through production verification，the casting defects such as shrinkage，slag inclusion were effectively controlled and the casting quality was enhanced significantly.

nodular cast iron，bearing cap，shrinkage，slag inclusion

TG245

A

1674-6694（2016）04-0022-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.04.008

2016-04-21

畢海香（1981-），女，碩士研究生，工程師，主要從事鑄鐵件鑄造工藝開發(fā)。