一種大型球鐵機(jī)體側(cè)壁縮松的成因及預(yù)防

王 佳，李永剛，楊恒遠(yuǎn)，王泮興

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261001）

一種大型球鐵機(jī)體側(cè)壁縮松的成因及預(yù)防

王 佳，李永剛，楊恒遠(yuǎn)，王泮興

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261001）

分析了一種大型機(jī)體的側(cè)壁縮松的形成原因，溫度過低、熱節(jié)處未能補(bǔ)縮。借助MAGMA模擬分析軟件，通過提高澆注溫度，調(diào)整澆注系統(tǒng)，增加冷鐵等措施，解決側(cè)壁縮松。

縮松；熱節(jié)；冷鐵；澆注系統(tǒng)

球墨鑄鐵具有良好的機(jī)械性能和鑄造性能，在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中具有重要地位，但由于其糊狀凝固的凝固方式導(dǎo)致球墨鑄鐵鑄件容易產(chǎn)生縮松縮孔缺陷，尤其是縮松缺陷，它是球墨鑄件最常見的缺陷，也是球墨鑄鐵件報廢的主要原因之一。對于大型的球鐵鑄件，由于形狀復(fù)雜，尺寸較大，壁厚不均勻，補(bǔ)縮不暢，縮松問題時有發(fā)生，報廢后損失極大，嚴(yán)重的影響著企業(yè)的成品率及經(jīng)濟(jì)效益。

1 縮松原因分析

我公司生產(chǎn)的一種大型機(jī)體鑄件重量為20 t，球鐵牌號為QT400-15，最大輪廓尺寸為5 810 mm×1 630 mm×1 800 mm，屬于大型球鐵鑄件，出現(xiàn)縮松的位置有側(cè)拉螺栓與側(cè)面交界處，兩缸與側(cè)面交界處等。原有的澆注系統(tǒng)如圖1，采用底注單側(cè)澆注。

圖1 原澆注系統(tǒng)

1.1 鑄件產(chǎn)生縮松的根本原因是“熱不平衡”所致

縮松的位置，通常產(chǎn)生在鑄件的厚大中心部位，集合熱節(jié)處，不同壁厚的交差處和人為熱節(jié)處。這些地方因熱量過高最后凝固又得不到充分補(bǔ)縮而產(chǎn)生了縮松，嚴(yán)重時產(chǎn)生集中性縮孔[1]。本廠生產(chǎn)的機(jī)體縮松區(qū)域?qū)儆诓煌诤竦慕徊钐?，從結(jié)構(gòu)上看大致如圖2所示。

圖2 機(jī)體縮松區(qū)域

1.2 澆注工藝方面

原工藝為單側(cè)臥澆底注方式，經(jīng)過MAGMA模擬分析發(fā)現(xiàn)（圖3），從模擬分析圖中看，增加冷鐵的區(qū)域（1區(qū)）能盡早凝固，未增加冷鐵的原工藝區(qū)域（2區(qū)）屬于最后凝固的孤立液相區(qū)。這些熱節(jié)不與頂部的補(bǔ)縮通道相通，而由于結(jié)構(gòu)問題，冒口只能放置于頂端，距離孤立的液相區(qū)較遠(yuǎn)，冒口補(bǔ)縮不到，因而產(chǎn)生縮松。為此，這些部位需要設(shè)置冷鐵。

模擬發(fā)現(xiàn)單側(cè)澆注中，兩側(cè)的澆注溫度存在較大的差異，存在嚴(yán)重的熱不平衡，尤其是兩側(cè)縮松部位，后來在澆注過程中經(jīng)測量頂部冒口溫度也發(fā)現(xiàn)此問題，而實際機(jī)體兩側(cè)的縮松數(shù)量澆注對側(cè)比澆注側(cè)多50%以上。

圖3 MAGMA模擬分析

1.3 澆注方面的原因

澆注溫度太高，使液態(tài)金屬的液態(tài)收縮量增加；太低時，又會降低冒口的補(bǔ)縮能力，特別是采用底注式澆注系統(tǒng)時更明顯，鑄件往往在下部產(chǎn)生縮孔和縮松。當(dāng)冒口沒有澆滿或?qū)Υ笾行丸T件沒有用金屬液對明冒口進(jìn)行補(bǔ)澆時，這將降低冒口的補(bǔ)縮能力，引起鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松[2]。此機(jī)體的澆注系統(tǒng)為底注澆注系統(tǒng)，澆注溫度是1 320~1 340 ℃，溫度過低，熱節(jié)部位未能補(bǔ)縮。

1.4 型腔尺寸在鑄件澆注和冷卻過程中的變化

球鐵凝固過程中發(fā)生石墨化膨脹時，鑄型型壁是否發(fā)生遷移，是影響縮孔大小的重要因素。鑄型剛度高，縮前膨脹值就小，縮孔體積也相應(yīng)減??；鑄型剛度低，在石墨化膨脹壓力下，縮前膨脹值就增大，縮孔體積也增大。

2 縮松的防止

2.1 提高冶金質(zhì)量

碳當(dāng)量：提高碳當(dāng)量，會增大石墨化膨脹，可減少縮孔縮松。此外，提高碳當(dāng)量還可提高球鐵的流動性，有利于補(bǔ)縮。但提高碳當(dāng)量時，不應(yīng)使鑄件產(chǎn)生石墨漂浮等其他缺陷。在實際生產(chǎn)中可將碳當(dāng)量控制在4.7%~4.8%。

鎂含量：鎂是石墨球化的主要元素，也是阻礙石墨化的元素，是石墨析出量減少。殘留鎂量越高，縮孔體積越大。在保證石墨球化的前提下，鎂殘留量越低，越有利于球鐵自身補(bǔ)縮，殘余鎂量應(yīng)不大于0.05%。

2.2 調(diào)整澆注系統(tǒng)

將單側(cè)澆注改為雙側(cè)澆注，澆注系統(tǒng)由單側(cè)澆注改為雙側(cè)澆注，可改善兩側(cè)澆注溫度場，使兩側(cè)縮松部位同時凝固，使鑄件實現(xiàn)“順序凝固”，有利于獲得無縮松的鑄件。

2.3 增加外冷鐵促進(jìn)自身補(bǔ)縮

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)球鐵出現(xiàn)縮孔、縮松處，總是鑄件材料富集處、壁厚差較大處、兩元體相交處，采用冒口補(bǔ)縮或均衡補(bǔ)縮均無效果。究其原因以上各處均為溫度不良元。

我們采用在不良元處安放隨型外冷鐵，由于外冷鐵材料的蓄熱和導(dǎo)熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂型材料，能有效地使不良元處快速散熱和凝固，其結(jié)果相當(dāng)于該處冷卻面積增加或模數(shù)的縮減[3]。其位置如圖4。

圖4 安放隨型外冷鐵

2.4 澆注溫度

由于此機(jī)體初始澆注溫度過低，冒口補(bǔ)縮能力不足，需要適當(dāng)提高澆注溫度，另外由于機(jī)體增加了大量的冷鐵，鐵液流經(jīng)縮松部位后的溫度降低，為保證上方冒口處不因溫度過低而產(chǎn)生縮松，澆注溫度需要再適當(dāng)提高，但太高會增加液態(tài)收縮量，對消除縮孔、縮松不利，最終將澆注溫度定為1 340~1 360 ℃。

2.5 提高鑄型剛度

若砂型的緊實度太低或不均勻，以致澆注后在金屬靜壓力或膨脹力的作用下，產(chǎn)生型腔擴(kuò)大的現(xiàn)象，致使原來的金屬不夠補(bǔ)縮而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔縮松。鑄型硬度應(yīng)不小于80。

3 結(jié)束語

采取上述措施之后的此機(jī)體在MAGMA模擬分析與實際生產(chǎn)加工中，原側(cè)壁縮松處均未出現(xiàn)縮松，證明上述措施是有效的，尤其是調(diào)整溫度與增加冷鐵，是解決縮松的比較直接的辦法。另外在此建議，選擇可靠性高的凝固模擬軟件進(jìn)行定性分析，指導(dǎo)工藝設(shè)計藉以縮短工藝摸索時間。

[1] 鄧義昭. 大型球墨鑄鐵件鑄造過程數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化[D]. 湖南大學(xué), 2013.

[2] 周亙. 球墨鑄鐵縮孔、縮松問題探討[C].2005中國鑄造活動周論文集，2005.

[3] 錢進(jìn). 調(diào)整溫度場消除球鐵件縮松缺陷[J]. 現(xiàn)代鑄鐵, 2003(4):39-41.

[4] 吳和保，樊自田，龍文元，等.輪轂類球鐵件縮孔縮松缺陷的形成機(jī)理及防治措施[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù),2003(5).

業(yè)界資訊 Information

濰柴發(fā)動機(jī)2月份產(chǎn)銷同比增長100%

濰柴亮出了“V”形反轉(zhuǎn)的最新月報成績：繼2017年1月份發(fā)動機(jī)產(chǎn)銷超過4萬臺，迎來新年“開門紅”， 2017年2月份濰柴繼續(xù)領(lǐng)跑行業(yè)，產(chǎn)銷超過5萬臺，同比增長100%。

就在剛剛跨進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的深化之年，濰坊市第十二次黨代會報告提出了“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)市”之際，濰柴就亮出了一份實現(xiàn)“V”形反轉(zhuǎn)的最新月報成績：繼1月份發(fā)動機(jī)產(chǎn)銷超過4萬臺，迎來新年“開門紅”， 2月份濰柴繼續(xù)領(lǐng)跑行業(yè)，產(chǎn)銷超過5萬臺，同比增長100%。

在一個個生產(chǎn)車間，一個個擼起袖子加油干的背影，一聲聲“大干百天”的誓言是濰柴淬鋼亮劍的豪情。為了保證客戶訂單及時交付，濰柴專門開展了“大干百天”活動，通過廣泛發(fā)動全員，優(yōu)化采購、生產(chǎn)組織模式，強(qiáng)化后勤保障，確保產(chǎn)品質(zhì)量不降低、安全生產(chǎn)零事故，爭取在4月底，完成產(chǎn)銷18萬臺,為實現(xiàn)全年50萬臺的目標(biāo)打下基礎(chǔ)。

濰柴在經(jīng)濟(jì)下行的形勢下，砥礪前行，加速產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品、技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)布局邁向高端，上演了“V”形反轉(zhuǎn)的發(fā)展奇跡，而且是強(qiáng)勁反轉(zhuǎn)的逆襲上行。在全球經(jīng)濟(jì)保持低速增長的態(tài)勢下，中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，而行業(yè)垂直整合更加明顯，重卡企業(yè)爭相自產(chǎn)發(fā)動機(jī)，競爭日趨激烈。濰柴在重重壓力下，依然能夠勇立潮頭，成為行業(yè)的引領(lǐng)者，引發(fā)業(yè)界探索。

“經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，面對嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩，如何推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革？我們的策略就是以市場和客戶需求為導(dǎo)向，不斷加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，持續(xù)適應(yīng)、主導(dǎo)和引領(lǐng)市場需求，提供更好的客戶價值與體驗，在更高的層次實現(xiàn)供需兩端的統(tǒng)一?！泵鎸π袠I(yè)的追問，濰柴集團(tuán)董事長譚旭光的回答一語中的。

濰柴是我國工業(yè)裝備制造業(yè)的領(lǐng)軍者，也是自主創(chuàng)新的策源地和主力軍。濰柴抓住了科技創(chuàng)新這個牽動產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局的牛鼻子，深耕中國市場70年，數(shù)十年如一日不斷堅持產(chǎn)品升級，堅持科技創(chuàng)新，打造最具成本競爭力、核心技術(shù)競爭力和品質(zhì)競爭力的高價值產(chǎn)品。近十年來，濰柴累計投入150多億元進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，每年研發(fā)占比超過5%，催動了產(chǎn)品不斷突破升級，技術(shù)含量更高的新產(chǎn)品立即贏得市場。從去年下半年起，濰柴銷量便開始大幅增長，今年銷量井噴也在濰柴人意料之中。

就在2016年，不少制造企業(yè)還糾結(jié)于供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革出現(xiàn)的短期陣痛，濰柴卻心無旁騖，穩(wěn)步推動“藍(lán)擎”發(fā)動機(jī)產(chǎn)品升級換代，WP12/WP13發(fā)動機(jī)全年銷售 10.6萬臺，在重卡市場牢固樹立了“可靠、耐用”的品牌形象，牢牢坐穩(wěn)重卡發(fā)動機(jī)市場銷量第一的位置。在行業(yè)內(nèi)，濰柴不斷引領(lǐng)中國重卡行業(yè)向大馬力升級，在2015年率先推出國內(nèi)首款13升發(fā)動機(jī)后，市場占有率超過50%，成為國產(chǎn)重型發(fā)動機(jī)的領(lǐng)軍產(chǎn)品。推出的銳動力產(chǎn)品，迅速切入輕卡、農(nóng)機(jī)市場，其優(yōu)越的品質(zhì)引領(lǐng)著國內(nèi)高端小排量柴油機(jī)的升級換代，2016年銷量近10萬臺。在農(nóng)業(yè)裝備動力上，濰柴更是搶了占行業(yè)制高點，在眾多業(yè)內(nèi)人士還在談?wù)搰欧偶夹g(shù)之時，他們已經(jīng)前瞻性地對四階段法規(guī)的實施做出預(yù)測和分析，著手進(jìn)行非道路四階段產(chǎn)品的開發(fā)，繼續(xù)引領(lǐng)國內(nèi)農(nóng)機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新。面對各個重卡企業(yè)自產(chǎn)發(fā)動機(jī)配套比例增長的情況，濰柴也是堅持走高端路線，2016年，濰柴H平臺首款產(chǎn)品上市發(fā)布，樹立起高速重型發(fā)動機(jī)壽命的高標(biāo)準(zhǔn)，又在供給端再次贏得先機(jī)。

漂亮的成績單是濰柴堅持“國際視野、全球?qū)?biāo)，科技引領(lǐng)、創(chuàng)新驅(qū)動”發(fā)展戰(zhàn)略的結(jié)果。邁向高端，挑戰(zhàn)全球。濰柴的視野已經(jīng)不僅僅局限于中國市場，去年6月份，濰柴全面啟動高端發(fā)動機(jī)項目，囊括WP13、WP17等全新產(chǎn)品開發(fā)的高端發(fā)動機(jī)項目，開拓游艇、礦車等高端發(fā)動機(jī)配套領(lǐng)域，正式吹響了挑戰(zhàn)全球第一、向世界高端發(fā)動機(jī)邁進(jìn)的號角。

“在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下謀篇布局，我們必須做到換擋不改勢, 加快新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)、新模式的結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，提升抗周期性風(fēng)險的能力，不斷謀取新的增長動力?！边@是譚旭光對濰柴發(fā)展提出的新要求，也正是濰柴在內(nèi)燃機(jī)行業(yè)永葆活力的秘密所在。一年之計在于春，春光里的濰柴引領(lǐng)和推動更多的中國產(chǎn)業(yè)邁向世界巔峰，也給有全國知名動力城之譽(yù)的濰坊著力打造“產(chǎn)業(yè)強(qiáng)市”增添著新優(yōu)勢。（來源／濰坊日報，摘自互聯(lián)網(wǎng)）

Large ductile iron castings sidewall shrinkage causes and prevention

WANG Jia,LI YongGang,YANG HengYuan,WANG PanXing
(Weichai Heavy Machinery Co., Ltd.,Weifeng 261001,Shandong,China)

This paper analyzes the causes of a large cylinder body sidewall shrinkage. Too low temperature and the feeding failure of the hot spot. With the MAGMA simulation software, by increasing the pouring temperature, adjust the gating system, increasing the cold iron and other measures to solve the sidewall shrinkage.

shrinkage；hot spot；cold iron；gating system

TG245；

A；

1006-9658（2017）02-0061-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.020

2016-09-21

稿件編號:1609-1532

王佳（1989—），男， 工程師 .主要從事鑄造工藝開發(fā)工作 .