齒圈類高強鋼鑄件裂紋缺陷改進

徐 峰，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

齒圈類高強鋼鑄件裂紋缺陷改進

徐 峰，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

針對齒圈類高強鋼鑄件表面裂紋缺陷問題，從鑄件打箱、冒口切割等粗清理工藝方面進行分析改進。通過優(yōu)化產(chǎn)品工藝，調整產(chǎn)品生產(chǎn)流程等措施，降低鑄件裂紋風險并有效提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

高強鋼；粗清理工藝；裂紋

中碳高強鋼鑄件因其具有高強度成為目前齒圈類產(chǎn)品首選的鋼種，是公司新研發(fā)的重點高強鋼產(chǎn)品之一。該產(chǎn)品材料性能要求高、結構復雜、壁厚大，因其高碳高強度，碳化物析出嚴重，生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生裂紋缺陷，增加了鑄件打箱、切割工序的操作難度。本文主要介紹了齒圈類產(chǎn)品的高溫打箱、冒口切割、熱處理等鑄件粗清理工藝及生產(chǎn)流程控制，有效降低鑄件開裂風險。

1 產(chǎn)品簡介

鑄件尺寸φ6 062 m m×500 m m，凈重8.5 t，整套鑄件分為2件，總重量達17 t.該材料碳質量分數(shù)要求0.30%～0.35%，碳當量0.91，化學成分及力學性能要求見表1和表2.

表1 化學成分

表2 力學性能

2 齒圈裂紋特征及原因分析

鑄件在打箱后和粗加工前發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，主要位于連接筋與齒根薄厚相接處和冒口根部區(qū)域，呈連續(xù)性、多方向散射網(wǎng)狀，略帶氧化，如圖1所示。

圖1 裂紋缺陷形狀

當鑄件在冷卻過程中收縮受到阻礙，產(chǎn)生的鑄造應力超過了合金材料的強度極限，就會產(chǎn)生冷裂紋。而鑄造應力的產(chǎn)生主要與鑄件結構、化學成分、補縮條件、開箱溫度等相關[1]。冷裂常出現(xiàn)在鑄件表面，其形狀為連續(xù)的直線或圓滑曲線，斷口比較光潔，略帶氧化色，是一種穿晶粒性裂紋。

溫裂是裂紋中較特殊的一類，低于合金材料實際固相線溫度至裂口裂壁被滲入的空氣氧化，但不呈現(xiàn)明顯氧化色這一溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的裂紋即為溫裂。溫裂分為縮裂、熱處理裂紋和氣割裂紋，主要以氣割裂紋為主。

結合鑄件生產(chǎn)過程和裂紋形態(tài)分析，一方面存在鑄件打箱溫度過低、溫差過大導致鑄造應力增大產(chǎn)生冷裂；另一方面該材料碳當量較高，碳化物析出嚴重，氣割過程中若氣割溫度過低易導致氣割裂紋，氣割裂紋主要存在于冒口等切割區(qū)域。

3 改進措施

3.1 打箱工藝優(yōu)化

通過參考類似材料20Ni M oCr6的CCT曲線進行分析，該類材料在415℃時鐵素體和珠光體相變基本轉變完成，另結合鑄件的熱應力考慮，打箱溫度越高鑄件降溫速度越快，降溫速度越快則鑄件熱應力明顯增大，極易發(fā)生鑄件開裂的風險。因此，綜合考慮鑄件的相變應力和熱應力，將鑄件打箱溫度控制在370℃～400℃.

通過使用M agm a軟件進行冷卻模擬和曲線修正，理論上計算鑄件在澆注后64 h時冒口頸溫度降至600℃，具體冷卻模擬曲線見圖2.結合理論模擬冷卻時間，鑄件實際澆注后64小時時開始對砂型內(nèi)溫度進行測量，使用熱電偶測溫法進行實時測量，當熱電偶測量溫度在400℃～450℃時開始進行逐層打箱，清理砂塊，保證高溫打箱工作順利實施。鑄件采取高溫打箱、落砂、冒口切割一體化流程，避免鑄件在低溫區(qū)降溫過快導致鑄造應力過大。

3.2 冒口切割工藝改進

圖2 冷卻模擬曲線

鑄鋼件的澆道、冒口均采用氣體火焰切割方式去除，經(jīng)氣割的鑄件斷面，如果從其燃點冷卻下來的冷卻速度過快易導致過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體的相變而有劇烈的相變膨脹，從而產(chǎn)生較大的殘余應力，極易導致氣割裂紋產(chǎn)生。因此鑄件氣割前必須進行充分預熱，避免切割過程中冷速過快導致表面裂紋缺陷產(chǎn)生，預熱溫度主要根據(jù)鑄件材質、碳當量、結構等綜合進行判定。

為了避免此類裂紋的產(chǎn)生，重點從鑄件切割溫度和切割順序方面進行改進。鑄件打箱后立即轉至冒口切割區(qū)域進行天然氣預熱保溫，為了避免冒口切割后冷卻速度過快導致裂紋缺陷的產(chǎn)生，因此必須保證鑄件的預熱溫度。此類產(chǎn)品屬中碳高強鋼產(chǎn)品，碳當量達到0.91，碳當量越高，預熱溫度也需要相應提高，因此鑄件切割前預熱溫度要求大于260℃，然后采用割炬進行熱切割。為了避免鑄件降溫過快導致切割產(chǎn)生裂紋，切割時首先切割澆道、補貼，然后切割冒口，冒口及澆道根部殘余留量要求均控制在20 m m以內(nèi)，切割完成后鑄件整體溫度控制在204℃以上。

鑄件冒口切割完成后立即進行高溫退火，退火過程中需嚴格控制升降溫速度。高溫退火后鑄件可進行粗清理，粗清理過程使用碳弧氣刨方法將冒口切割和澆道根部殘留去除，鑄件預熱溫度保持在204℃以上。

3.3 增加消應力熱處理

鑄件粗清理后立即轉至熱處理爐進行消應力處理，消除鑄件的殘余應力。為了保證鑄件質量，要求保溫溫度530℃~580℃，升降溫速度40℃/h~80℃/h，可以避免升降溫過快導致鑄件開裂。

4 結 論

1）結合高強鋼材料特性，對該高強鋼鑄件高溫打箱、冒口切割流程一體化設計，有效避免鑄件冷裂紋產(chǎn)生，為后序生產(chǎn)提供產(chǎn)品質量保證。

2）高強鋼鑄件碳當量高、易裂，熱切割過程中務必保證鑄件切割溫度符合工藝要求，有效避免裂紋缺陷。

按照改進后生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)操作執(zhí)行，裂紋缺陷得到有效控制，裂紋缺陷返修率降至0.3%，改進效果良好。

［1］ 馬紅濤，高翔.中速柴油機機體鑄造裂紋的原因分析及防止措施［J］.中國鑄造裝備與技術，2015（1）：16-17.

Improvement of Crack Defects of High-strength Steel Gear Ring Casting

XU Feng，LEI Yong-hong
（Kocel Steel Foundry CO.，LTD.，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Aiming at the problem of surface crack defects in high-strength steel ring castings，the rough cleaning technology of shaking out and riser cutting is analyzed and improved.The product technology was optimized and the production process and other comprehensive measures were adjusted to reduce the risk of casting crack and effectively improve production efficiency and save production costs.

high-strength steel，the rough cleaning technology，crack

TG245

A

1674-6694（2017）04-0037-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.013

2017-05-09

徐峰（1988-），男，助理工程師，學士，主要從事鑄鋼件預清理生產(chǎn)過程管理與控制方面工作。