鐵模覆砂球墨鑄鐵曲軸收縮缺陷的原因分析及預(yù)防方法研究

摘 要：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用的關(guān)鍵零件是曲軸，在使用過程中能夠?qū)⒐β嗜枯敵?。如果曲軸出現(xiàn)質(zhì)量問題將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。曲軸質(zhì)量問題的主要表現(xiàn)方面是縮孔和縮松，嚴(yán)重情況將會(huì)造成機(jī)器損壞。本文主要研究球鐵曲軸鑄造生產(chǎn)中產(chǎn)生收縮缺陷的特點(diǎn)，并根據(jù)特點(diǎn)分析產(chǎn)生的原因，同時(shí)提出相應(yīng)的解決措施，防止出現(xiàn)更大的問題。

關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵 曲軸 收縮缺陷 措施

引 言

發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中主要依靠曲軸將功率全部傳輸，如果曲軸出現(xiàn)問題，很容易在運(yùn)行過程中發(fā)生斷裂現(xiàn)象，從而影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，嚴(yán)重情況下會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的完整性。針對(duì)此，根據(jù)研究表明，曲軸出現(xiàn)收縮缺陷的主要表現(xiàn)有兩個(gè)方面，分別是縮孔和縮松。收縮缺陷產(chǎn)生的裂紋將會(huì)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)一直擴(kuò)大，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過程。所以，我們需要對(duì)曲軸出現(xiàn)收縮缺陷進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的措施解決問題。

一、分析球鐵曲軸收縮缺陷的特點(diǎn)

球鐵曲軸在鑄造生產(chǎn)過程中主要是在最大熱節(jié)圓處出現(xiàn)縮孔，少數(shù)情況在主軸以及連桿軸的連接部位出現(xiàn)，還有在軸徑以及平衡塊之間的連接處會(huì)產(chǎn)生縮孔。此區(qū)域會(huì)看到明顯的縮凹現(xiàn)象，如將鑄件切開，會(huì)發(fā)現(xiàn)中心位置有縮孔缺陷，且影響范圍比較大，缺陷效果明顯?？s坑以及縮凹經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面，中心軸線上經(jīng)常出現(xiàn)縮松等現(xiàn)象[1]。曲軸收縮缺陷的表現(xiàn)形式比較明顯，范圍比較廣，出現(xiàn)的形式種類比較多，有的部位還會(huì)出現(xiàn)多種缺陷形式，嚴(yán)重影響使用效果，造成機(jī)器的使用效率降低。

曲軸出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，對(duì)缺口進(jìn)行檢查，明顯發(fā)現(xiàn)多數(shù)斷口中會(huì)存在縮孔、縮松等收縮缺陷，此種情況被認(rèn)定為產(chǎn)生裂紋的原因。如果出現(xiàn)收縮缺陷，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸在運(yùn)行過程中產(chǎn)生裂紋，且裂紋的范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，最終造成曲軸發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，造成重大事故。

二、分析收縮缺陷產(chǎn)生的原因

球墨鑄鐵件在鑄造過程中會(huì)存在糊狀凝固現(xiàn)象，此情況將會(huì)影響鑄件的使用效果。曲軸的形狀在設(shè)計(jì)的時(shí)候呈現(xiàn)復(fù)雜的狀況，所產(chǎn)生的熱節(jié)點(diǎn)比較多，容易影響補(bǔ)縮通道的流暢性。使用同時(shí)凝固原則的無冒口鑄造工藝，在熱節(jié)處很容易出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，同時(shí)在最后凝固的部位也會(huì)出現(xiàn)此種現(xiàn)象。

收縮缺陷產(chǎn)生的主要原因有四個(gè)方面，第一個(gè)方面主要是鑄件中含有的鎂以及RE含量過高，因?yàn)殒V和RE的化學(xué)性質(zhì)能夠阻礙石墨化，在反應(yīng)的過程中生成滲碳體，增加鑄件的白口組織。在鑄造生產(chǎn)中使用沖天爐熔化鐵水，如果鐵水發(fā)生氧化現(xiàn)象，溫度比較低，將會(huì)造成鎂與RE的含量比較高，這種情況將會(huì)嚴(yán)重影響鑄件澆注過程中出現(xiàn)縮孔，且縮孔的大小不一致，同時(shí)，鑄件出現(xiàn)斷口的時(shí)候會(huì)伴隨著產(chǎn)生白口組織，嚴(yán)重影響使用效率[2]。第二個(gè)方面主要是鐵水中含有的碳元素含量比較低，熔化的鐵水中碳含量比較低的時(shí)候?qū)?huì)影響石墨化的進(jìn)程，影響其質(zhì)量問題。如果碳含量在4.3%以下，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，鑄件中的收縮現(xiàn)象比較明顯，同時(shí)出現(xiàn)縮孔以及縮松現(xiàn)象，造成鑄件的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響使用效果。第三個(gè)方面主要是鑄件的澆注溫度偏高，溫度偏高會(huì)帶來有利的方面，能夠提升鐵水的流動(dòng)性，便于快速成型，不會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，同時(shí)便于補(bǔ)縮流暢。但是溫度過高會(huì)造成鐵水收縮量增加，這種情況將會(huì)很難消除縮孔等收縮缺陷，產(chǎn)生不利影響，造成后期運(yùn)用出現(xiàn)很多麻煩[3]。第四個(gè)方面主要是開箱時(shí)間過早，鐵膜覆砂生產(chǎn)中，鑄件完成澆注過程后，如果鐵水沒有完全凝固，將砂箱松動(dòng)，會(huì)影響石墨化的反應(yīng)過程，在此過程中容易出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，不能使鐵水很好地補(bǔ)縮以及凝固，很容易出現(xiàn)縮孔以及縮松的現(xiàn)象，影響鑄件的凝固效果，造成鑄件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

三、控制收縮缺陷的預(yù)防措施

針對(duì)曲軸收縮缺陷，所對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施主要有四個(gè)方面，結(jié)合缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，能夠控制縮孔以及縮松現(xiàn)象，同時(shí)保證鑄件的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。所使用的第一個(gè)預(yù)防措施是對(duì)鎂以及RE的含量進(jìn)行控制，工作人員需要掌控沖天爐熔化鐵水的反應(yīng)過程，盡量減少氧化反應(yīng)，同時(shí)掌控鐵水的溫度，保證鐵水中的鎂以及RE元素的含量適中，減少白口組織的出現(xiàn)，不影響鑄件的質(zhì)量。鎂與RE的含量應(yīng)控制在0.09%左右，不能過高或過低，盡量在0.01%的誤差中間，同時(shí)，鎂的殘留量應(yīng)該比RE的殘存量稍高，不能低于RE的含量。

第二種措施主要是根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整沖天爐使用前后的鐵水的化學(xué)成分，碳的含量需要根據(jù)鑄件的薄厚程度進(jìn)行設(shè)置、合理控制并且保證碳含量適中[4]。砂型鑄造中通常情況下使用的碳含量在4.35%左右，不能低于4.2%。如果在鐵模覆砂工藝中使用，碳含量一般掌控在4.55%左右，不能低于4.4%。磷含量在使用的過程中很容易出現(xiàn)損失現(xiàn)象，形成共晶體，所以在鐵水澆注的時(shí)候需要適當(dāng)減少磷含量，控制其最高含量在0.07%左右，不能超過此項(xiàng)指標(biāo)。

第三個(gè)控制措施是工作人員要合理掌控松箱卡的時(shí)間，保證曲軸生產(chǎn)線穩(wěn)定并且適中。鐵模覆砂鑄造曲軸在生產(chǎn)過程中主要形式為流水線，所以需要嚴(yán)格掌控開箱時(shí)間，防止出現(xiàn)一系列的問題，造成大量損失，必須要等到鑄件完全凝固之后才能松箱，打開箱子。

四、結(jié)束語

球墨鑄鐵在鑄造生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生糊狀凝固現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)榍S的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在澆注凝固過程中很容易出現(xiàn)收縮缺陷，影響使用壽命。所以在鑄造生產(chǎn)過程中要保證鑄件的碳、鎂、RE含量適中，同時(shí)掌控出爐溫度和澆注溫度，控制開箱時(shí)間，保證球墨鑄鐵曲軸的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，減少收縮缺陷。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡鵬，楊兆忠，周貝，等.風(fēng)電機(jī)組球墨鑄鐵件縮松缺陷分析與改進(jìn)方法[J].鑄造技術(shù)，2016（3）：585-587.

[3] 王樹寶，郭文申，姜霄云.球墨鑄鐵典型縮松缺陷的解決[J].金屬加工（熱加工）熱加工，2017（z2）：56-58.

[4] 謝高峰，王曉靖.控制球墨鑄鐵件縮孔縮松缺陷的新方法[J].鑄造工程，2016，40（6）：34-36.

作者簡(jiǎn)介：高正兵（1980—），男，漢族，山東臨沂，鑄造工程師，本科/學(xué)士，魯中礦業(yè)有限公司機(jī)械廠，鑄造工藝。