大型臥澆機(jī)體冷隔缺陷解決措施探討

邢 偉，時 曉，馬素娟，宋學(xué)恩，張敏之，劉憲亮

（濰柴重機(jī)股份有限公司，山東濰坊 261108）

大型機(jī)體鑄件在鑄造生產(chǎn)過程中，因尺寸和結(jié)構(gòu)的限制，機(jī)械化程度較低，一般易出現(xiàn)嗆孔、冷隔等缺陷。特別對于大平面臥澆機(jī)體，受澆注系統(tǒng)、鐵液充填型腔速度、鐵液初澆溫度等因素影響，大平面是缺陷易發(fā)位置，需要設(shè)計合理的鑄造工藝來保證鑄件質(zhì)量。

1 鑄件簡介

大型機(jī)體鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示，尺寸3 510 mm×1 421 mm×1 060 mm，重量 5 700 kg，材質(zhì)H T250，基本壁厚18 mm.設(shè)計臥澆傾斜澆注工藝，階梯澆注系統(tǒng)實現(xiàn)平穩(wěn)充型，圖2為鑄造工藝簡圖；自硬砂制芯造型、刷涂、表干，使用下芯定位裝置下芯，提高尺寸精度，減輕勞動強(qiáng)度；澆注溫度1 340℃～1 360℃，使用澆口箱拔塞澆注，提高擋渣效果；澆注后冷卻時間大于120 h，進(jìn)行時效處理消除應(yīng)力。

2 缺陷位置及原因分析

該機(jī)體在生產(chǎn)過程中，在頂部大平面氣腔上部 位置出現(xiàn)一道裂紋，如圖3所示，對缺陷位置取樣檢查分析，發(fā)現(xiàn)裂紋斷面光滑，是典型的冷隔缺陷特征。

圖1 大型機(jī)體鑄件三維示意圖

圖2 大型機(jī)體鑄造工藝圖

圖3 缺陷位置及形態(tài)示意圖

冷隔是鑄件上穿透或不穿透的縫隙，邊緣呈圓角狀，由充型金屬流股匯合時熔合不良造成。多出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆道的寬大上表面或薄壁處，金屬流匯合處，激冷部位，以及芯撐、內(nèi)冷鐵或鑲嵌件表面[1]。冷隔缺陷產(chǎn)生的原因一般是鐵液溫度低、化學(xué)成分不合適、澆注速度慢、型腔內(nèi)充型阻力大、澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理等造成鐵液流速慢。

利用M A G M A軟件模擬該機(jī)體充型過程，通過對凝固過程進(jìn)行模擬，機(jī)體凝固時間為90 s，模擬結(jié)果見圖4.從圖4中可以看出冷隔缺陷部位是機(jī)體最后充型部位，裹氣嚴(yán)重，鐵水溫度較低。

圖4 MAGMA模擬機(jī)體凝固示意圖

通過模擬結(jié)果和對鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，機(jī)體該位置產(chǎn)生冷隔缺陷的可能原因如下：

1）充型末期鐵液溫度較低，流動性差；

2）冷隔部位出氣不良，氣體阻礙鐵液合流；

3）機(jī)體結(jié)構(gòu)限制，臥澆工藝頂部大平面成為最后充型部位。

3 采取措施及取得效果

針對該機(jī)體冷隔缺陷產(chǎn)生的原因，采取以下措施：

1）提升澆注溫度

由最初制定的初澆溫度1 340℃～1 360℃提高到1 370℃～1 380℃，使鐵液在較高的溫度下，保持順暢的流動，到達(dá)缺陷位置時不會因溫度降低過快而凝固，形成冷隔。同時根據(jù)季節(jié)氣候不同，細(xì)化澆注溫度。

2）調(diào)整合金成分

通過對熔煉過程進(jìn)行控制，對合金配比進(jìn)行調(diào)整，將碳含量控制在成分范圍上限，提高鐵水流動性。

3）增加出氣

在機(jī)體冷隔位置周圍增加出氣棒，加強(qiáng)鑄型排氣，防止此處產(chǎn)生較多的氣體無法快速逸出而阻止鐵水合流。

4）優(yōu)化澆注系統(tǒng)

該機(jī)體采用階梯澆注，半封閉式澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)各單元比例為F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.6∶1.3.為解決冷隔缺陷，改進(jìn)澆注系統(tǒng)，增大內(nèi)澆道截面積（澆注系統(tǒng)各單元比例變?yōu)?∶1.6∶1.4），加大上下兩層中間5道內(nèi)澆口截面積（與產(chǎn)生冷隔位置正對），增加此處的鐵液進(jìn)入量，提高充型速度，避免薄壁大平面成為最終充型部位。同時，增高澆注壓頭，提高澆注速度，使?jié)沧⑦^程中砂芯產(chǎn)生的氣體速度遠(yuǎn)低于包圍砂芯鐵水凝固的速度，減少氣體的逸出，澆注時間由90 s降低為75 s.

圖5 優(yōu)化澆注系統(tǒng)示意圖

通過以上的改進(jìn)，機(jī)體冷隔缺陷未再出現(xiàn)，合格鑄件見圖6，說明采取的措施是合理可行的。

圖6 工藝改進(jìn)后合格鑄件示意圖

4 結(jié)論

1）提高澆注溫度和澆注速度，可以有效的防止冷隔缺陷的產(chǎn)生。

2）液態(tài)金屬的充型能力首先取決于金屬本身的流動能力，其與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。因此，適當(dāng)調(diào)整合金成分，可以有效提高鐵液的流動性。

3）提高型、芯砂的透氣性，加強(qiáng)鑄型排氣，防止氣體聚集阻礙鐵液合流。

4）合理的澆注系統(tǒng)，可以引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充型，在合適的時間內(nèi)（對于該機(jī)體在75 s充型完畢）充滿型腔，可以避免形成冷隔等缺陷。