樹脂砂ZL107鐘型罩針孔缺陷預防措施

郭宗山

（蘭州蘭石集團有限公司鑄鍛分公司，甘肅蘭州 730050）

鑄造是一個復雜的生產(chǎn)過程，環(huán)境、設備、工藝、人員、原輔材料等都可能引起鑄造質(zhì)量的波動，鑄件質(zhì)量也包含兩方面的內(nèi)容：一是鑄件產(chǎn)品質(zhì)量，二是鑄造過程質(zhì)量控制。鑄造過程質(zhì)量控制直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量，控制好鑄造過程，必須從細節(jié)抓起，通過工藝優(yōu)化、控制點建立、設備保證等多方面一起建立一個穩(wěn)定的鑄造質(zhì)量控制全過程。

我公司造型工藝經(jīng)過水玻璃砂升級為樹脂砂生產(chǎn)線后，很多鋁合金鑄件開始出現(xiàn)針孔缺陷，特別表現(xiàn)在鐘型罩的生產(chǎn)上，出現(xiàn)很多廢品，針孔級別由原來的3級（ISO 10049-1992鋁合金鑄件針孔度目測評定法）降為5級以下（見圖1），給公司和客戶造成很大經(jīng)濟損失。為解決該鑄件的針孔問題，成立了由技術員、質(zhì)管員、操作工人組成的質(zhì)量控制項目小組，從工藝優(yōu)化、過程質(zhì)量控制等方面入手，查找原因，制定了糾正預防措施。

1 針孔缺陷產(chǎn)生的原因

1.1 樹脂砂造型特性

呋喃樹脂造型在鋁合金鑄件的生產(chǎn)過程中，由于發(fā)氣量大，容易產(chǎn)生氣孔，必須注意以下兩點：

圖1 鑄件針孔缺陷

1）樹脂砂型芯必須烘干。樹脂砂型芯如不烘干，反應產(chǎn)生的水在高溫條件下發(fā)生化學反應：H2O=2H++O2-，這是一個可逆反應。分解出來的氧又容易與金屬液生成熔點較高的Al2O3，反應方程式：2Al3++3O2-=Al2O3，這樣的反應大大促進了水蒸氣的高溫分解，使氫離子不斷向合金液中擴散。氫在合金液中的溶解度除與溫度成正比外，還與壓力成正比，產(chǎn)生的H2極易溶于鋁液中，產(chǎn)生氣孔。

2）在澆注過程中，樹脂砂由于呋喃樹脂的存在所以發(fā)起量較大、發(fā)氣速度快，快速增高型內(nèi)壓強，加快水氣與鋁液的反應速度，產(chǎn)生H2溶于鋁液中，產(chǎn)生氣孔。

1.2 鐘型罩結(jié)構(gòu)

鐘型罩屬于上下兩端厚大，中間鏈接壁薄鑄件（見圖2），造型澆注時下箱法蘭氣體不易排出，極易形成氣孔缺陷。

圖2 鐘形罩結(jié)構(gòu)示意圖

2 預防措施

2.1 選用高強度呋喃樹脂，減少樹脂加入量

在呋喃樹脂砂中，型、芯砂中呋喃樹脂加得越多，產(chǎn)生的氣體也越多，鑄鋁件產(chǎn)生氣孔缺陷的幾率也就越大。近年來，隨著我國呋喃樹脂合成技術的不斷改進，樹脂的強度不斷提高。所以為了降低發(fā)氣量，盡可能選用高強度呋喃樹脂，減少樹脂在型砂中的加入量，以防止鋁合金鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生。因此，在生產(chǎn)ZL107鐘型罩時，保證型砂強度在0.6 MPa～0.8 MPa即可，根據(jù)該工藝要求，將樹脂的加入質(zhì)量分數(shù)控制在0.8%～1.0%范圍內(nèi)為好。

2.2 提高砂芯的排氣性

為了防止氣孔缺陷，在造型工藝時，首先要做好降低芯子內(nèi)水蒸氣與鋁液反應的幾率，同時要提高芯子的排氣性。因此芯子內(nèi)要用泡沫等排氣物質(zhì)填滿，只要保證吃砂量在50 mm～100 mm即可，確保芯內(nèi)氣體由芯子本身排出，同時有利于澆注過程中減小型腔壓力，達到進一步降低與鋁液反應的幾率。其次要增加排氣孔的開設，特別是下箱法蘭面。

2.3 嚴格控制熔煉工藝

生產(chǎn)該鐘型罩時，在熔煉上主要從以下幾個方面加以控制：

1）爐料全部化清后，溫度達到690℃～710℃時，表面覆蓋NaCl和KCl（比例1：1），覆蓋住液面為宜，厚度5 mm～8 mm，防止與空氣接觸吸氣。

2）鋁液溫度達到720℃～740℃時，用六氯乙烷進行精煉除氣處理。精煉時必須確保壓罩與坩堝底保持150 mm～200 mm的距離，并沿坩堝緩慢的做圓周移動，一直到不冒泡為止，整個精煉過程約10 min～20min（除氣3～4次）。精煉后，使鋁液鎮(zhèn)靜8min～10 min，以利于浮渣。

3）變質(zhì)：鍶鹽變質(zhì)劑加入質(zhì)量分數(shù)為0.7%～1.0%，從變質(zhì)完成到澆注結(jié)束，時間不得超過20min，澆注溫度控制在730℃以上。

2.4 嚴格澆注工藝

首先，澆注時為了盡可能降低水汽的產(chǎn)生，澆注過程必須在烘型、扣箱結(jié)束后30 min內(nèi)結(jié)束；其次，澆注前先向型腔內(nèi)通惰性氣體，降低澆注時化學反應產(chǎn)生H2；最后在澆注結(jié)束后，要對冒口進行搗動，盡可能讓型腔內(nèi)鋁液波動，便于鋁液內(nèi)的氣體排出。

2.5 加強過程質(zhì)量控制

加強過程質(zhì)量控制，以保證工藝的有效實施，從根本上改善鑄造過程和提高鑄件產(chǎn)品質(zhì)量。

1）從鑄件質(zhì)量特性分析著手，在整個工藝流程中找出影響鑄件質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)，設立工序控制點，細化工藝，同時加強工序檢查，實施重點控制。

2）根據(jù)每道工序的特點對每道工序制定詳細的作業(yè)指導書。作業(yè)指導書是指導現(xiàn)場操作的基礎，通過作業(yè)指導書能夠準確的進行現(xiàn)場操作指導。

3）加強過程質(zhì)量記錄。過程質(zhì)量記錄是最重要的質(zhì)量控制方法，原材料加入的數(shù)量或重量、分析的數(shù)據(jù)、合金的加入量，甚至包括操作者、作業(yè)時間都要記錄。一旦澆注后的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，這些質(zhì)量記錄就是最重要的缺陷分析依據(jù)。樹脂砂造型的過程質(zhì)量控制也基本類似，砂子、樹脂、固化劑的加入量，砂子的溫度，造型耗費的工時都要記錄，甚至包括混砂機的編號。這一切的質(zhì)量管控都是為了以后更好地追溯。因此，在熔煉和造型這兩道最重要的工藝上，必須實現(xiàn)質(zhì)量人員的實時監(jiān)控。

4）建立自檢、互檢、專檢三檢制度，以保證問題及時發(fā)現(xiàn)及時處理。自檢即自己檢驗自己的工作成果，互檢即上下工序或者同類工序不同操作者相互檢驗，專檢更多是由控制質(zhì)量小組完成。

3 結(jié) 果

經(jīng)過整個質(zhì)量控制項目小組的攻關，生產(chǎn)出的鐘型罩針孔級別達到1級以上，法蘭加工面幾乎沒有可見的針孔缺陷，經(jīng)滲透檢測，符合技術要求，鑄件品質(zhì)得到很大提升，贏得了客戶的一致好評。

4 結(jié)束語

通過整個質(zhì)量控制項目小組的攻關并在生產(chǎn)中的多次實踐，基本掌握了鋁合金鑄件樹脂砂造型及熔煉工藝技術控制要點，并在作業(yè)指導書和工藝規(guī)程中將積累的經(jīng)驗和技巧總結(jié)固化，較好的解決了該類產(chǎn)品針孔類缺陷，鋁合金鑄件品質(zhì)得到很大提升，公司的技術水平和生產(chǎn)能力也同時邁入一個新的臺階，為公司的市場開發(fā)提供了有力支持。