鑄鋼件渣氣改善方法探究

白冬冬，馬宇清，潘多龍，呂昌略，杜天彬，周子龍

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

在鑄造生產中，渣孔是最為常見的鑄造缺陷之一，為了減少因為渣孔缺陷而導致的廢品率，必須提高金屬液的純凈度，通常的做法有優(yōu)化熔煉過程、改善澆注系統(tǒng)、使用過濾裝置等方法來捕獲金屬液中的夾雜物[1,2]。使用過濾技術不但能提高產品表面質量，減少渣孔缺陷，還對鑄件的機械性能、加工性能等有良好的改善，可全面提高產品質量。而超級過濾是在傳統(tǒng)過濾技術的基礎上優(yōu)化而來，其特點有過濾片孔密度更高、過濾片厚度更薄、入水口線速度更低等，能夠更好的過濾金屬液中細小的夾雜物，整流金屬液，從而獲得高質量的鑄鋼件。

1 產品特征和缺陷分布

銷孔座作為某公司液壓裝置的重要零部件，鑄件毛坯重量36kg，其質量要求非常嚴格，不但要具有良好的抗拉強度及屈服強度，同時無損檢測必須達到磁粉探傷驗收標準ASTMA903 M II 級，而且關鍵區(qū)域熱處理前后均不允許焊補。造型工藝為水玻璃砂型、樹脂砂芯，一型四件，鑄件結構如圖1 所示。

圖1 鑄件毛坯結構

自2017 年12 月自動化造型線生產以來共計生產銷孔座2223 件，其中因氣渣孔造成廢品111件，產品90%在爐前需要大面積的焊補，降低產品流轉速度的同時也加大了產品的質量風險，渣孔電鏡照片如圖2。

圖2 鑄件缺陷微觀照片

2 銷孔座原始工藝模具鑄造和常見的質量問題

2.1 原始工藝設計

銷孔座原始工藝如圖3 所示，在生產過程中，80%～90%的產品在上型最頂面位置存在不同程度的氣渣孔缺陷，開箱拋丸以后即可被發(fā)現(xiàn)，缺陷如圖4 所示。

圖3 銷孔座原始工藝圖

圖4 銷孔座缺陷圖

2.2 氣渣孔形成原因初步分析

（1）澆注系統(tǒng)設計不合理，擋渣效果差，澆注時熔渣進入型內，拋丸后在鑄件表面可見。

（2）鋼水在型腔內紊流，產生憋氣。

（3）爐料不純凈，鋼液氧化嚴重產生熔渣類鑄造缺陷。

（4）修包材料耐火度低，在澆注過程中形成新的熔渣，與鋼液一起進入鑄型內。

（5）澆注溫度低，熔渣來不及泛起。

3 銷孔座氣渣孔缺陷的解決方法

3.1 凈化鋼水

采用干燥、無水、無油、無銹的廢鋼及合金材料，將回爐料使用量控制在40%以下。

3.2 合理設計澆注溫度及澆注時間

通過研究產品材質成分，將澆注溫度控制在1590～1600℃之間，保證鋼液能夠順利通過過濾片良好充型，加快澆注速度，使產品在20～25s 內完成澆注，鋼液中的熔渣順利上浮。

3.3 優(yōu)化澆注系統(tǒng)

我司采用漏包澆注，包孔直徑為?50mm[1]，為使鋼液充型平穩(wěn)，減少對型腔沖刷的同時減少鋼液氧化，采用開放式澆注系統(tǒng)。為了避免澆注過程中的夾雜物沖入型腔，在橫澆道加設過濾片，如圖5 所示。澆注系統(tǒng)尺寸如下。

圖5 帶有過濾片的銷孔座工藝

包孔面積：3.14×（5/2）2mm2；

直澆道面積：3.14×（6/2）2mm2；

橫澆道截面尺寸為：65mm×63mm×47mm。

通過計算，在橫澆道上加設圣泉公司的氧化鋯材質的75mm×50mm×20mm，20ppi 的過濾片，起到擋渣和防止卷氣的作用。在造型時將過濾片垂直放置于型腔之中，如圖6 所示。

圖6 造型時過濾片的放法

4 使用超級過濾技術后效果驗證

通過工藝優(yōu)化和改進攻關后，在2018 年5 月份到2018 年8 月份共計生產1000 件銷孔座中廢品20 件，其中氣渣缺陷造成廢品1 件。通過上述改進后，銷孔座開箱拋丸后鑄件頂部及上半部位氣渣孔缺陷得到有效的解決。整模效果如圖7 所示，局部如圖8 所示。

圖7 銷孔座改善后整模圖

圖8 改善后銷孔座上表面無渣孔缺陷

5 結論

（1）通過對產品的橫澆道加設75mm×50mm×22mm，20ppi 的超級過濾可以起到很好的擋渣作用及有效的避免鋼水澆注過程中卷氣進入型腔。

（2）將鋼水的澆注溫度由1560～1570℃提高到1590～1600℃，鋼水的流動性顯著提高，熔渣上浮效果明顯。

（3）將橫澆道由上型移動到下型，增大了橫截面積，解決了鋼水充型過程存在的跳水問題，使鋼水充型平穩(wěn)。

（4）熔煉時控制鋼水回爐料的使用量，有效避免了產品鑄鋼件缺陷遺傳。