解決曲軸連桿檔內(nèi)縮松缺陷的措施

李文生

（東鑫機(jī)械鑄造制造有限公司，山西 侯馬 043000）

2016 年，公司給客戶開發(fā)了一種曲軸新產(chǎn)品，材質(zhì)為QT850-4，用鐵型覆砂工藝生產(chǎn)了50 件樣品發(fā)給客戶試加工，成品磁粉探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)連桿檔內(nèi)中間分型面處（如圖1）都有疑似夾渣缺陷的孔洞（如圖2），客戶解剖分析不能確定是什么缺陷，于是公司將試樣拿回進(jìn)行金相分析，以確定缺陷種類，并采取針對(duì)性解決措施。

圖1 產(chǎn)品缺陷位置圖

圖2 產(chǎn)品缺陷圖

1 缺陷分析

公司召集相關(guān)人員召開缺陷問題診斷會(huì)議，通過對(duì)缺陷直觀分析，認(rèn)為該缺陷有兩種可能，該缺陷有可能是夾渣，有可能是縮松。關(guān)于縮松問題在以往的生產(chǎn)中從來沒有發(fā)生過，為了進(jìn)一步確定缺陷種類，決定采取如下措施：

1）對(duì)試樣進(jìn)行電鏡分析；

2）對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行排查，尋找生產(chǎn)過程中的可疑點(diǎn)，為缺陷形成條件提供依據(jù)；

3）針對(duì)夾渣缺陷制定試驗(yàn)方案。

2 生產(chǎn)過程排查

通過對(duì)原輔材料進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)原輔材料均沒有更換供應(yīng)商與批次；查鐵水成分，碳當(dāng)量與配料也沒有不妥的地方；查鐵水澆注溫度，鐵水溫度也符合工藝要求；從產(chǎn)品金相看石墨球數(shù)與大小也滿足要求；生產(chǎn)過程也沒有其他異常點(diǎn)。

3 夾渣缺陷驗(yàn)證

技術(shù)部門按夾渣缺陷確定了試制工藝，在原工藝上把鐵水出爐溫度提高10 ℃，由以前的1 540 ℃提高至1 550 ℃，其他不變，產(chǎn)品經(jīng)加工后檢測發(fā)現(xiàn)缺陷沒有得到任何改善。

4 缺陷部位掃描電鏡結(jié)果與分析

將缺陷部位放到FEI 掃描電鏡下，通過放大100 倍觀察，如圖3 所示，發(fā)現(xiàn)缺陷部位比較集中，缺陷孔洞內(nèi)部可觀察到樹枝晶組織，缺陷區(qū)通過能譜分析也沒有特殊合金元素，所以排除了渣孔的可能，從缺陷表面形貌看缺陷類型為典型的縮松缺陷。

5 缺陷原因分析與改進(jìn)方案制定

5.1 缺陷原因分析

圖3 缺陷位置組織掃描×100

縮松是指鑄件最后凝固區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬補(bǔ)縮形成的分散、細(xì)小的孔洞。均衡凝固理論認(rèn)為球鐵的石墨化膨脹可以抵消凝固收縮，工藝上應(yīng)該采取措施，使單位時(shí)間的收縮和膨脹、收縮與補(bǔ)縮按比例進(jìn)行，利用膨脹與動(dòng)態(tài)收縮疊加，達(dá)到鑄件的補(bǔ)縮目的。圖4 為鑄件均衡凝固示意圖，從球鐵的均衡凝固理論可知，球墨鑄鐵收縮與補(bǔ)縮具有如下特點(diǎn)：鑄件冷卻、凝固至均衡點(diǎn)P 之前，需靠外部補(bǔ)縮，用冒口或澆注系統(tǒng)補(bǔ)充鑄件本身自補(bǔ)不足的差額，到達(dá)均衡點(diǎn)P 時(shí)刻，在宏觀上，型腔中的鐵液不再產(chǎn)生體積虧損，不管冒口和鑄件是否暢通，鑄件都不會(huì)再向冒口抽吸鐵液，冒口的補(bǔ)縮作用也就中止了。均衡點(diǎn)P 之后，鑄件進(jìn)入內(nèi)部自補(bǔ)縮的階段，只要不再發(fā)生單位時(shí)間收縮大于膨脹的情況，鑄件就不會(huì)產(chǎn)生縮松缺陷。

對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與造型鐵型的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行分析：產(chǎn)品軸徑與鐵型在缺陷部位的砂型構(gòu)成如圖5 所示，從圖5 可以看出出現(xiàn)缺陷的部位形成一個(gè)設(shè)計(jì)熱節(jié)，同時(shí)在此部位砂型熱量極易聚集，所以此處極易形成縮孔縮松。

圖4 鑄件均衡凝固示意圖

5.2 改進(jìn)方案制定

依據(jù)對(duì)缺陷部位結(jié)構(gòu)的分析認(rèn)為缺陷產(chǎn)生的原因是由于缺陷部位存在熱節(jié)以及缺陷部位鑄型散熱較差所致，所以決定采用局部放冷鐵的方案。冷鐵放置方式見圖6b）.冷鐵利用φ6 的銷釘，25 mm 一節(jié)，隨形砸彎焊接放在連桿檔內(nèi)作為冷鐵，把此處覆砂層減薄至3 mm～4 mm 進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺陷消除。

圖5 缺陷部位砂型構(gòu)成

圖6 缺陷部位鐵型改進(jìn)前后情況簡圖

5.3 改進(jìn)方案效果

重新設(shè)計(jì)、制作了一批鐵型，將連桿檔內(nèi)覆砂層處機(jī)加工保證3 mm～4 mm 覆砂層厚，經(jīng)批量生產(chǎn)驗(yàn)證，連桿檔內(nèi)再?zèng)]有出現(xiàn)縮松缺陷。

6 結(jié)論

用鐵型覆砂工藝進(jìn)行球鐵鑄件生產(chǎn)，通過減薄鐵型的覆砂層厚度可以有效防止由于熱節(jié)導(dǎo)致的縮孔縮松缺陷。