ZC210汽缸蓋縮松缺陷原因分析及防止措施

楊永來

辛集市辛缸汽缸蓋有限公司 河北石家莊 052360

1 序言

ZC 210 汽缸蓋系船機汽缸蓋，功率大，工作條件惡劣，毛坯重139.8 k g，主要壁厚15mm，局部熱節(jié)達到50mm，主要尺寸600mm× 400mm×380mm，鑄件材質(zhì)為HT300（要求wCu為 0.5%~0.8%、wCr為0.15%~0.35%、wMo為0.15%~0.35%），感應(yīng)電爐熔煉，這個產(chǎn)品一直在我公司鑄造，成品率在90%以上，后移到外協(xié)廠去生產(chǎn)，結(jié)果經(jīng)過3次試生產(chǎn)，成品率很低，主要缺陷為在熱節(jié)部位存在嚴重疏松缺陷（見圖1），后到外協(xié)廠進行原因分析并制定防止措施。

圖1 汽缸蓋疏松缺陷

2 原因分析

因模具系我公司以前一直在用的，所以澆冒口系統(tǒng)引起疏松的可能被排除。產(chǎn)品質(zhì)量問題為疏松缺陷，因此主要從熔煉、澆注等環(huán)節(jié)進行分析整改，外協(xié)廠熔煉設(shè)備是2t感應(yīng)電爐，下面從爐料、配料、澆注溫度等幾個方面進行分析。

1）外協(xié)廠產(chǎn)品材質(zhì)較多，有球墨鑄鐵件、抗磨鑄鐵件、灰鑄鐵件，而回爐料區(qū)分不仔細，經(jīng)常有混料現(xiàn)象，其中抗磨鑄鐵件中鉻含量較高，外協(xié)廠抗磨鑄鐵件wCr一般在1.5%~10%，相比灰鑄鐵鉻含量很高。高牌號鑄鐵中wCr一般控制在0.15%~0.25%，如果鉻含量超過上限越多，則鐵液白口傾向越大，極易造成熱節(jié)部位有疏松缺陷。

2）查看了化驗結(jié)果，力學(xué)性能都合格，統(tǒng)計幾次試樣的化學(xué)成分，其范圍值見表1。

表1 汽缸蓋試樣化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

從化學(xué)成分分析：外協(xié)廠用較低的碳當量和加入合金（尤其是Cu、Cr、Mo）來達到汽缸蓋要求的力學(xué)性能，而偏低的碳當量易引起疏松缺陷。碳是鑄鐵中產(chǎn)生石墨的基礎(chǔ)，灰鑄鐵中石墨的形態(tài)起著至關(guān)重要的作用，wC在3.0%~3.1%范圍內(nèi)明顯是偏低的，一般HT300牌號的wC控制在3.1%~3.25%是比較合理的。此外，問題件中還含有鉻和鉬，目的是強化基體組織，都是阻礙石墨化元素，與偏低的碳含量相疊加，會使鑄件疏松傾向加大。另外，從化驗結(jié)果看，wS在0.02%~0.04%范圍內(nèi)也偏低。硫?qū)﹁T鐵中石墨化有雙重作用，一方面硫本身是阻礙石墨化較強烈的元素，另一方面硫與錳結(jié)合生成MnS及（Fe、Mn）S化合物，以顆粒狀彌散在鐵液中，這些化合物熔點在1600℃以上，可作為石墨的非均質(zhì)晶核，從而有利于石墨的析出。如果硫含量低，鐵液的孕育效果會很差，將引起石墨片粗大，鐵液收縮性加大，易引起疏松缺陷，因此灰鑄鐵件wS一般不應(yīng)低于0.06%[1]。而從實際化驗結(jié)果可見，問題件硫含量明顯偏低了。

3）外協(xié)廠熔煉的鐵液在1500~1530℃出爐，包內(nèi)孕育，澆注溫度在1370~1400℃。出爐溫度高，澆注時降溫費時，一般控制出爐溫度1500℃就可以，1530℃偏高一些；ZC210汽缸蓋結(jié)構(gòu)是壁厚較厚大，平均壁厚在15~25mm，且有較大的熱節(jié)存在，澆注溫度高，增加了疏松傾向，因此澆注溫度不宜過高，但澆注溫度低又會增加氣孔缺陷的概率，因此澆注溫度控制在1350~1380℃比較合適。

3 制定整改措施

針對汽缸蓋產(chǎn)生縮松的原因，制定措施如下。

（1）爐料分類 不同材質(zhì)的回爐料（主要是球墨鑄鐵回爐料和灰鑄鐵回爐料）分區(qū)存放，爐料分類必須準確，熔煉ZC210汽缸蓋時不能加球墨鑄鐵回爐料，且稱重要準確。

（2）調(diào)整配料 外協(xié)廠原配料單見表2。

表2 外協(xié)廠原配料單（kg）

通過核算外協(xié)廠原配料單，對配料作如下調(diào)整。

1）碳含量：原配料單中按照碳燒損5%計，終鐵液wC為3.05%，如果生鐵、廢鋼回爐料不變，則將增碳劑增加到17kg，終鐵液wC調(diào)整到3.2%左右，可以達到要求。

2）硅含量：經(jīng)過計算，按照原配料原鐵液wSi為1.51%（按燒損5%），調(diào)整硅鐵加入量到12.5kg，原鐵液wSi能達到1.65%（按燒損5%），加上孕育（孕育量按照0.3%～0.4%）增加的wSi為0.23%，終鐵液wSi能達到1.9%左右。

3）錳含量：原配料單中錳鐵加入量是12kg，計算原鐵液wMn為0.85%（按燒損15%），符合要求，不作調(diào)整。

4）銅、鉻、鉬的作用是強化基體、提高力學(xué)性能，原配料單中加入量符合要求，新的配料單中不作調(diào)整。

5）硫含量：原因分析中已經(jīng)作了說明，原配料單中加入的硫鐵量不足，原加入量是1kg，若按照硫鐵wS為60%計算，鐵液wS為0.0375%，與化驗結(jié)果相符，灰鑄鐵中wS一般控制在0.06%～1%，按照wS為0.08%計算，硫鐵加入量是2.15kg，可以看出，原配料單中硫鐵加入量1kg明顯偏低了。

調(diào)整后的新配料單見表3，終鐵液成分目標值見表4。

表3 調(diào)整后的新配料單 （kg）

表4 調(diào)整后終鐵液化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） (%)

（3）鐵液溫度 出爐溫度控制在1500℃，孕育工藝不變，澆注溫度調(diào)整為1350~1380℃。

4 效果驗證

經(jīng)過調(diào)整，第一次澆注12件毛坯，化學(xué)成分達到了目標成分范圍，見表5。

表5 調(diào)整后終鐵液實際化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） (%)

單鑄試塊力學(xué)性能：抗拉強度為301MPa，硬度為217HBW。

經(jīng)過加工驗證，試制的12件ZC210汽缸蓋未再產(chǎn)生疏松缺陷。

5 結(jié)束語

1）根據(jù)鑄件技術(shù)要求材質(zhì)牌號，選取合適的化學(xué)成分是首要條件。

2）熔煉過程各種原材料區(qū)分好，不能混料，上料稱重必須準確，避免成分偏差。

3）感應(yīng)電爐熔煉需要補充足夠的硫，wS控制在0.06%~0.1%是比較合適的。

4）控制合適的出爐溫度和澆注溫度，能避免一些鑄造缺陷的產(chǎn)生。