中速機灰鐵飛輪縮陷原因分析及防治

蔣 輝，綦宗超，宋學恩，姬愛青

（濰柴重機股份有限公司 濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

我廠流水線生產的中速機灰鐵飛輪，近期出現大量凹坑缺陷，其深度多數在3mm以上，個別嚴重的超過5mm，導致報廢（見圖1），已影響我廠生產成本及訂單交付，縮陷問題亟需解決。

圖1 飛輪上平面縮陷缺陷

1 產品簡介

毛坯輪廓尺寸?702 mm×133 mm，最小壁厚46mm；毛坯重量：245kg；材質 HT250；硬度（190～240）HBW；金相組織以A型石墨為主，允許少量B型，片長不小于4級，珠光體含量≥98%；時效處理。鑄件結構見圖2。

2 現行工藝

（1）造型：使用堿性酚醛樹脂自應砂，在流水線上生產，一箱兩件（見圖2）；

該澆注系統為封閉式澆注系統，截面比∑A直∶1.64∶2.05∶1，內澆道為阻流截面積。

圖2 飛輪工藝簡圖

表1 鐵水成分 ωB/%

（2）熔煉：鐵水成分見表1。

（3）澆注：初澆溫度 1350～1360℃，一包澆注兩箱。

3 縮陷分析

3.1 缺陷定性分析

如圖1中所示，缺陷表現為鑄件上平面凹坑，有些凹坑中有少量“鐵豆”，且在拋丸前，凹坑內有涂料層，“鐵豆”沒有涂料層。經以上分析，凹坑是鐵水自澆注溫度降至合金結晶溫度時產生的體積虧損[1,2]，而“鐵豆”是鑄件凝固縮陷后期石墨析出膨脹，擠出來的鐵水，因而沒有涂料層，故此缺陷為縮陷。

3.2 缺陷原因分析

（1）碳當量偏低，鐵水屬于亞共晶區，準固相區溫度范圍較寬，則其凝固收縮較大[3]。

（2）澆注溫度偏高，則鐵水從澆注溫度至液相線溫度范圍較寬，故其液態收縮較大[3]。

（3）砂型剛度不足，在澆注過程中，鑄型漲大變形，引起體積虧損[1]。

（4）澆注系統不合理：

1）阻流截面積在內澆道處，內澆道處鐵水流動速度過快，導致鐵水充型極不平穩，在澆注末期溢流冒口中已有鐵水溢出，停止澆注后，液面大幅下降，降低澆注系統的液態補縮能力。

2）單個內澆道高度較小，內澆道封閉過快，不能為鑄件在液態收縮時，提供鐵水補充。

4 改進措施

（1）適當提高碳當量：將C含量由3.25%提高至3.3%，一方面可減少液態收縮，另一方面增大石墨膨脹。

（2）降低澆注溫度：將澆注溫度降至1350℃，可減少液態收縮，并在澆注區增加攝像頭，嚴格控制澆注溫度，同時安排飛輪集中澆注，避免澆注完其他鑄件后鐵水溫度過高需長時間降溫的問題，盡量避免人為因素的影響。

（3）增加澆注溢流量，以抵消因澆注過程中充型不平穩，液面大幅下降的影響。

（4）提高鑄型強度：砂型震實時間由15s延長至25s，加強舂實砂型。

（5）利用Magma模擬軟件，優化澆注系統。

1）在直澆道與橫澆道之間設計阻流結構，即將澆注系統改為封閉開放式，阻流結構之后為開放式，鐵水流動比較平穩，內澆道流速由約200cm/s降至約 80cm/s，見圖 3。

2）將環形橫澆道改為3/4圓環，并在末端設計集渣結構，使橫澆道中鐵水進一步平穩。

3）將內澆道高度由5mm改為8mm，寬度適當減小，延長內澆道凝固時間，提高內澆道在澆注后的液態補縮作用。

采取措施后，生產約100件飛輪，鑄件表面平整無縮陷，該問題已得到解決。

圖3 Magma軟件模擬情況對比

5 結論

事實證明通過適當提高碳當量，降低澆注溫度，提高砂型強度，增加溢流量，采用平穩充型的澆注系統，高度較高的內澆道，可有效解決飛輪縮陷問題。其成功經驗為今后解決類似問題提供一定的參考。