高強度灰鑄鐵飛輪殼無冒口鑄造工藝

張紅梅

摘? 要：采用潮模砂鑄造工藝，多觸頭高壓造型機，中頻電爐熔煉鐵液，通過合理控制鐵液化學成分及低合金化，復合孕育和增硫工藝，采用中間底注式分散內澆道澆注方式，使HT300飛輪殼無冒口鑄造工藝得到實現，且已實現批量生產無一例裝機使用后出現開裂現象。鑄件的工藝出品率達到92%，降低鑄造成本達10%。

關鍵詞：HT300;無冒口;鑄造工藝

中圖分類號：TG251.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0103-03

Abstract： Adopting wet mold sand casting process， multi-contact high pressure molding machine， medium frequency electric furnace melting molten iron， reasonable control of molten iron chemical composition and low alloying， compound inoculation and sulfur addition process， intermediate bottom casting dispersed internal pouring mode is adopted. The casting process of HT300 flywheel shell without riser has been realized， and no cracking has occurred after installation and use in batch production. The technological yield of castings is 92%， and the casting cost is reduced by 10%.

Keywords： HT300; no riser; casting process

隨著柴油機功率的加大，飛輪殼又是發動機的一個重要基礎件，對發動機起著支撐和保護的作用。在使用過程中，飛輪殼開裂是發動機一種常見故障，導致該故障的因素較多，材質是其中的一個重要原因，所以主機廠對飛輪殼的材料性能提出了更高的要求，從HT250提高到HT300甚至HT350牌號。這給生產帶來了相當大的難度。為適應市場需求和競爭力，采用無冒口鑄造工藝，從而提高產品工藝出品率，降低鑄造成本。HT300無冒口飛輪殼由我公司試驗成功并得到批量生產，現將生產中需注意的環節做如下概述。

1 工藝分析

1.1 產品簡介

該產品為國產重型柴油發動機上的飛輪殼，材質HT300，重85kg，該產品結構比較復雜，壁厚差比較大，薄的部位為6mm，較厚的搭子和側面厚大部位最大達45 mm，極易產生縮孔、疏松等鑄造缺陷。

1.2 無冒口工藝分析

產品壁厚嚴重不均勻，圖紙技術要求鑄件表面無氣孔、砂眼、內部無縮孔、疏松等鑄造缺陷，試棒的抗拉強度不得低于HT300的國家標準。若采用傳統的澆冒口補縮的生產方法，需要補縮的部位較多且分散，造成工藝出品率低，而且在厚大部位容易出現內部縮孔、疏松等缺陷，所以研究試驗的方向考慮采用無冒口澆注工藝。

鑄鐵件無冒口并不意味著鑄件不需要補縮，而是利用鑄件各部位不同時凝固的石墨化膨脹來抵消凝固收縮。要滿足高強度無冒口鑄件的要求，必須滿足以下條件：（1）要有高剛度的鑄型，即鑄型硬度達90以上;（2）在保證鑄件機械性能合格的前提下，盡可能提高碳當量，適當孕育，最大限度地增大石墨，利用石墨膨脹的體積增加量，達到自補縮的效果;（3）采用底注式多道內澆道，能減少鑄件溫差，形成均勻的溫度場，有利于提高鑄件的自補縮能力;（4）適當的降低澆注溫度，減少液態體積收縮。

根據以上分析，需要滿足的技術要求，并分析了我公司的實際情況，采用多觸頭高壓造型即可滿足高剛度的鑄型條件，其他條件可根據具體情況具體分析設計，所以認為無冒口高強度灰鑄鐵飛輪殼鑄造是可行的。

2 熔煉中化學成分控制要點

化學成分的選擇：

鐵液工藝性能的好壞與碳、硅成分的高低有很大的對應關系，選擇較高的碳、硅含量，鐵液的收縮傾向小，工藝性好，容易獲得合格的鑄件，但是，較高的碳、硅含量條件下是很難獲得高強度灰鑄鐵件。

（1）碳

利用電爐熔煉過程中，增加石墨晶核，鐵液增碳技術，并加入適量的SiC，增加鐵液的長效石墨晶核，減少鐵液氧化。

（2）硫

增硫可防止石墨長成粗大片狀，在灰鑄鐵中硫含量過低是非常有害的。因為低硫的鐵液中的碳原子更容易往粗大的片狀石墨上富集，使大量的石墨晶核無法長成片狀石墨，使凝固后期的鐵液得不到有效的石墨化而產生嚴重收縮。適量增硫，可以給其石墨核心長成片狀石墨的機會，達到使石墨細化數量增多，分布均勻的目地。但必須認識到一點，硫畢竟是阻礙石墨化元素，硫含量不能過高，會增加白口傾向。我認為灰鑄鐵硫量控制范圍在0.08-0.12%之間。

（3）硅

硅是促進石墨化的元素，隨著鐵液中硅量的增加，收縮傾向減少。利用硅固溶強化基體的作用，將原鐵液硅量控制在1.7-1.9%，然后采用孕育的方式，孕育量我認為不是越多越好這個概念。孕育是為了增加結晶核心的數量，使石墨細化，均勻分布，少量的孕育就可以達到這個要求。在試驗中隨流孕育量控制在0.2-0.4%，再實施澆注時的瞬時孕育。改善石墨形態和分布狀況，增加共晶團，促進A型石墨形成。由于我公司電爐至灰鑄鐵澆注區距離偏遠，用電動小車運輸過去大概需3分鐘左右，在孕育劑選用上考慮采用含Ba的長效孕育劑（孕育劑成分如表1）并實施二次孕育，減少由于出鐵后鐵液時間長而造成孕育衰退。

（4）錳

錳一直被認為是合金化元素之一，錳量越高與鐵液中的S形成MnS，消耗了鐵液中的S量，S被消耗后，石墨會變得平順，長度變長，會使機械性能下降，但也不是Mn含量越低越好，Mn量太低，會使鐵液氧化傾向增大，流動性變差，收縮傾向增加，生產中控制量0.7-1.0%之間。

（5）合金化

a.鉻合金化

鉻加入量增加，灰鑄鐵性能會一直提高，但鉻加入量過多，白口傾向增大，出現碳化物，生產中控制0.12-0.25%。

b.銅合金化

銅加入量越多，灰鑄鐵的強度性能不僅不會提高甚至會有降低的可能，控制范圍選擇在0.3-0.6%，為了控制鑄造成本生產時控制在0.4%左右。

3 澆注系統

從工藝角度出發，將鑄件重要的面和厚大部位放在下箱，大止口朝上，中間圓結構簡單，采用自帶的方式，簡化了生產工藝。如圖1。

中間小止口進鐵水底注式多道內澆道進鐵液，這樣可避免由于過分集中引入鐵液而造成鑄件局部產生新的接觸熱節及物理熱節。采用扁薄短的內澆道，這樣的內澆道既能通過補縮鐵液，又能在一定時間內凝固，確保鑄型內建立封閉的凝固正壓力。

澆注時采用快速澆注，減少鑄件溫差使鑄件早期進入均衡凝固狀態。

4 生產條件

熔煉用的原材料包括優質碳素鋼、鑄造用的Z18生鐵以及回爐料。廢鋼采用優質船用鋼板裁剪后的邊角料，無銹蝕，無油污。采用建邦Z18鑄造用生鐵。回爐料的澆冒口經拋丸清理，表面無粘砂。

采用半自動化生產線，手搖式人工吊包進行試驗和批量生產。有2臺1t中頻感應電爐熔煉鐵液，爐前采用QLE-C型快速分析儀檢測出碳硅的含量，用快速熱電偶測溫槍檢測出鐵液溫度。原鐵液經1520℃過熱靜置后出爐，出爐溫度為1480-1500℃。采用隨流孕育和澆注時瞬時孕育相結合的復合孕育方式。用30噸液壓萬能試驗機檢測抗拉強度，用布氏硬度計檢測硬度，用19通道光譜分析儀、碳硫分析儀以及滴定的方法檢測化學成分。

5 化學成分及機械性能

根據單鑄試棒加工的試棒測定鑄件的抗拉強度，單鑄試棒需與鑄件同爐澆注，抗拉強度≥300MPa，必要時可用從鑄件上切下的試塊加工成試棒來測定鑄件材質的性能（表1、表2）。

結論：（1）采用較高碳當量條件下生產HT300灰鑄鐵件，并通過復合孕育的方法以及低合金化，能生產出符合要求的產品。

（2）采用底注式分散多澆道實現無冒口鑄造工藝。

（3）高強度無冒口灰鑄鐵件飛輪殼試驗成功并得到批量生產。

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