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(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

在鑄造生產(chǎn)中，渣孔是最為常見(jiàn)的鑄造缺陷之一，為了減少因?yàn)樵兹毕荻鴮?dǎo)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(guò)程、改善澆注系統(tǒng)、使用過(guò)濾裝置等方法來(lái)捕獲金屬液中的夾雜物[1,2]。使用過(guò)濾技術(shù)不但能提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，減少渣孔缺陷，還對(duì)鑄件的機(jī)械性能、加工性能等有良好的改善，可全面提高產(chǎn)品質(zhì)量。而超級(jí)過(guò)濾是在傳統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)的基礎(chǔ)上優(yōu)化而來(lái)，其特點(diǎn)有過(guò)濾片孔密度更高、過(guò)濾片厚度更薄、入水口線(xiàn)速度更低等，能夠更好的過(guò)濾金屬液中細(xì)小的夾雜物，整流金屬液，從而獲得高質(zhì)量的鑄鋼件。

1 產(chǎn)品特征和缺陷分布

銷(xiāo)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(zhì)量要求非常嚴(yán)格，不但要具有良好的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，同時(shí)無(wú)損檢測(cè)必須達(dá)到磁粉探傷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)ASTMA903 M II 級(jí)，而且關(guān)鍵區(qū)域熱處理前后均不允許焊補(bǔ)。造型工藝為水玻璃砂型、樹(shù)脂砂芯，一型四件，鑄件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 鑄件毛坯結(jié)構(gòu)

自2017 年12 月自動(dòng)化造型線(xiàn)生產(chǎn)以來(lái)共計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)孔座2223 件，其中因氣渣孔造成廢品111件，產(chǎn)品90%在爐前需要大面積的焊補(bǔ)，降低產(chǎn)品流轉(zhuǎn)速度的同時(shí)也加大了產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，渣孔電鏡照片如圖2。

圖2 鑄件缺陷微觀照片

2 銷(xiāo)孔座原始工藝模具鑄造和常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題

2.1 原始工藝設(shè)計(jì)

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

圖3 銷(xiāo)孔座原始工藝圖

圖4 銷(xiāo)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(shè)計(jì)不合理，擋渣效果差，澆注時(shí)熔渣進(jìn)入型內(nèi)，拋丸后在鑄件表面可見(jiàn)。

（2）鋼水在型腔內(nèi)紊流，產(chǎn)生憋氣。

（3）爐料不純凈，鋼液氧化嚴(yán)重產(chǎn)生熔渣類(lèi)鑄造缺陷。

（4）修包材料耐火度低，在澆注過(guò)程中形成新的熔渣，與鋼液一起進(jìn)入鑄型內(nèi)。

（5）澆注溫度低，熔渣來(lái)不及泛起。

3 銷(xiāo)孔座氣渣孔缺陷的解決方法

3.1 凈化鋼水

采用干燥、無(wú)水、無(wú)油、無(wú)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(shè)計(jì)澆注溫度及澆注時(shí)間

通過(guò)研究產(chǎn)品材質(zhì)成分，將澆注溫度控制在1590～1600℃之間，保證鋼液能夠順利通過(guò)過(guò)濾片良好充型，加快澆注速度，使產(chǎn)品在20～25s 內(nèi)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(duì)型腔沖刷的同時(shí)減少鋼液氧化，采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)。為了避免澆注過(guò)程中的夾雜物沖入型腔，在橫澆道加設(shè)過(guò)濾片，如圖5 所示。澆注系統(tǒng)尺寸如下。

圖5 帶有過(guò)濾片的銷(xiāo)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(guò)計(jì)算，在橫澆道上加設(shè)圣泉公司的氧化鋯材質(zhì)的75mm×50mm×20mm，20ppi 的過(guò)濾片，起到擋渣和防止卷氣的作用。在造型時(shí)將過(guò)濾片垂直放置于型腔之中，如圖6 所示。

圖6 造型時(shí)過(guò)濾片的放法

4 使用超級(jí)過(guò)濾技術(shù)后效果驗(yàn)證

通過(guò)工藝優(yōu)化和改進(jìn)攻關(guān)后，在2018 年5 月份到2018 年8 月份共計(jì)生產(chǎn)1000 件銷(xiāo)孔座中廢品20 件，其中氣渣缺陷造成廢品1 件。通過(guò)上述改進(jìn)后，銷(xiāo)孔座開(kāi)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(xiāo)孔座改善后整模圖

圖8 改善后銷(xiāo)孔座上表面無(wú)渣孔缺陷

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的橫澆道加設(shè)75mm×50mm×22mm，20ppi 的超級(jí)過(guò)濾可以起到很好的擋渣作用及有效的避免鋼水澆注過(guò)程中卷氣進(jìn)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(dòng)性顯著提高，熔渣上浮效果明顯。

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

（4）熔煉時(shí)控制鋼水回爐料的使用量，有效避免了產(chǎn)品鑄鋼件缺陷遺傳。