中速柴油機機體鑄造裂紋的原因分析及防止措施

馬紅濤，高 翔

（1.安慶中船柴油機有限公司，安徽安慶 246005；2.安慶中船動力配套有限公司，安徽安慶 246005）

中速柴油機機體鑄造裂紋的原因分析及防止措施

馬紅濤1，高 翔2

（1.安慶中船柴油機有限公司，安徽安慶 246005；2.安慶中船動力配套有限公司，安徽安慶 246005）

根據柴油機機體裂紋產生的原因，對機體裂紋缺陷進行分析，找到了機體裂紋產生的主要原因。其主要原因可概括為鑄件結構、化學成分、鑄件補縮條件及開箱溫度等，針對裂紋的主要原因采取相應的措施后，裂紋缺陷得到了根本的控制。

柴油機的機體；鑄造裂紋；原因；措施

安慶中船柴油機有限公司生產的DK-20、DK-26、DK-28等系列中速柴油機機體，為了實現主軸承倒掛整體鑄造結構，將滑油油管、冷卻水道、進氣道鑄入機體內，屬于復雜、高強度的箱體鑄件，這就要求其具有良好的力學性能和尺寸精度，以及良好的致密性和氣密性。其屬于大功率柴油機部件中結構復雜，鑄造難度大的鑄件，在生產機體過程中，裂紋缺陷時有發生，一旦產生裂紋缺陷往往就會造成該機體報廢，損失很大。中傳柴油機有限公司通過攻關，努力解決了該缺陷，本文就機體裂紋產生的原因進行分析，并提出了解決措施。

1　鑄件結構特點及材質要求

以8DK-20機體為例，該機體鑄件外形尺寸為2 942 mm×1 268 mm×974 mm，鑄件毛坯質量為5 200 kg，最薄壁厚15 mm，最厚壁厚94 mm。鑄件試棒抗拉強度σb≥300 N/mm2，布氏硬度：179～262 HB；本體抗拉強度σb≥225 N/mm2，本體布氏硬度：163～262 HB；水道泵水壓力0.7 MPa，氣道泵水壓力0.7 MPa，油管泵水壓力1 MPa。不允許有縮松、裂紋等鑄造缺陷。該鑄件壁厚相差懸殊，砂芯較大，鑄件在冷卻過程中會產生較大應力容易發生裂紋缺陷。

2　裂紋的特征及產生的原因分析

2.1裂紋的特征

裂紋主要集中在機體窗口圓角處（見圖1），目測為開口裂紋，長度一般為10～15 mm，裂紋深淺不一，較淺的有2～5 mm。經過對鑄件排查，發現裂紋是在去應力退火之前就已經存在，裂口表面近似黑色，外觀形狀呈連續的直線狀，裂紋從相交面向內延伸，開裂程度從外向內逐漸減小，從此特征可以看出該種裂紋為冷裂紋。

圖1　裂紋缺陷位置及形狀示意圖

2.2裂紋產生原因分析

冷裂產生的原因即鑄件在冷卻過程中收縮受到阻礙，就會產生鑄造應力，鑄造應力超過了合金材料的強度極限。而鑄造應力的大小主要與鑄件結構、化學成分、補縮條件、開箱溫度等有關。

（1）鑄件結構及補縮條件：裂紋產生處結構不好，機體平均壁厚為15～30 mm，但其砂芯厚度最大為300 mm，屬于典型的“薄壁大芯”件。由于鑄件壁厚，鐵液不能將砂芯加熱到足夠的溫度，所以砂箱強烈阻礙鑄件凝固外殼的線收縮。又由于窗口背處有筋條，壁厚差較大，所以此處是應力集中處，加上該位置在上箱，一開始設計工藝時沒有放置冒口，造成補縮條件不好。

（2）化學成分：為達到HT300材料要求，安慶中船柴油機有限公司一開始選擇較低的CE值，特別是Si的終含量為1.6%～1.8%，Si/C比為0.55～0.6，致使合金的線收縮率大、裂紋傾向大。另外我國鑄造生鐵中的P、S等低熔點有害雜質元素含量較高，容易形成許多低熔點化合物，降低實際固相線溫度，擴大了有效凝固溫度范圍，故易使鑄件產生裂紋的傾向。

（3）鑄件開箱溫度：以往為保證生產效率和節省生產過程中的砂箱周轉，一般開箱時間較早，在400～500 ℃左右開箱，落砂后的機體在空氣中冷卻，加大了厚實與薄壁處的溫度差，增大了殘余熱應力，造成了裂紋的傾向。

3　防止裂紋產生的改進措施及效果

3.1 防止裂紋產生的改進措施

根據以上種種分析，在鑄件結構無法更改的條件下，采取以下改進措施：

（1）選擇合適的化學成分：為降低合金的線收縮率、提高孕育效果，使用Foseco CaZrSi孕育劑細化晶粒。提高Si的終含量，由原來1.6%～1.8%提高到1.8%～2.1%，使Si/C比提高為0.6～0.72。并對鐵液中的P、S予以嚴格控制，使wP≤0.07%，wS≤0.1%。

（2）改變該處的溫度分布：針對此處不利于補縮的特點，在此處放置φ90×100（mm）保溫冒口，改善該處的溫度場分布。由于保溫冒口是在最后冷卻，因此該部位有充足的鐵液進行補充。

（3）提高機體在砂型中停留時間：將落砂溫度控制為200 ℃左右，利用砂型這個良好的“緩冷容器”使鑄件厚實和薄處的溫度均勻化，減小它們之間的溫差，降低機體的熱應力，并盡早卸下壓箱鐵，松開砂箱緊固裝置，也是一種必不可少的措施。

3.2改進后的效果

經過以上改進后重新生產，通過對多臺鑄件進行跟蹤，在退火前進行著色探傷，發現裂紋缺陷均消除（見圖2），顯著提高了公司的經濟效益。

圖2　改進后鑄件圖片

［1］ 中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊（第2卷）［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［2］ 黃政. 離合器殼體鑄造缺陷分析與改進［J］. 中國鑄造裝備與技術，2011（1）.

［3］ 張玉娟，韓志濂，徐駿華. 226B氣缸蓋鑄造缺陷的解決［J］. 中國鑄造裝備與技術，2007（1）.

The Analysis of Causes and Prevention Against Casting Crack in Medium-Speed Diesel Body

MA HongTao1， Gao Xiang2
（1.Anqing Diese Engine Co.Ltd.， Anqing 246005， Anhui， China；2.Anqing Ship Motive Power Complement Devices Co.Ltd.， Anqing 246005， Anhui， China）

According to the mechanism of diesel engine frame cracks and with an analysis of cracks in the frame， the main causes of cracks have been found as casting structure， chemical composition， feeding conditions and unpacking temperature. The crack defects have been fundamentally controlled with appropriate measures adopted.

Diesel engine frame；Casting Crack；Causes；Measure

TP245;

A；

1006－9658（2015）01－0016-02

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.004

2014-08-20

稿件編號：1408-646

馬紅濤（1983—）男，工程師，主要從事鑄造工藝設計及質量管理工作.