中速機(jī)灰鐵飛輪縮陷原因分析及防治

蔣 輝，綦宗超，宋學(xué)恩，姬愛青

（濰柴重機(jī)股份有限公司 濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

我廠流水線生產(chǎn)的中速機(jī)灰鐵飛輪，近期出現(xiàn)大量凹坑缺陷，其深度多數(shù)在3mm以上，個(gè)別嚴(yán)重的超過5mm，導(dǎo)致報(bào)廢（見圖1），已影響我廠生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì) 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(shí)效處理。鑄件結(jié)構(gòu)見圖2。

2 現(xiàn)行工藝

（1）造型：使用堿性酚醛樹脂自應(yīng)砂，在流水線上生產(chǎn)，一箱兩件（見圖2）；

該澆注系統(tǒng)為封閉式澆注系統(tǒng)，截面比∑A直∶1.64∶2.05∶1，內(nèi)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(xiàn)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(nèi)有涂料層，“鐵豆”沒有涂料層。經(jīng)以上分析，凹坑是鐵水自澆注溫度降至合金結(jié)晶溫度時(shí)產(chǎn)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(dāng)量偏低，鐵水屬于亞共晶區(qū)，準(zhǔn)固相區(qū)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(tài)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(tǒng)不合理：

1）阻流截面積在內(nèi)澆道處，內(nèi)澆道處鐵水流動速度過快，導(dǎo)致鐵水充型極不平穩(wěn)，在澆注末期溢流冒口中已有鐵水溢出，停止?jié)沧⒑螅好娲蠓陆担档蜐沧⑾到y(tǒng)的液態(tài)補(bǔ)縮能力。

2）單個(gè)內(nèi)澆道高度較小，內(nèi)澆道封閉過快，不能為鑄件在液態(tài)收縮時(shí)，提供鐵水補(bǔ)充。

4 改進(jìn)措施

（1）適當(dāng)提高碳當(dāng)量：將C含量由3.25%提高至3.3%，一方面可減少液態(tài)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(tài)收縮，并在澆注區(qū)增加攝像頭，嚴(yán)格控制澆注溫度，同時(shí)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(shí)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(wěn)，液面大幅下降的影響。

（4）提高鑄型強(qiáng)度：砂型震實(shí)時(shí)間由15s延長至25s，加強(qiáng)舂實(shí)砂型。

（5）利用Magma模擬軟件，優(yōu)化澆注系統(tǒng)。

1）在直澆道與橫澆道之間設(shè)計(jì)阻流結(jié)構(gòu)，即將澆注系統(tǒng)改為封閉開放式，阻流結(jié)構(gòu)之后為開放式，鐵水流動比較平穩(wěn)，內(nèi)澆道流速由約200cm/s降至約 80cm/s，見圖 3。

2）將環(huán)形橫澆道改為3/4圓環(huán)，并在末端設(shè)計(jì)集渣結(jié)構(gòu)，使橫澆道中鐵水進(jìn)一步平穩(wěn)。

3）將內(nèi)澆道高度由5mm改為8mm，寬度適當(dāng)減小，延長內(nèi)澆道凝固時(shí)間，提高內(nèi)澆道在澆注后的液態(tài)補(bǔ)縮作用。

采取措施后，生產(chǎn)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(jié)論

事實(shí)證明通過適當(dāng)提高碳當(dāng)量，降低澆注溫度，提高砂型強(qiáng)度，增加溢流量，采用平穩(wěn)充型的澆注系統(tǒng)，高度較高的內(nèi)澆道，可有效解決飛輪縮陷問題。其成功經(jīng)驗(yàn)為今后解決類似問題提供一定的參考。