鐵模覆砂球墨鑄鐵曲軸收縮缺陷的原因分析及預防方法研究

摘 要：柴油發動機主要使用的關鍵零件是曲軸，在使用過程中能夠將功率全部輸出。如果曲軸出現質量問題將會影響發動機的使用壽命。曲軸質量問題的主要表現方面是縮孔和縮松，嚴重情況將會造成機器損壞。本文主要研究球鐵曲軸鑄造生產中產生收縮缺陷的特點，并根據特點分析產生的原因，同時提出相應的解決措施，防止出現更大的問題。

關鍵詞：球墨鑄鐵 曲軸 收縮缺陷 措施

引 言

發動機在運行過程中主要依靠曲軸將功率全部傳輸，如果曲軸出現問題，很容易在運行過程中發生斷裂現象，從而影響整個發動機的運行，嚴重情況下會影響發動機的完整性。針對此，根據研究表明，曲軸出現收縮缺陷的主要表現有兩個方面，分別是縮孔和縮松。收縮缺陷產生的裂紋將會隨著運轉一直擴大，進而影響整個機器的運轉過程。所以，我們需要對曲軸出現收縮缺陷進行分析，并提出相應的措施解決問題。

一、分析球鐵曲軸收縮缺陷的特點

球鐵曲軸在鑄造生產過程中主要是在最大熱節圓處出現縮孔，少數情況在主軸以及連桿軸的連接部位出現，還有在軸徑以及平衡塊之間的連接處會產生縮孔。此區域會看到明顯的縮凹現象，如將鑄件切開，會發現中心位置有縮孔缺陷，且影響范圍比較大，缺陷效果明顯。縮坑以及縮凹經常出現在鑄件表面，中心軸線上經常出現縮松等現象[1]。曲軸收縮缺陷的表現形式比較明顯，范圍比較廣，出現的形式種類比較多，有的部位還會出現多種缺陷形式，嚴重影響使用效果，造成機器的使用效率降低。

曲軸出現斷裂現象，對缺口進行檢查，明顯發現多數斷口中會存在縮孔、縮松等收縮缺陷，此種情況被認定為產生裂紋的原因。如果出現收縮缺陷，將會造成發動機曲軸在運行過程中產生裂紋，且裂紋的范圍會不斷擴大，最終造成曲軸發生斷裂的現象，造成重大事故。

二、分析收縮缺陷產生的原因

球墨鑄鐵件在鑄造過程中會存在糊狀凝固現象，此情況將會影響鑄件的使用效果。曲軸的形狀在設計的時候呈現復雜的狀況，所產生的熱節點比較多，容易影響補縮通道的流暢性。使用同時凝固原則的無冒口鑄造工藝，在熱節處很容易出現縮孔、縮松缺陷，同時在最后凝固的部位也會出現此種現象。

收縮缺陷產生的主要原因有四個方面，第一個方面主要是鑄件中含有的鎂以及RE含量過高，因為鎂和RE的化學性質能夠阻礙石墨化，在反應的過程中生成滲碳體，增加鑄件的白口組織。在鑄造生產中使用沖天爐熔化鐵水，如果鐵水發生氧化現象，溫度比較低，將會造成鎂與RE的含量比較高，這種情況將會嚴重影響鑄件澆注過程中出現縮孔，且縮孔的大小不一致，同時，鑄件出現斷口的時候會伴隨著產生白口組織，嚴重影響使用效率[2]。第二個方面主要是鐵水中含有的碳元素含量比較低，熔化的鐵水中碳含量比較低的時候將會影響石墨化的進程，影響其質量問題。如果碳含量在4.3%以下，將會出現嚴重的后果，鑄件中的收縮現象比較明顯，同時出現縮孔以及縮松現象，造成鑄件的質量不達標，影響使用效果。第三個方面主要是鑄件的澆注溫度偏高，溫度偏高會帶來有利的方面，能夠提升鐵水的流動性，便于快速成型，不會出現凝結現象，同時便于補縮流暢。但是溫度過高會造成鐵水收縮量增加，這種情況將會很難消除縮孔等收縮缺陷，產生不利影響，造成后期運用出現很多麻煩[3]。第四個方面主要是開箱時間過早，鐵膜覆砂生產中，鑄件完成澆注過程后，如果鐵水沒有完全凝固，將砂箱松動，會影響石墨化的反應過程，在此過程中容易出現膨脹現象，不能使鐵水很好地補縮以及凝固，很容易出現縮孔以及縮松的現象，影響鑄件的凝固效果，造成鑄件質量不達標。

三、控制收縮缺陷的預防措施

針對曲軸收縮缺陷，所對應的預防措施主要有四個方面，結合缺陷產生的原因進行分析，能夠控制縮孔以及縮松現象，同時保證鑄件的質量符合標準。所使用的第一個預防措施是對鎂以及RE的含量進行控制，工作人員需要掌控沖天爐熔化鐵水的反應過程，盡量減少氧化反應，同時掌控鐵水的溫度，保證鐵水中的鎂以及RE元素的含量適中，減少白口組織的出現，不影響鑄件的質量。鎂與RE的含量應控制在0.09%左右，不能過高或過低，盡量在0.01%的誤差中間，同時，鎂的殘留量應該比RE的殘存量稍高，不能低于RE的含量。

第二種措施主要是根據實際情況調整沖天爐使用前后的鐵水的化學成分，碳的含量需要根據鑄件的薄厚程度進行設置、合理控制并且保證碳含量適中[4]。砂型鑄造中通常情況下使用的碳含量在4.35%左右，不能低于4.2%。如果在鐵模覆砂工藝中使用，碳含量一般掌控在4.55%左右，不能低于4.4%。磷含量在使用的過程中很容易出現損失現象，形成共晶體，所以在鐵水澆注的時候需要適當減少磷含量，控制其最高含量在0.07%左右，不能超過此項指標。

第三個控制措施是工作人員要合理掌控松箱卡的時間，保證曲軸生產線穩定并且適中。鐵模覆砂鑄造曲軸在生產過程中主要形式為流水線，所以需要嚴格掌控開箱時間，防止出現一系列的問題，造成大量損失，必須要等到鑄件完全凝固之后才能松箱，打開箱子。

四、結束語

球墨鑄鐵在鑄造生產過程中容易產生糊狀凝固現象，同時因為曲軸的結構比較復雜，在澆注凝固過程中很容易出現收縮缺陷，影響使用壽命。所以在鑄造生產過程中要保證鑄件的碳、鎂、RE含量適中，同時掌控出爐溫度和澆注溫度，控制開箱時間，保證球墨鑄鐵曲軸的質量達標，減少收縮缺陷。

參考文獻：

[1] 楊軍，張威，楊小建，等.鐵模覆砂工藝的砂層厚度對球墨鑄鐵件冷卻速度的影響研究[J].熱加工工藝，2017（13）：128-130.

[2] 胡鵬，楊兆忠，周貝，等.風電機組球墨鑄鐵件縮松缺陷分析與改進方法[J].鑄造技術，2016（3）：585-587.

[3] 王樹寶，郭文申，姜霄云.球墨鑄鐵典型縮松缺陷的解決[J].金屬加工（熱加工）熱加工，2017（z2）：56-58.

[4] 謝高峰，王曉靖.控制球墨鑄鐵件縮孔縮松缺陷的新方法[J].鑄造工程，2016，40（6）：34-36.

作者簡介：高正兵（1980—），男，漢族，山東臨沂，鑄造工程師，本科/學士，魯中礦業有限公司機械廠，鑄造工藝。