球墨鑄鐵鐵型覆砂工藝產品皮下氣孔解決措施

李文生

（山西東鑫衡隆機械制造股份有限公司，山西侯馬 043000）

本單位是一家用鐵型覆砂工藝專業生產球墨鑄鐵鑄件的企業，主要產品有汽車發動機系列曲軸、載重車系列制動卡鉗、汽車空氣懸掛鑄件、汽車空壓機曲軸、汽車發動機平衡軸等。2015 年10 月，公司安排生產436 曲軸產品，在生產至第三班時，連續發生了兩整班1 664 支曲軸產品出現皮下氣孔的質量事故，直接經濟損失高達12 余萬元。這種氣孔除加工不可消除外，在非加工面也依稀可見，如圖1 所示。

圖1 產品缺陷圖

1 缺陷分析

質量事故發生后，公司先安排停產并立即召集技術、質量、生產等部門相關人員召開專題會，在會上成立了總經理掛帥的攻關小組，并授權攻關小組要不計成本的在一周內找到這次缺陷根本原因，一定要從根本上徹底解決問題，再恢復生產。攻關小組緊急召開缺陷問題診斷會議，在會議上大家對這種缺陷進行了分析，對缺陷形成的原因及影響因素進行了探討。通過皮下氣孔形成的機理，結合公司的生產工藝，攻關小組將可能形成這次缺陷的相關影響進行了排查。

1.1 原輔材料

對突發的質量事故不排除原輔材料中存在影響因素，原輔材料的變化可能會直接影響鐵水特性的變化，特別是影響到鐵水表面張力的變化，理論表明含一定量N、O 等元素的鐵水液體表面張力較大，含一定量F、Si 等元素的鐵液表面張力最小，鐵水內成分的變化可能造成鐵水表面張力的變化。鐵水表面張力大，外部氣體不易侵入鐵液，鐵水表面張力小，外部氣體則易侵入鐵液。所以要特別關注這兩班進行生產時原輔材料有沒有過變化。

1.2 鐵水溫度

鐵水溫度越高，鐵水的表面張力會越小，同時鑄型內產生瞬間氣體的量會越多，這樣型內氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.3 型砂發氣量

型砂質量的變化，可能會導致型砂的發氣量增大，型內氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.4 鐵型排氣

鐵型排氣性差，型內氣體壓力就會增大，型內氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.5 其他過程變化點

突發批量缺陷，生產過程中一定有一個變化點，沒有變化點不可能造成這樣的后果。

2 生產過程排查

生產分廠根據攻關小組的部署對影響因素組織進行了逐一排查。

2.1 原輔材料的排查

與前兩班相比較，原輔材料均沒有更換過供應商與批次；查鐵水配料與碳當量都符合工藝要求，碳、硅、錳、磷、硫等五大成分，也均沒有偏離工藝要求；通過查光譜分析數據，各微量元素也沒有明顯變化。顯然原輔材料與鐵水成分不是這次缺陷產生的影響因素；

2.2 鐵水澆注溫度

鐵水溫度以及澆注溫度都符合工藝要求，與前兩班相比較，也沒有明顯的偏差。

2.3 樹脂砂質量

經對樹脂砂原輔材料與生產過程的排查，與前兩班用樹脂砂相比較，配方沒有變化，從樹脂砂各材料配比記錄看也沒有絲毫變動，樹脂砂也被排除。

2.4 鐵型狀態

在生產期間對驘型、型板沒有進行過任何修繕活動，沒有絲毫影響鐵型排氣的癥狀存在。

2.5 生產過程記錄

從生產記錄上看沒有發生任何過程異常，向造型工序、合箱工序、澆注工序等相關工序操作工調查也沒有感到有任何過程異常發生；從產品金相看石墨球數與大小也滿足要求；生產過程也沒有異常點。

通過分析，認為造成皮下氣孔的原因有兩種可能：1）鐵水溫度偏高；2）樹脂砂問題。

3 皮下氣孔缺陷驗證

3.1 澆注溫度驗證

一部分人認為鐵水溫度高是造成缺陷的首要因素，雖然記錄體現的不高，懷疑測溫槍是否有問題，于是采取了更換測溫槍、測溫槍交叉實驗等措施，結果沒有效果。進行降低鐵水溫度試驗，在原工藝上除把鐵水出爐溫度逐次降低10 ℃，其他工藝項次不變，鐵水出爐溫度由以前的1 540 ℃逐次降至1 500 ℃，結果因鐵水溫度降低產品出現了夾渣，但皮下氣孔缺陷沒有絲毫改觀。

3.2 樹脂砂問題驗證

公司鐵型覆砂工藝用的是熱固性樹脂砂，所用有機粘結劑的固化催化劑烏洛托品［（CH2）6N4］極易造成氫氮混合皮下氣孔。產生的原因是由于在鐵水澆注后烏洛托品在高溫下極易分解出NH3，NH3又繼續分解成N2、H2，即2NH3=N2+3H3，這種氣孔又小又圓，在鑄件表皮下成簇，有的孔封閉，有的孔開口，與公司產品上產生的皮下氣孔極其吻合，而烏洛托品也正好是公司用的酚醛樹脂砂固化劑。

經分析討論，認為這種皮下氣孔應屬于一種侵入性氣孔，非析出性氣孔，決定在樹脂砂上想辦法。公司專門有個獨立經營的樹脂砂分廠，進行廢砂回收與覆膜砂生產，先安排專人去樹脂砂分廠全程跟蹤樹脂砂當前工藝加工情況，專做一斗樹脂砂用于生產進行驗證，結果產品出來后沒有一支出現皮下氣孔，再重復進行樹脂砂小批量加工和產品小批量生產，沒有出現皮下氣孔，正常生產投入再沒有皮下氣孔出現。

4 查找缺陷根本原因

根據以上情況，經分析做出結論，導致本批皮下氣孔缺陷的因素在樹脂砂上。樹脂砂分廠立即先隔離所有庫存及已輸出到生產單位的樹脂砂，嚴格按工藝生產樹脂砂，去查出導致那批問題樹脂砂的原因。

查那批產品用樹脂砂的相關記錄，記錄都沒有問題，而且近半個月相關材料都沒有批次更換?？紤]到有可能是操作工的問題，于是查了當時的出庫記錄，經匯總結果發現烏洛托品出的多，但是使用記錄記的少，出庫量比記錄使用量多出23%，發現這一詳情后，在樹脂砂中按照出庫量加入烏洛托品用于生產，結果出現了皮下氣孔。

5 制定措施

經批量生產驗證，樹脂砂廠混砂操作工違犯混砂工藝，作業記錄造假，烏洛托品用量過多是本次批量產品皮下氣孔質量問題的根本原因，為此公司制定了以下措施：

1）控制烏洛托品用量：技術部在作業標準上規定烏洛托品用量不允許超出樹脂量的15%；

2）嚴格執行工藝：在公司范圍內開展嚴查工藝執行情況的活動，提高所有相關工作人員嚴格按作業標準執行的意識，明確工藝紅線，制定重罰考核制度；

3）過程查找變化點規定：在查過程變化點時，對所有原輔材料要全方位進行核查，一要查材料入庫批號與生產實際使用記錄批號是否相符，二要查出材料庫量與實際使用記錄量是否相符。

6 鐵型溫度影響

2016 年元月，公司又安排生產436 曲軸產品，生產了一個班832 支，又發現有小范圍皮下氣孔產品85 支，比例高達10.2%，經對問題產品包號（公司用的澆注鐵水包是一噸鐵水包，一包鐵水澆注的產品為一包）進行追溯，鎖定在第三包、第四包兩包產品上，經排查這兩包的產品生產過程，并與后續生產過程進行對比，發現了一個大的非受控點，這兩包鐵型溫度比作業標準要求的最低溫度低了將近60 ℃～100 ℃（工藝要求200 ℃～280 ℃，實際為110 ℃～170 ℃），這是因為冬天天冷導致的生產環境溫度低而影響到驘型溫度低的緣故，經對鐵型外加熱到工藝溫度后使用，皮下氣孔消失，再使用溫度低的鐵型進行生產，皮下氣孔出現。由于以前有個別小范圍的皮下氣孔沒有當缺陷對待，這個因素直到現在才被充分識別到。

經分析，鐵型溫度低，造成造好型的砂子固化不充分，有大量生砂存在，澆注時導致型內砂的發氣量就會增大，型內氣體量大攻入鐵水中形成皮下氣孔的幾率就增大，所以鐵型溫度低是造成皮下氣孔缺陷發生的一個影響因素。

對于鐵型溫度低這個風險點，采取了對鐵型進行預加熱處理的措施，確保正常生產中的驘型溫度均滿足工藝要求，即使在更冷的天氣環境下也沒有皮下氣孔出現。

7 結語

通過此次皮下氣孔質量問題的解決，找到了導致此缺陷發生的根本原因和影響因素，因此嚴格規定了原輔材料用量的比例，采取了鐵型進行預加熱處理的措施，并制定了相關考核制度。自此公司經歷的用鐵型覆砂工藝生產產品皮下氣孔缺陷得以圓滿解決與控制，至今再沒有發生一起批量產品皮下氣孔質量事件。