高韌性球墨鑄鐵氣缸蓋缺陷分析和解決方法

王建榮，宋 巖

（中車戚墅堰機(jī)車有限公司鑄鍛分公司，江蘇常州 213011）

高速、重載船用柴油機(jī)上的氣缸蓋多為高韌性球墨鑄鐵件（見圖1）。而球墨鑄鐵冷卻凝固方式為糊狀凝固，易造成其組織中石墨球數(shù)量少、球徑大，力學(xué)性能不高，且易產(chǎn)生球化衰退和孕育衰退等缺陷。此外，氣缸蓋傳統(tǒng)上多采用蠕墨鑄鐵生產(chǎn)，現(xiàn)采用球鐵生產(chǎn)，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、各部位的冷卻凝固速度難以控制，其鑄造難度特別大，還易產(chǎn)生滲漏等鑄造缺陷。

圖1 氣缸蓋鑄件

1 問題描述

高韌性球墨鑄鐵氣缸蓋從產(chǎn)品試制到批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量波動較大，成品率不足80%，導(dǎo)致成品率不高的主要缺陷為：氣門導(dǎo)管孔內(nèi)縮孔、螺栓孔內(nèi)縮松、噴油孔周圍氣孔、排氣管內(nèi)澆口邊縮松、氣孔等。

2 缺陷分析及解決方法

2.1 縮孔缺陷分析及解決方法

2.1.1 原因分析

該型氣缸蓋在傳統(tǒng)氣缸蓋基礎(chǔ)上集成進(jìn)氣管、搖臂軸座，結(jié)構(gòu)緊湊，形成的孤立熱節(jié)較多，鑄件冷卻凝固時各部位的冷卻凝固速度難以控制，且能夠采取的鑄造措施有限，故氣門導(dǎo)管孔、螺栓孔等部位熱節(jié)處凝固時無后補(bǔ)鐵水進(jìn)行補(bǔ)縮，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷（見圖2）。

圖2 縮孔缺陷分布

2.1.2 解決方法

（1）在氣門導(dǎo)管孔的部位放置?25mm×60mm圓鋼冷鐵，在排氣道上部導(dǎo)管孔內(nèi)預(yù)置?8mm 內(nèi)冷鐵，噴油器孔芯由普通覆膜砂改為用蓄熱系數(shù)較高的鉻鐵礦砂制作、噴油孔由石墨改為鉻鐵礦覆砂冷鐵，加快此部位熱節(jié)的冷卻速度，使其石墨化膨脹提前。

（2）?25mm 螺栓孔部位設(shè)置鉻鐵礦覆砂冷鐵，覆砂層控制在6mm～8mm。

（3）進(jìn)氣管法蘭內(nèi)澆口邊緣設(shè)置外冷鐵，加快熱量的傳遞。

2.2 氣孔缺陷分析及解決方法

2.2.1 原因分析

該型氣缸蓋結(jié)構(gòu)特殊、集成度較高，生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，砂芯數(shù)量多達(dá)27 個，且內(nèi)腔砂芯均為熱芯盒覆膜砂制作，在鐵水澆注時受熱產(chǎn)生大量氣體無法完全排出型腔，侵入型腔內(nèi)形成氣孔缺陷（見圖3）。

圖3 氣孔缺陷分布

2.2.2 解決方法

（1）噴油器孔砂芯浸涂燒干后進(jìn)行低溫烘烤，烘烤溫度設(shè)定在180℃，烘烤時間為4h，減少砂芯發(fā)氣量。

（2）各覆膜砂芯下芯前在芯頭處鉆出通氣孔，并將通氣孔引出鑄型外。

3 方案實(shí)施及效果驗(yàn)證

3.1 方案實(shí)施

按照既定方案進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備，由于噴油器孔芯是熱芯盒覆膜砂制作，射砂和起模由機(jī)械自動化完成，故設(shè)置的冷鐵均需在芯盒內(nèi)進(jìn)行定位且冷鐵上需加工出增加芯砂附著力的凹槽，防止制芯時冷鐵移位、脫落。為此專門設(shè)計了冷鐵并進(jìn)行了加工以保證砂芯質(zhì)量。生產(chǎn)準(zhǔn)備完成后進(jìn)行了首次試驗(yàn)，并對措施的落實(shí)情況進(jìn)行了檢查（見圖4）。

圖4 方案實(shí)施

3.2 效果驗(yàn)證

按照制定的方案首次試驗(yàn)20 件氣缸蓋，經(jīng)清理好鑄件表面質(zhì)量良好，未見氣孔缺陷，隨機(jī)抽檢1 件進(jìn)行實(shí)物剖切，未見縮松、縮孔缺陷（見圖5），鑄件質(zhì)量完全符合產(chǎn)品技術(shù)要求。

圖5 實(shí)物剖切

截止目前按照該方案生產(chǎn)氣缸蓋400 件，產(chǎn)生廢品8 件，成品率為95%。

4 結(jié)論

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)部質(zhì)量要求高的鑄件，在結(jié)構(gòu)受限無法采取直接補(bǔ)縮措施時，通過特種砂配合冷鐵工藝能夠加快局部熱節(jié)的冷卻速度，消除縮孔和縮松，有效解決熱節(jié)部位縮孔、縮松缺陷。