消失模铸造薄壁球铁铸件缩孔缺陷的控制

1、消失模铸造薄壁球铁铸件缩孔缺陷的控制山四晋城市金珂铸业制造有限公司/袁东洲王国平张少伟 一山西晋城市春晨兴汇实业有限公司/王林慧山西晋城市鑫金铸造有限公司/裴虎平郑州机械研究院/张宝庆典型汽车零部件的加工消失模铸造薄壁球铁铸件缩孔缺陷的控制山西晋城市春晨兴汇实业有限公司下属的”金珂 铸业制造”与”鑫金铸造”都是专业化的消失模铸造企 业，生产压缩机配件以及通用机械配件,如齿轮箱等.随着近几年我国轿车工业的迅速发展及汽车用铸件产量 的急剧增加，加z消失模铸造汽车配件对减轻轿车自重 的积极作用,所以薄壁球铁小型铸件的订单很多，工厂 就着力开发汽车配件产品但是，铸造牛产小型球铁薄 壁（壁厚不超过35m

2、m）铸件大量出现缩孔缩松缺陷， 严重影响了铸造车间的铸件质量和成品率.尤其汽车保 安铸件存在缩松缺陷会对轿车安全带来危害，成为消失 模铸造生产屮非常突出的问题.为了不断提高产品质 量并在持续改进中稳定产品质量，公司决定”借船出 海”,聘请富有实践经验的高级技术人才，采取传， 帮，带的方式培养出自己的技术骨干，为破解这一难题 成立专题技术攻关小组，攻克难题.以消失模铸造中间壁支架为例，其铸件结构如图1 所示材质牌号为qt45o 一 12,该铸件质量为6.8kg,外 形尺寸 387mm x 296mm x 186mm,主要壁厚 10.2mm.技 术要求铸件组织致密，不得有夹渣，缩孔，气孔，裂纹 和

3、缩松等缺陷除满足以上这些常规要求外，还要求表 面金相组织保持均匀，铸态球铁铸件要保证切削性能， 要求对铸件进行热处理，达到中度耐磨等.铸件切削加 工前要进行严格检验，如果有缩孔和裂纹缺陷即判定为 废品.这就给铸造带来一定的难度，前期铸造工艺的设 计就显得尤为重要自从试生产以来，铸件质量时好时 坏，极不稳定.熔炼设备为0.75t中频感应电炉，与高炉冶 炼的铁液双联熔炼对于高强 度汽车小型薄壁球铁铸件，为 保证组织致密达到材质要求， 借鉴国外熔炼高强度铸铁的 经验，对于化学成分相同的铸 铁，废钢加入量增加可显着提 图1高抗拉强度，因此，把废钢加入比例适当提高到30%左 右浇注温度为13801420

4、c（用sy903型智能数显测 温仪），确保浇注温度在规定范围浇注方式为茶壶式 浇包，每包铁液要浇六箱，浇注时注重扌当渣，而且要求 先把包嘴的铁液排溢少许后，再进行浇注;浇注时间为 911s/箱，快速浇注充型.经过一段时间工艺试验与监 测，找出了消失模铸造小型薄壁球铁缩孔缩松缺陷产生 的原因和形成机理,并在铸造生产实践中初步掌握了较 为科学的控制措施.碳,硅含量及碳当量控制生产球墨铸铁有个原则，就是高碳，低硅和大孕育量因为碳，硅含量直接影响球墨铸铁共晶转变时的 石墨析岀量提高碳当量，能够有效减少白口倾向，可mep策lan划以增加铸态铁素体的含量,是生产铸态铁素体球墨铸铁 所希望的提高碳当量可以提

5、高球墨铸铁的流动性，有 利于补缩;提高碳当量，有利于石墨化,增大石墨化膨 胀,可以减少缩孔和缩松的形成在牛产实践中发现铸 造薄壁球铁件时，随着碳当量的增加，石墨数量同时增 加，口口倾向明显减少.考虑后续加工的易切削性，对 小型薄壁球铁件要把白口倾向控制到最小，在配料时将 w控制在4.3%4.5%.对于亚共晶球墨铸铁，随着碳 含量的增加,共晶石墨析岀量增多，自身补缩能力加 强，同样有利于消除缩孔缩松缺陷但碳含量并非越高 越好,过高易出现石墨漂浮，自身补缩能力述会减弱. 据资料文献，通过对比si,c的含量比例与壁厚3ram球 墨铸铁h 口深度的关系分析研究得岀，对于3mm壁厚的 薄壁球铁件，硅和碳

6、的比例应控制在0%以上另外， 熔炼球墨铸铁，铁液中的含磷量应该控制在0.08%以下. 如果含磷量过高，使凝固范围扩大，低熔点磷共品在最 后凝固时得不到补充，因此就会增大缩松，缩孔倾向. 控制合适的浇注温度在铸造牛产中，不管采用哪种熔炼方式,铁液必 须有一定的过热温度，提高熔炼温度有利于消除炉料的 遗传性，熔炼温度的高低直接影响到铁液的成分和纯净 度;提高熔炼温度能够细化石墨;随着温度的提高铁液 中的废气也会大幅度下降熔炼温度的高低直接决定了 球化处理温度的高低和处理后铁液的铸造性能但过度 提高铁液温度，不仅能耗大增，而且有害干铸铁的力学 性能.浇注小型薄壁球铁件，实践经验是:熔炼温度只 要达到

7、15201550，完全可以满足球化处理温度的要 求球化处理温度控制在14701520c,釆用冲入法球 化处理应该是没有问题的.就消失模铸造而言，浇注温 度可以比砂型铸造高出25°c左右.所谓合理选定浇注温 度，就消失模铸造而言，在实际生产屮控制在1390 1420较为适宜，建议铁液温度低于1360c最好别再浇 注，否则铸件缺陷太多，不是夹渣就是皱皮这也就是 消失模铸造的特殊性.如果停留在砂型铸造的理念上指 导消失模铸造，那肯定是铸造废品很多，工艺出品率很 低，也很难取得可观的经济效益.残余mg,re量的控制球化处理后的铁液过冷倾向明显增大，需要加入适 量的孕育剂，以减少白口倾向，避免

8、渗碳体的生成，改 善石墨的结晶条件通过孕育处理，使其形成大量的结 品核心，使石墨球径变小，数量增多，形状圆整，分布 均匀,从而提高球墨铸铁力学性能这是铸态球墨铸铁 牛产中最关键的工艺在这个过程中，对残余的mg, re量的控制很关键.1.对残余bl9量的控制残余mg量越高，球铁缩孔缩松倾向越大.在长 期探索中，经过对理化分析的数据整理对比，得岀最 主要的体会是:球铁铸件中因为缩孔缩松所报废的， 残余mg量儿乎全部超出正常范围（mg含量均大于 0.05%）.在实际生产中，由于受到原铁液水成分的影 响，球化剂的加入量是个变数，所以导致mg含量常常 处于波动状态在工艺允许范围内,mg含量随着球化 剂的

9、加入量同步波动，即便工艺控制再严格有时也会受 到球化剂供应商提供的球化剂质量的影响.这就影响到 生产小型薄壁球铁铸件的质量稳定性.笔者在沿海某集 团公司指导生产球铁时，经过微观分析,发现缩孔缩松 的形成与mg在球铁基体组织中不均匀分布和白el倾向 大有很大关系国外技术文献和对外商提供的样件化学 分析证明，国外同样品质的球铁铸件mg残余量较低，般在0.03%左右，而且re的残余量微乎其微,对样件 解剖的结果很少发现有缩孔缩松缺陷这就充分说明残 余mg主要富集于球铁组织内的碳化物和珠光体之中， 而该区正是共晶凝固的最后区域,也就是球铁铸件最容 易产生缩孔缩松的区域.2.对re残余量的控制在牛产薄壁

10、球铁实践中,认为添加稀土元素后，对 其组织和性能产生积极的作用，可以促进石墨化，改善 球铁的力学性能;一定含量的稀土具有净化铁液，脱硫 脱氧,屮和干扰元素的作用尤其铸造薄壁球铁件，通 过添加稀土能够增加石墨数量和改善球状石墨形貌，同 时可以减少碳化物数量,消除白口倾向有资料表明， 对于壁厚2ram的薄壁球铁件，当re的添加量为0.02%时， 效果最佳,石墨数量最多（见图2）,白口化区域得到 有效控制，铁素体面积率最大由此可见，稀土元素的 作用随着铸件壁厚的变化而显着变化，在薄壁球铁件生 产中的作用尤其明显.好多企业生产球铁在检测上亟待改善，比如化学 分析仍停留在生产灰铸铁的水平上，只是化验碳，

11、硅，一 1g&lt；_血ii 哟re含量（）1一+2ram一mm4raml1一l_6mm._-8mmi图2猛，磷，硫这五大常规元素，那是远远不够的.如果只满足是否球化了，那说明还停留在生产球铁铸件的初级 阶段必须要做mg残余量和re残余量的化学分析，长 期对mg残余量和re残余量的数值与比值进行研究和对 比，就会得到一个有价值的规律.只有这样才能把握住 和控制好薄壁球铁铸件的质量.铸造工艺设计及薄壁球铁缺陷的控制由于汽车用铸件不但壁薄,而且形状复杂，壁厚 差相比较大,这样的条件下石墨化不均衡，铸件石墨化 不充分的几率大.同一个铸件通常存在多个热节，铸件 热节处收缩增大，很容易出现缩孔缩

12、松缺陷.设计消失 模铸件浇注系统应该懂得消失模铸件成型的理论基础和 基木原理如果浇注系统设计不合理，导致金属液与消 失模之间气隙太大，很可能造成塌箱的危险设计的浇 注速度合理与否，要看消失模气化，裂解后的产物能否 顺利排出型腔，这样才能铸造出合格的小型薄壁球铁铸 件，也才可以说设计的浇注系统是合理的采用消失模 铸造，消失模有其特殊性，和砂型铸造并不完全相似.定的实践经验积累在这里就显得尤为重要.因此，铸件试制的初期，特别是对薄壁球铁小型 铸件浇洼统的发计尤其显得重要合理的浇注系统， 除了使铁液快速，平稳充填于铸型中，还要具有扌当渣功 能在设计浇注系统时，一是凝固方式和浇注位置的选 择，二是要考

13、虑到填砂造型工序铸型布局，三是对厚实 部位如何采用机夹装随形冷铁.为了保证在共晶凝固阶 段，铸件的热节部位有足够的液态铁液补给，以满足该 处液态收缩和共晶收缩的需要，应让铁液通过直浇道首 先进入冒口，然后经过内浇口流进铸型，该处设置的冒 口即是通常说的”热冒口”，这样冒口共晶凝固温度就 不会低于铸件最后凝固部位的共晶凝固温度，可获得液 典型汽车零部件的加工态补缩所需要的铁液，消除经常发生在内浇口根部的缩 松缺陷，保证铸件的组织致密.结语(1) 球墨铸铁设计的浇注系统要能够补足铸件液 态收缩和共品收缩的需要,采取铁液通过直浇道首先进 入冒口然后再经过内浇道流进铸型.设置这样的热冒口 是科学的，实

14、践证明是行之有效的.(2) 为了解决薄壁球铁缩孔缩松缺陷，采取高碳 当量(ce=4.5%-4.9%,ws=2.6% 2.9%,wc 二3.7% 3.9%)是正确的;适当提高硅含量，特别通过多次孕育 增加硅含量,提高碳含量对减少球铁铸件缩孔缩松缺陷 是很有效果的途径.(3) 高效的孕育处理有利于提高铸件致密度孕育(如瞬吋随流孕育)不均匀或不充分情况是形成薄壁 球铁件缩孔缩松缺陷的重要原因.(4) 生产薄壁球铁小件采用消失模铸造时，采取较高的浇注温度(13901420°c)有利于发挥孕育作 用,有利于铸件补缩通道的畅通，对消除球铁件缩孔缩 松缺陷是非常有效的.(5) 注重铸造企业的管理消失模铸造是个系统 工程，不管哪一个环节任