铸铁件缺陷分析及对策

范宏训　赖华清

(湖北汽车工业学院材料工程系　湖北　十堰　442002)

摘　要：基于实例对铸铁件生产中的气孔、粘砂和表面缩陷等缺陷进行了分析，并进行了工艺改进，消除了这

几类铸造缺陷。

关键词：铸铁；缺陷分析；工艺改进

1　气孔缺陷分析

铸件中的气孔分为三类，即析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔，可依据气孔的特征，出现的位置来分析判断。析出性气孔多出现于冒口、热节等最后凝固区域，呈大面积分布，形状呈球形或裂纹多角状。铸铁中由于碳含量高，气体在其中的浓度小，所以，铸铁件产生析出性气孔的倾向较铝合金小；反应性气孔通常由金属液与铸型之间的反应产生的气体而形成，多出现于铸件表皮下1～3mm，多呈细长状，垂直于铸件表面，在球墨铸铁中容易出现；侵入性气孔则是由于铸型材料中产生的气体进入金属液，并包裹在其中而产生，这种气孔呈数量少、体积大的特征，通常因为型芯排气能力差引起。现以压盖为例分析气孔的原因。

某厂生产的压盖零件形状如图1所示。尺寸依产品型号有所不同，材料为HT250，化学成分(Wt%)为：3.10～3.25C，2.0～2.2Si，0.6～0.7Mn，0.14～0.17Cr，0.6～0.7Cu。单件重量0.8kg～1.5kg。生产工艺：DISA线生产，型板尺寸600mmE480mm，每型4～6件，设计工艺出品率53～61%，造型速度为280型/h。生产工艺：DISA线生产，型板尺寸600mmE480mm，每型4～6件，设计工艺出品率53～61%，造型速度为280型/h。采用封闭开放式浇注系统，内浇口设计在铸件的底部，阻流面位于分横浇道与直浇道的搭接处。设计浇注温度为1380～1420℃，浇注时间8s。

图1  压盖铸件示意图

铸件抛丸清理后表面完好，而中心孔经过加工后经常出现一个空洞，由此产生的铸件废品率超过15%。空洞出现在砂芯上部，距中心孔内表面2～3mm，样件切开后，孔洞体积较大，内壁光滑，表现为侵入性气孔特征。

该类气孔缺陷的形成是由于铸件中心孔的成形工艺的不合理造成的。原工艺设计中，中心孔由型砂直接形成，正反模板各成形中心孔一部分。浇注时砂芯被铁液包围，砂芯中的水份受热作用而蒸发，产生水蒸气，由于砂芯排气能力差，不能通过砂型向外排出，只能进入金属液内，凝固时如果不能上浮排出，被包裹在铸件内就会产生气孔。依据以上分析，将中心孔的成形工艺更改，用树脂砂芯成型，就可消除了此类缺陷。

2　粘砂和表面缩陷分析

铸铁件的粘砂现象是由于铁液与型砂间的机械化学作用而产生，常出现于铸件表面的凹槽处，因为此处型砂被铁液包围，散热条件差，温度高，与铁液作用时间长，最后形成铁与砂粘结现象，以轴承盖为例，来分析粘砂和表面缩陷的原因。

轿车轴承盖铸件如图2所示，材料为HT250、铸件重约3.2kg，化学成分(Wt%)为：2.8～3.4C，1.8～2.5Si，0.3～1.0Mn，适量Cu、Cr。采用DISA线生产，模板规格600mmE480mm，原工艺设计每型5件、两个分直浇道，铸件分布上下两层，上层2个，下层3个，设计工艺出品率64%。造型速度为220型/h，浇注温度为1380-1420℃，浇注时间为11s。铸件呈横向放置，内浇道采用薄宽结构，从铸件底部引入。每个铸件上部有一个冒口，通过两个小冒口颈与铸件相连结，见图3。生产中常出现缩陷和粘砂现象，位置如图3所示，这2项废品率占15%～20%。

图2  轴承盖铸件图　　　　　　　　　　　　图3  轴承盖原铸造工艺设计

　  粘砂出现在内浇道附近的三个凹槽内，其余部位很少见。从粘砂的位置可以看出，该处是铁液流进型腔入口处，型砂受到铁液的热作用时间长，凹槽部位型砂散热条件差，铁液与型砂作用时间充分，所以此处容易产生粘砂。通过分析铸件的结构特点，可以考虑适当增加内浇口面积、缩短充型时间。另外，此铸件结构较简单，壁厚适中，浇注温度也可以适当降低。

表面缩陷经常出现于第2、4凹槽上部、即冒口颈根部，其原因在于该处受冒口颈的影响，热节变大，同时冒口内铁水的回流补缩也增加了该处的动态热节，使得冒口颈根部的冷却速度较其它部位慢，属于最后凝固区。由于冒口颈很薄，当其内没有金属液流动时会很快凝结，使冒口失去补缩作用，铸件收缩得不到补充。由于凹槽处型砂散热条件差，所以铸件此处表面较难形成硬壳层，当铸件收缩时，会出现缩陷，表面向内凹进，而不是一般缩孔特征。基于以上分析，对原工艺进行更改，将铸件竖直放置，一型4件，不设横浇道；采用直浇道与缝隙式内浇口搭接形式、顶压边冒口，如图4所示。浇注温度调整为1370～1400℃、浇注时间为9s，新方案不设横浇道，提高工艺出品率10%，消除了粘砂及缩陷，效益显著。

图4  轴承盖改进后铸造工艺方案

3　结束语

铸铁件的气孔以反应性、侵入性为主，由铸型、芯材料中产生的气体进入金属液中，并被包在其中而形成；铸铁件的粘砂出现于表面凹槽、内浇口、厚截面附近，因铁液与型砂间的机械化学作用而产生；表面缩陷易发生在凹槽部位，由铸件的收缩而成。采取合适的工艺方法，可以减少或消除此类缺陷。