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【推薦閱讀】球墨鑄鐵冷鐵和灰口鑄鐵冷鐵應用分析

概括

使用球墨鑄鐵冷鐵并按規(guī)范操作，消除鑄件內腔冷鐵處出現的皮下氣孔缺陷。 在產品生產過程中，將冷鐵放置在鑄件內腔中，并對灰鑄鐵冷鐵和球墨鑄鐵冷鐵的使用進行了比較。 在保證鑄件與冷鐵接觸面不出現皮下氣孔的標準下，球墨鑄鐵冷鐵的使用次數是灰鑄鐵冷鐵的6倍。

在冒口無法補縮的熱接縫處，加入冷鐵，改變鑄件的凝固順序，減少或消除鑄件的局部疏松缺陷。 冷鐵所用的材料一般有鑄鋼、石墨、鑄鐵等，對于很多產品來說，由于一些熱點形狀復雜，保形冷鐵的制作比較麻煩，所以一般就地取材。 一般鑄造廠使用的冷鐵材料是灰鐵和球墨鑄鐵。 由于石墨冷鐵的抗沖擊性能較差，容易損壞，所以一般采用石墨冷鐵作為補充。 冷鐵的使用地點不同，冷鐵的故障壽命也不同。 鑄件內腔的冷卻排氣效果低于外表面使用冷鐵的效果。 以下是對客戶反饋的質量問題進行匯總分析，發(fā)現某產品冷鐵鑄件內腔皮下氣孔占產品總數的22%。 我們對該產品的生產進行了長期的跟蹤驗證，總結了工藝流程。

1 灰口鑄鐵冷硬鑄鐵應用中存在的問題

工廠生產條件：電爐冶煉，Z148造型機成型。 客戶反映鑄件加工后內腔冷鐵芯出現大量皮下氣孔（圖1）。 根據缺陷特征，判斷此類缺陷為侵入孔。 侵入氣孔的定義：鑄型、型芯、涂層、型芯支撐、冷鐵產生的氣體侵入鑄件內而形成的氣孔。 侵入孔特點：多呈梨形或橢圓形，位于鑄件表面或近表面處。 它們尺寸較大，孔壁光滑，表面常呈氧化色。

圖1 氣孔位置

該產品于2013年開發(fā)，產品材質為80-55-6（ASTM A536），鑄件重量為：對于探傷，最大允許缺陷為II級。 為了保證鑄件的內部質量，在隔離熱區(qū)安裝了冷鐵。

開始將冷鐵的形狀設計成1/3的環(huán)，用三片冷鐵覆蓋整個環(huán)，之間有10毫米的間隙（如圖2所示）。 冷鐵的設計厚度與淬火位置的壁厚相同。 材質為灰鑄鐵冷硬鑄鐵（鑄鐵牌號： ）。

圖2 冷硬鑄鐵形狀

批量供貨后，客戶反映缺陷氣孔位置均在內澆道對面的冷鐵環(huán)處。 針對侵入性孔隙缺陷采取了糾正和預防措施。

(1)將澆注溫度從1370℃提高到1400℃，防止鑄件因冷鐵而局部溫度過低，造成氣孔缺陷。

（二）加強冷鐵監(jiān)測，嚴格按規(guī)定操作。 冷鐵的使用原則是：①每天生產前，冷鐵管理員根據生產任務清單找到所有需要的冷鐵； ②冷鐵件進行拋丸處理，拋丸標準以冷鐵件表面露出的真實金屬顏色為準； ③然后根據冷鐵檢驗單逐項檢查、選擇； ④ 將合格的冷鐵輸送至造型制芯車間； ⑤ 冷鐵拆箱、打磨后，由管理人員負責收集冷鐵，并登記冷鐵使用次數； ⑥灰鑄鐵冷鐵的重復使用次數不得超過5次[2]。

(3)改變澆注系統，將內澆口數量由2個(如圖3所示)增加到4個(如圖4所示)，以提高澆注型腔內鐵水溫度的均勻性。

圖 32 內部門

圖 44 內部門

（4）單箱澆注速度控制在30～40秒內完成（正常澆注速度為50～55秒），防止鐵水在型腔內對流點冷卻過多而產生氣孔。

(5)芯材所用呋喃樹脂含氮量詳見表1，樹脂含氮量控制在2%～5%； 以盡可能減少呋喃樹脂分解氣體進入金屬液，減少鑄件表面氮的富集。 收集導致皮下毛孔的形成。

表1 樹脂砂允許氮含量

（6）生產節(jié)拍為每天生產10件，冷鐵配備25套循環(huán)使用。

按上述措施生產的產品：2016年6月至9月共發(fā)貨89件，報廢24件，其中冷熨斗皮下有氣孔18件。 這次的氣孔位置不固定（如圖5）。 為了保證鑄件的內部質量，鑄件內腔灰鑄鐵冷鐵的使用次數應不超過3次。 通過本次測試，得出結論：該公司的灰口鑄鐵冷鐵在規(guī)定的使用次數范圍內能夠保證產品質量。 但考慮到灰鑄鐵冷鐵件重復使用次數少，生產頻率高，我們對球墨鑄鐵冷鐵件進行了進一步的研究。 分析并嘗試。

圖5 氣孔位置

2球墨鑄鐵冷硬鐵的應用及效果

如何增加冷鐵的重復使用性是本次測試的重點，冷鐵的冷卻能力是次要的。 冷鐵的失效是基于鑄件表面出現皮下氣孔。 下面對鑄件表面形成皮下氣孔的因素進行理論分析。 鑄鐵冷鐵中侵入孔的形成機理：主要從鑄鐵的抗氧化性和抗長大性兩個方面進行分析：鑄鐵的抗氧化性與化學成分、石墨形態(tài)、石墨數量、基體結構、 ETC。

由鑄鐵制成的冷硬鐵在使用過程中會經歷循環(huán)的相變過程。 加熱時，石墨溶解在奧氏體中，冷卻時，石墨從奧氏體中析出，但不是就地析出。 因此，每次加熱和冷卻時都會留下許多孔洞，導致鑄鐵的體積增大，相變應力也會增大。 促進鑄鐵的生長。 當反復加熱和冷卻時，特別是經過相變點時，石墨與金屬之間由于相變應力而產生微裂紋。 這些微裂紋成為鑄件在成型凝固過程中形成侵入孔的主要條件：球墨鑄鐵中的球狀石墨相互分離，與片狀石墨鑄鐵相比，在高溫下阻礙了氧的擴散。 因此，球墨鑄鐵的抗氧化性和抗長大性比灰口鑄鐵好。 表2為球墨鑄鐵與灰鑄鐵的抗氧化性和抗生長性的比較。 從這個理論可以確定，球墨鑄鐵冷鐵的重復使用次數大于灰鑄鐵冷鐵。

表2 球墨鑄鐵和灰口鑄鐵的抗氧化性和抗生長性比較

鑒于上述理論分析，自2016年10月起將再次采取整改措施，具體步驟如下。

(1)冷鐵材質由-10材質變更。 為了解決球墨鑄鐵冷鐵的變形問題，冷鐵增加了拉桿反形設計（如圖6所示）；

圖 6 冷硬鑄鐵形狀

(2)球墨鑄鐵冷鐵件的使用次數設定為20次和30次，并進行兩批試驗驗證；

(3)拋丸后的冷鐵應浸或涂酒精基漆并及時點燃;

(4)其余措施同上。

經過這次改進，加工后反饋發(fā)現球墨鑄鐵件重復使用20次未發(fā)現皮下氣孔缺陷。 隨后，規(guī)定冷鐵使用次數為20次，以便批量生產。 到目前為止，尚未有客戶報告因冷鑄鐵件引起的皮下氣孔缺陷。 。 這驗證了-10材質的球墨鑄鐵冷鐵如果在20次內重復使用，與冷鐵接觸的鑄件內腔不會出現皮下氣孔缺陷。 采用球墨鑄鐵冷硬鐵和灰鑄鐵冷鐵的優(yōu)缺點如表3所示。

表3 鑄鐵冷硬鑄鐵性能比較

3結論

在該鑄造廠的生產條件下，在保證與冷鐵接觸的鑄件內腔不出現皮下氣孔的前提下，球墨鑄鐵冷鐵的使用量是灰鑄鐵冷鐵的6倍鐵; 球墨鑄鐵冷鐵的使用和管理成本優(yōu)于灰鑄鐵冷鐵。