<原创>一种灰铁件孔洞缺陷的防治与讨论

一种覆膜砂壳模壳芯灰铁件无论单层或多层侧面浇注，均不同程度的存在着孔洞缺陷，经剖切缺陷并分析认为，该缺陷并非为单纯的气孔，也不是单纯的缩孔，而是以缩松为基础的气缩孔。经过调整自混覆膜砂、调整炉料配料再次试验发现，无论采用原侧注工艺还是顶注工艺，铸件几乎均无这类明显的孔类缺陷，即使存在，其数量明显减少很多，另外顶注的另一好处是大大减少了清理工作量。有时同炉次的铸件，侧注的显然比不过顶注的，为此决定取消侧面浇注，而全部改为顶注工艺。讨论，在无法准确定性缺陷时，应就可能的缺陷，分别制定措施并联合实施验证，这种做法是一种可行的有效的问题解决方法，值得借鉴。 关键词：覆膜砂、灰铁件、气缩孔、措施、讨论 摘要 某公司采用覆膜砂热芯盒壳模壳芯制壳并组型，用钢丸埋箱浇注一种灰铁件，下图1。 图1   一种灰铁铸件 该铸件材质HT250，单重10.5Kg，主要壁厚25mm，该件采用叠箱3层、侧浇侧冒方案。在样件试做时发现了加工后的顶面或花瓣边沿出现微小孔洞缺陷，为此让上下箱对调，图2为上下箱对调后由旧砂混制的覆膜砂叠箱待浇砂型。 图2   旧砂叠箱待浇砂型 图3所示灰铁铸件缺陷中有SC字样的一面，为对调后朝下的状态。对调后试验的的铸件没有进行加工验证，因为当时等试制铸件完成后，已经挑选出了规定合格数量的样件。等到样件验收合格并批准生产后，再次用原来的工艺，仍然叠箱三层，只是对调了上下箱，结果批量生产的铸件出现图3缺陷，而且比首次样件时的状态还糟。 图3 灰铁铸件缺陷 批量生产后由于成品加工比较滞后，等发现问题时离交付期越来越近了，当由多层改为单层浇注的铸件经过加工后，显示改善效果不明显时，在时间上给问题的彻底解决变得非常紧迫了。 1.缺陷的认定 目测缺陷形貌：密集又弥散，孔洞狭小，多数不光滑，有的类似撕裂状，可见金属光泽，经对缺陷处打磨切割（见图4铸件缺陷处深度打磨后的状态）后检查发现，多数孔洞深约2～5mm，个别的孔洞内壁光滑，金属光泽不明显，这些孔洞多集中在下箱加工面与非加工面交界处，或者梅花瓣的边沿。由此初步认定这里的缺陷，不单纯有缩松，还有气孔，属于气孔+缩孔的一种混杂现象。而气孔因目测呈现撕裂状以及上述特征，所以初步认定其为氮气孔。 图4 铸件缺陷处深度打磨后的状态 2.缺陷形成机理与成因分析 缩孔缩松形成的机理，即是铸件在热节处最后凝固收缩形成的小孔并不能得到后续铁液的补充或利用自身的石墨化膨胀将收缩的孔洞挤压填充而最后形成的宏观或微观的孔洞。上述问题发生的可能原因包括铸件结构不合理、碳硅成分不合理或工艺设计不合理。经过仔细分析认为，结构上不存在不合格的问题，最大的嫌疑就是碳硅含量与该工艺的匹配性差大导致了批量缩孔缩松的发生。 形貌上的特征既然显示了氮气孔，那么氮从何来的问题就是解决氮气孔的根源。由于采用了含氮树脂的覆膜砂，且混制覆膜砂时又参入公司内部再生的旧砂，这样的覆膜砂应该含有较多的氮。同时由于采用了废钢增碳熔炼，铁液中的氮可能含量较高，因为使用的增碳剂是市场价格最低廉的，另外在其他灰铁件上也偶尔遇到与上述缺陷类似的孔洞，虽然无法通过外委扫描或能谱定性分析缺陷，但是姑且还是认定这个缺陷是由这些材料引起的氮气孔，因此只要更换材料并进行试验，那么试验的结果便可证明一切。 3.防治措施 根据上述分析，制定了以下联合措施： ①是全部改为原砂混制覆膜砂，同时购买优质低氮树脂，不再加入再生旧砂与含氮较高的树脂混制覆膜砂，以减少氮的来源； ②取消大比例配废钢，直接采用生铁+纯净回炉料+少量废钢，从而减少了废钢以及增碳剂带入的较高含量的氮，同样是减少氮的来源； ③是把碳硅量适当提高，控制碳在3.4～3.45%，减少缩松缩孔概率的发生； ④是继续采用单层，为快速充型提供便利； ⑤同时试验顶注，取消侧浇方案，见图5采用优质低氮树脂原砂覆膜砂顶注顶冒砂型状态。 图5 采用优质低氮树脂原砂覆膜砂顶注顶冒砂型状态 4.验证与结论 上述①②③④四个措施实施后发现，连续几个炉次的铸件进过加工验证，上述缺陷得到有效控制，加工成品率达到了92%以上。与开始时因为上述缺陷引起的合格率不足40%相比，铸件质量大幅度得到提高。 同时发现，顶注浇注的铸件另一个优势在于，同样是旧砂再生覆膜砂顶注的铸件缺陷明显少于侧浇侧冒的，另外同时表现在，侧浇侧冒几乎使清磨与浇口粘砂打磨完全得以取消，因为顶面为加工面，且无粘砂的顾虑。 因此决定采取上述四个联合措施并固化这个状态，确保完成本批次订单，待完成本批次订单后，再将模具变更为顶浇顶冒。 5.讨论 从本次缺陷的发现到有效防治的整个过程来看： ①新产品开发必须经过样件、小批量试产并验证合格，不能因为其他任何原因而省去步骤，否则量产就是冒险，执行开发程序不严肃； ②采用优质低氮覆膜砂对于控制铸件氮气孔至少是无害的，再生旧砂应有加剧覆膜砂氮含量的可能，对于敏感结构的铸件要慎用； ③如果不能确定废钢与增碳剂的品质，也就是含氮量等元素，少其甚至不用，以减少氮来源的可能性。通过高温精炼最多是后期熔炼得到补救措施； ④适宜的碳硅量是减少缩松缩孔的基本措施之一，是与铸件结构相一致相匹配的，两者具有关联性； ⑤根据结构，有时顶注顶冒比侧浇侧冒具有更大优势，需具体问题具体分析。 ⑥当发生缺陷又不能定性缺陷时，可以首先认定其是，然后把能想到的措施一并实施验证，也是一种解决问题的有效方式，否则过度纠结缺陷是什么，会贻误问题解决的黄金时机，通过实践来验证初期的推断是否正确，更有实际意义。