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411壳生产工艺的完善

411壳生产工艺的完善

陈启明1、程万涛1、杨群收2

(1.湖北襄阳云威机械有限公司、2.河南省铸锻工业协会专家组)

 

长期以来,我厂采用“套壳”*造型工艺,生产多种产品,成品率一直很高。即便是在开始生产411壳铸件时,产品质量也比较理想。但是在前一段时间生产中(由于人员的变动和原始记录的丢失),废品率很高,缩孔缺陷长时间没有得到解决。411壳铸件的几何尺寸及缩孔位置(见图1)。

    

图1

后对工艺修改完善,使合格品率大幅提高,产品质量稳定。本文围绕产品工艺修改完善的要点作简要介绍。

1 原工艺控制及铸件生产情况

考虑到411壳铸件的材质为QT450-10,属于薄壁壳形小件,为防止铸件出现冷隔、缩孔及缩松缺陷,我们采用了高碳当量、高温出炉等系列措施。

1.1 化学成分控制范围(见表1)

材质

C

Si

Mn

P

S

Mg(残)

Re(残)

分析方法

目标

3.95~4.1

2.6~

2.9

<0.5

0.06

≤0.04

0.035

0.055

0.015

0.030

 

原铁水

4.05

1.1

 

 

 

 

 

热分析

球铁

3.947

2.534

0.374

0.039

0.013

0.079

0.016

光谱

1.2球化处理工艺及浇注工艺

球化处理采用冲入法,球化剂加入量为1.2%,孕育剂加入量为1.0%;

出炉温度(即球化处理温度)为1570℃~1580℃,首浇温度1445℃,尾浇温度1342℃,浇注时间10min。

1.3 产品的金相组织及硬度见表2

球化级别

石墨大小

珠光体(%)

碳化物(%)

硬度(HB)

4

45

1520

<2

170178

1.4铸件存在的质量问题

钻孔加工的时候,在上图标注处出现严重的缩孔或缩松,经过多次实验,问题都没有得到彻底的解决。客户着急且有意见。

2 对原工艺再分析

2.1 原工艺设计思路

a.单纯的认为含碳高,石墨膨胀量大,可以减少铸件内部的缩松;碳高,铁水的流动性好。所以把含碳量控制在4.0%左右;

b.该铸件属于薄壁件,担心出现冷隔缺陷,把出炉温度定到1570~1580℃。

2.1 对原工艺再分析

按照我们原来设定的碳、硅含量,碳当量约为4.9%,远离球铁的共晶点,无论过高于共晶点,或者过低于共晶点,都会影响铁水的流动性;原铁水的含碳量越高,球化处理后的降碳量就越大,影响铁水质量。

出炉温度过高,使本来用电炉熔炼铁水,就易造成铁水缺少晶核的现象,更加雪上加霜;

浇注温度高,有利于补缩。但是浇注温度过高,铁液的体积膨胀量增大,凝固时的体收缩率和线收缩率就越高,铸件就越容易产生裂纹、缩孔、缩松缺陷。

浇注温度过高,铁水氧化,铸件易产生气孔、冷隔缺陷。在熔炼过程中,金属由固体变成液体时,吸收和溶解气体能力急剧增加,金属液温度越高,气体溶解度越大。可以打个比喻,盐在冷水中10~12%就饱和了,但是在热水中可含20~30%。金属液过热度越高,溶化时间越长,金属吸收气体的量就越多(特别是用电炉冶炼操作不当时),含气量大的金属液浇注到砂型中后,金属液在冷却凝固过程中,气体就会重新析出,析出的气泡如果能从金属液中浮出液面散去,铸件就不会产生气孔。当气体溶解度过多,特别是氧化严重的金属液,而又没有采取脱氧措施,来不及浮出散掉的气体,当金属液凝固后,铸件就会出现气孔。

球化处理铁液温度过高,覆盖剂以及球化剂熔化速度过快,由于纯Mg的密度1.74g/㎝3,熔点651℃,沸点1105℃,即便是由于Mg与Si化合后提高了合金的熔点,但也低于1400℃,更何况球化温度控制在1570℃。另外,铁液温度过高,铁液往往氧化严重,由于Mg和Re易与氧化物产生化合反应,高温使得Mg和Re的大量损耗和蒸发,降低其吸收率,影响球化质量。

3 修改后工艺控制及铸件生产情况

3.1化学成分控制范围见表3

时间

材质

C

Si

Mn

P

S

Mg(残)

Re(残)

分析

方法

目标

3.65~3.9

2.5~

2.7

<0.5

≤0.06

≤0.04

0.035~

0.055

0.015~

0.030

 

5月

原水

3.85

1.35

 

 

 

 

 

热分析

球铁

3.83

2.57

0.363

0.03

0.012

0.054

0.018

光谱

6月

1号

原水

3.86

1.3

 

 

 

 

 

热分析

球铁

3.76

2.6

0.31

0.05

0.011

0.51

 

光谱

6月

6号

原水

3.9

1.3

 

 

 

 

 

热分析

球铁

3.79

2.61

0.31

0.05

0.01

0.045

 

光谱

3.2球化处理工艺及浇注工艺温度

球化处理仍采用冲入法,球化剂加入量1.1~1.2%、孕育剂加入量为0.8~1.0%,增加浮硅孕育0.2%。

球化处理温度、浇注温度和浇注时间控制见表4。

时间

出炉温度(℃)

首浇温度(℃)

尾浇温度(℃)

浇注时间(min)

(目标要求)

1500+20

1400

1290

<10

5月 号

1520

1395

1280

9

6月1号

1520

1380

1280

9

6月6号

1521

1376

1261

9

3.3工艺调整后的结果

1)铸件的金相组织及硬度(见表5)

球化级别

石墨大小

珠光体(%)

碳化物(%)

硬度(HB)

3

56

10~15

<1

168~170

2)铸件的合格率及客户满意度

第一次送铸件250件,加工后因缩松缺陷废1件,合格率99.6%;

第二次500件,加工后因缩松缺陷废4件,合格率99.2%(其它原因废6件);

调整成分及温度后,不仅411壳的成品率得到稳定提高,同时2402N-036轴承座的成品率也得到稳定提高,生产108件无废品;153前底板生产105件无废品。

通过修改铸件化学成分的含量及调整球化处理温度,同时在操作上又采取了一些措施,产品质量稳定提高,得到用户的一致好评。

注:*“套壳”是我公司结合“铁模覆砂”工艺研究的一种新工艺,即壳型外套金属套,铸型不但具有像铁模覆砂那样可以防止壁移动、对铸件激冷效果,还具有不需要烘烤加热铁模的优点。