10 (P07)姜建柱等－陕西法士特集团铸造公司－铸造生铁对消失模铸件缺陷的影响

1、铸造生铁对消失模铸件缺陷的影响姜建柱，白忠军（陕西法士特集团铸造公司，陕西宝鸡722409）摘要：结合生产实际中存在的质量问题，通过采用不同生产厂家提供的铸造生铁进行工艺试验，并进行合理的工艺改进，有效地解决了消失模铸件的D型石墨和缩孔等铸造缺陷。关键词：微量元素，D型石墨，缩孔Effect of Foundry Pig Iron on the Casting Defects on Lost Foam Casting ProcessJIANG Jianzhu, BAI Zhongjun （Shanxi FAST Group Foundry Company, Baoji 722409, Shan

2、xi）Abstract: With the quality problems in practical production, the technological tests were made by using the foundry pig iron from different manufacturers. And reasonable process improvement was made for an effective solution of the Lost Foam Casting defects such as shrinkage and D-type graphite.K

3、ey wards: Trace element, D-type graphite, shrinkage近年来，生铁的市场价格不断上涨，造成铸造生产成本的明显增加，各个铸造生产厂家都在积极的寻求质优价廉的生铁用于生产，在铸造生铁的选择方面如果不谨慎，很容易造成消失模铸件批量质量问题。针对这个实际情况，结合我公司的生产实际和一些个人多年工作方面的经验对铸造生铁的选用提出一些建议并与同行进行交流。众所周知，铁水的熔化是铸铁件生产的关键工序，所熔化铁水的质量对铸铁件的质量、尤其是其内在质量具有决定性的影响。而铸铁熔化工序只是炉料简单的重熔过程，炉料熔化过程中并没有发生彻底的冶金反应，铁水的合金元素与有

4、害元素也就不会有多大的改变。因此，炉料的质量最终决定铸件的质量。要从根本上提高铁水的质量，除了采用合理的熔化工艺之外，控制生铁的质量更是提高铸件内在质量的关键。法士特汽车传动集团公司是重型汽车变速箱的专业生产厂家，于2002年就已通过ISO2000质量体系认证，采用先进的消失模铸造工艺生产的离合器壳体与变速箱壳体等薄壁类灰铸铁件的质量在国内同类生产厂家中处于领先地位。在实际生产过程中，经常会遇到石墨形态不合格以及缩孔等铸造缺陷，严重制约产品质量。其中D型石墨超标与缩孔缺陷预防是消失模工艺生产壳体类铸件质量控制工作的重点。1 D型石墨采用消失模铸造工艺,炉料用1t中频电炉熔化，按照生产实际和HT

5、200的材质牌号要求进行配料，原铁水检验化学成分为：C 3.2%3.5%，Si 1.5%1.8%，Mn 0.6%0.9%。出铁温度控制在15701590，使用为粒度0.3mm0.6mm，5mm10mm硅钡系列复合孕育剂进行孕育，加入量为所处理铁水总质量的0.4%。生产过程中，每天的铸件金相组织抽查均发现有超标D型石墨存在。试块及铸件本体中D型石墨含量有时高达20%40%，超过企业标准规定,金相组织抽查不合格,制约产品质量。通过理论分析，首先对孕育处理工艺进行了技术改进，采用不同规格的孕育剂与不同的孕育处理工艺进行试验，试验结果见表1所示。表1 孕育处理工艺试验试块金相Tab.1 metallu

6、rgical phase of specimen by inoculation炉次编号石墨形状石墨大小机体组织结论6-4-2A+C+30%D4级珠光体85%不合格6-4-1A+C+30%D4级珠光体85%不合格6-2-2A+C+20%D4级珠光体85%不合格6-2-1A+C45级珠光体90%合格21-03-15A+50%D4级珠光体95%不合格21-03-23A+C4级珠光体85%合格结果表明，合理的孕育处理工艺在一定程度上能够减轻消失模类铸铁件中的D型石墨，但是仍然存在许多包次的铸件金相组织不合适。通过进一步对生产铸件的原铁水进行光谱分析，发现了产生D型石墨的主要原因。检验结果见表2所示。表

7、2 原铁水化学成分光谱分析 /%Tab.2 the results of spectral analysis for base ironCSiMnPSCrNi3.441.800.520.0670.0330.1140.068MoCuTiVSnPb0.0210.0330.0970.0250.0020.001分析结果表明，原铁水中常规的五大元素均合格，微量元素中Cr、Ti、Ni元素的含量较高。随后，对生产使用的纯A铸造生铁炉内重熔取样，进行光谱分析，检验结果见表3所示。通过对表2与表3进行对比，发现铸造生铁中的钛元素含量非常高（YB/T14-90铸造用生铁规定微量元素Ti0.087%；原铁水中铬元素

8、的增加主要由配料废钢引入。资料表明，钛（Ti）元素强烈促进灰铸铁中D型石墨的形成。于是，采供低钛含量的B铸造生铁进行工艺试验。试验试块金相组织见表4所示，铸件中D型石墨如图1所示，铸件中A型石墨和图2所示。 表3 纯生铁化学成分光谱分析 /%Tab.3 the results of spectral analysis for pure pig ironCSiMnPSCrNi4.321.630.230.0680.0310.0240.056MoCuTiVSnPb0.0200.0350.1560.0250.0020.001表4 B铸造生铁工艺试验试块金相Tab.4 metallurgical pha

9、se of specimen for foundry pig B炉次编号石墨形状石墨大小机体组织结论C06A+C45级珠光体98%合格C10A+C45级珠光体98%合格C41A+C4级珠光体90%合格C37A+C4级珠光体90%合格C30A+C4级珠光体95%合格C26A+C4级珠光体95%合格B47A+C4级珠光体90%合格C28A+B+C4级珠光体70%不合格C32A+B+25%D4级珠光体90%不合格C42A+B+25%D4级珠光体95%不合格C31A+C4级珠光体70%不合格 图1 铸件中D型石墨组织 图2 铸件中A型石墨组织Fig.1 D graphitic structure in

10、 casting Fig.2 A graphitic structure in casting使用B铸造生铁进行工艺试验，铸件中D型石墨的含量明显减少，在后期的生产过程中,几乎90%以上的金相组织合格，D型石墨基本消除。目前,辅助合理的孕育处理工艺，铸件金相组织合格率已长期稳定在96%以上。金相组织中D型石墨缺陷基本消除。2 缩孔铸钢车间生产的消失模铸件主要包括离合器壳体（15266-C）和变速箱壳体（18686）系列两种类型。自2007年6月份以来，在15266离合器壳体与18686变速箱壳体铸件的热结部位（见图3与图4）相继出现缩孔缺陷。11月份以后，该种缺陷更加严重，并形成一定的批量，严

11、重制约了车间的产品质量。 图3 15266离合器壳体铸件缩孔 图4 18686变速箱壳体铸件缩孔Fig.3 shrinkage cavity in 15266 clutch housing casting Fig.5 shrinkage cavity in 1686 clutch housing casting该缺陷集中出现在铸件厚大部位热结处，内表面粗糙，晶粒组织粗大，缺陷周围有部分夹杂物，属于典型的热结缩孔。消失模铸造与传统的砂型铸造相对比，热结部位不容易通过冒口进行补缩，该部位更容易产生缩孔，为降低铸件中的缩孔缺陷，首先在工艺上采取措施，对不同的铸件，通过控制铸件的化学成分，浇注温度，改

12、变浇注负压和设置补缩冒口等方法，使铸件的缩孔数量有了一定程度的减少。但是，效果并不是很明显，废品率有时在20%左右。最后，对生产使用的铸造生铁进行更换，使用B铸造生铁进行熔化配料，结果所生产的铸件中缩孔数量产生了明显大幅度的下降，采用合理的工艺方案后，缩孔废品率逐步降低到1%以下，生产过程质量稳定。为了进一步查找铸件形成缩孔的真正原因，我们就对不同铸造生铁的化学成分与金相组织进行认真分析和对比，结果如下。2.1 铸造生铁的化学成分铸造生铁采用A和B两种类型，其化学成分分别如表5和表6所示。对纯A和B型铸造生铁炉内熔化后取光谱试样分析，得到了其成分光谱图，如图5所示。表5 A铸造生铁 /%Tab

13、.5 chemical composition of foundry pig ACSiMnPSCrNi4.251.500.2720.0740.0280.0240.015MoCuTiVSnPb0.0030.0350.0990.0370.0010.001表6 B铸造生铁 /%Tab.6 chemical composition of foundry pig BCSiMnPSCrNi4.421.420.2890.0670.0310.0030.006MoCuTiVSnPb0.0090.0420.0350.0180.0020.001图5 铸造生铁A和B型的光谱分析结果Fig.5 the results

14、of spectral analysis for foundry pig A and B化学成分分析结果表明: 两种铸造生铁中的五大元素差别很小，含量均符合工艺文件规定。但是，A铸造生铁微量元素Cr、Ti、Ni、V元素的含量很高，总含量高达0.175%,超过冶金标规定的所有微量元素总合i=0.1229%；而B铸造生铁中的微量元素Cr、Ti、Ni、V的含量却很低，总含量仅为0.062%。2.2生铁的金相组织:生铁的金相组织检验：对生产现场的B铸造生铁与A铸造生铁抽检取样，进行金相分析，发现B铸造生铁的金相组织（500）中机体组织全部是珠光体，石墨片细小完整，组织形貌良好；而A铸造生铁的金相组织为

15、珠光体和渗碳体，过冷组织（渗碳体）数量大于30%，石墨形态粗大，存在大量的未熔化均匀的团块状石墨，其金相组织如图6和图7 所示。 图6 A铸造生铁金相组织 图7 B铸造生铁金相组织Fig.6 metallurgical structure of foundry pig A Fig.7 metallurgical structure of foundry pig B2.3 其它通过正交工艺试验对缩孔的其它影响因素：砂箱的负压、浇注温度、铁水的碳当量和铁水的保温时间等进行试验，分析其对缩孔的影响。试验结果表明，提高铁水的炉内熔化温度和保温时间，保证一定的浇注负压和合理的铁水化学成分与浇注温度，都能

16、有效地减轻消失模类铸件的缩孔倾向。2.4原因分析综上所述，在缩孔的形成原因中，铁水的收缩量和铁水的流动性对缩孔的形成具有决定性的影响。在对铁水的化学成分分析中我们发现铁水中的微量元素超标，在铁水的凝固过程中一些高熔点的元素与其化合物在铁水中形成偏析，加上孕育产生的结晶核心，必然造成铁水的流动性降低，使灰铸铁的凝固方式由层状凝固向糊状凝固转变，造成最后凝固的部位得不到有效补缩。另外，从金相组织中，发现A生铁的内部组织很不均匀，过冷组织偏多，有大量没有熔化的大块石墨，产生炉料遗传，造成过冷石墨，并在铁水凝固过程中减少了铁水凝固过程中的石墨化膨胀量，缩孔倾向增加。部分微量元素超标也容易造成铁水的收缩

17、量加大，使热结部位缩孔倾向增加。铁水进入铸型后，铁水的温度迅速下降，最先在铸件的外围形成一层硬壳，铁水在凝固过程中，会发生液态收缩与固态收缩，随后率先凝固的铁水由于石墨的析出，会产生一定的石墨化膨胀，当硬壳的固态收缩量与石墨化膨胀的总合小于硬壳内铁水的液态与固态收缩量的总和，又得不到附近铁水的有效补充时，就会在铁水最后凝固的部位形成缩孔。3 结论（1）铸造生铁中Ti元素超标是消失模类铸铁件形成D型石墨的主要原因；（2）除工艺原因外，铸造生铁中的石墨形态异化与微量元素超标，是造成消失模铸件热结部位缩孔的主要原因；（3）铸造生铁质量控制是生产合格消失模铸件的关键。只有在确保生铁质量的前提下,采用合理的铸造工艺,才能生产出高质量的消失模类铸件。参考资料1 陆文化铸造合金及其熔炼北京：机械工业出版社