濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司 （山東 250204） 趙遠(yuǎn)明 何書恒

生產(chǎn)汽車缸體、缸蓋時(shí)，進(jìn)排氣道、水套內(nèi)腔及熱節(jié)內(nèi)角部位經(jīng)常出現(xiàn)較薄的毛刺即脈紋缺陷，因毛刺位置在內(nèi)腔很難清理，水套腔內(nèi)脈紋缺陷會阻礙冷卻水的正常流動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒缸；進(jìn)排氣道內(nèi)的脈紋會影響氣道渦流特性，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此解決脈紋缺陷對于缸體、缸蓋等汽車鑄件來說至關(guān)重要。

一 、脈紋缺陷的產(chǎn)生原因

在573℃溫度下，石英砂發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，從β石英變?yōu)棣潦?，相變膨脹引起的熱?yīng)力導(dǎo)致砂芯表層開裂，鐵液滲入裂紋中形成脈紋。脈紋產(chǎn)生的基本條件，一是相變膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于砂芯表面強(qiáng)度；二是鐵液呈液態(tài)且具足夠流動(dòng)性。脈紋缺陷就是一種膨脹類的鑄造缺陷，生產(chǎn)實(shí)例如圖1所示。一般認(rèn)為：①原砂SiO2含量越高，脈紋缺陷越嚴(yán)重。②原砂粒度集中度越高，脈紋缺陷越嚴(yán)重。③澆注溫度越高，脈紋缺陷越嚴(yán)重。但澆注溫度是根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、壁厚確定的，不能隨意改變。

凡能減少熱應(yīng)力的因素，提高砂芯高溫強(qiáng)度及韌性的因素，以及加速鐵液凝固的因素，均會減少脈紋產(chǎn)生。實(shí)踐證明，樹脂砂產(chǎn)生脈紋缺陷的傾向大小順序依次為：冷芯盒樹脂砂→PEPSET樹脂砂→覆膜砂→呋喃樹脂砂→堿性酚醛樹脂砂。

二、解決脈紋缺陷的措施

針對脈紋缺陷所采取的措施，具體可歸結(jié)為以下幾方面。

（1）降低砂芯的膨脹 原砂膨脹是脈紋產(chǎn)生的根本原因，因此降低原砂膨脹是解決脈紋缺陷首先考慮的因素，原砂在高溫下存在晶相轉(zhuǎn)變，同時(shí)伴隨體積的膨脹，如果石英砂經(jīng)過900℃以上高溫焙燒冷卻后晶相轉(zhuǎn)變將不可逆，所以原砂再生或焙燒使用會顯著改善脈紋缺陷；生產(chǎn)鑄鐵件時(shí)不需要原砂有過高的SiO2含量，達(dá)到92%即可，因SiO2含量越高，其熱膨脹率越大，一般生產(chǎn)時(shí)可盡量使用再生砂。

（2）調(diào)整原砂粒度分布 如果原砂粒度過于集中，整體膨脹將體現(xiàn)得更明顯，一般采用三篩或四篩砂，汽車缸體、缸蓋推薦用粒度為0.355～0.154mm（50/100目）擦洗砂，盡量避免采用粒度為0.224～0.106mm（70/140目）及更細(xì)原砂。

（3）提高砂芯的常溫、高溫強(qiáng)度 在原砂相同的情況下，砂芯強(qiáng)度取決于粘結(jié)劑類型及砂芯緊實(shí)度，由于冷芯盒是高壓射砂，砂芯緊實(shí)度高，高溫下砂粒的膨脹空間小，所以容易產(chǎn)生脈紋缺陷。

（4）采用特種砂 ①鉻鐵礦砂主要靠激冷效果防止脈紋，可與石英砂按一定比例混合使用。②鋯砂耐火度高，膨脹系數(shù)小，但價(jià)格較高，很少使用。 ③焙燒砂是將擦洗砂加熱到870℃以上，并保溫一定時(shí)間，使硅砂充分膨脹實(shí)現(xiàn)相變，因此焙燒砂又稱相變砂。經(jīng)相變處理后，不僅使膨脹率大幅下降，而且砂粒中的結(jié)晶水、有機(jī)污染物、碳酸鹽及氧化物等經(jīng)高溫焙燒后被大量清除，因此焙燒砂與擦洗砂相比不僅酸耗值低，灼減量和發(fā)氣量低，含泥量少，更主要的是膨脹率低。不僅能夠減少粘結(jié)劑加入量，更能有效防止鑄件產(chǎn)生脈紋、熱裂、粘砂等缺陷，提高鑄件精度。④寶珠砂呈球狀粒形，表面光滑，無凹凸脈紋。其流動(dòng)性及填充性好，能得到良好的成型性和鑄模強(qiáng)度，潰散性好，易于清砂作業(yè)，粘結(jié)劑使用量較其他同類型砂有較大的節(jié)省，熱膨脹率之低與鉻礦砂等特殊砂相同，因此生產(chǎn)鑄件的尺寸精度高，破裂及表面缺陷少，鑄件成品率高。寶珠砂的致密性好，強(qiáng)度高，即使重復(fù)再生使用也很少破碎，可減少鑄造生產(chǎn)過程中的粉塵對生產(chǎn)環(huán)境的污染，再生性好，可減少產(chǎn)生的廢物排放，利于環(huán)境保護(hù)。由于其主要成分是氧化鋁，耐火度≥1790℃，能滿足鑄造各種金屬及合金，易于回收，因此對解決內(nèi)腔燒結(jié)和脈紋缺陷是不錯(cuò)的選擇。

（5）特種涂料的作用 激冷涂料可以加快鐵液冷卻凝固，一般適用于汽車鑄件，簡便易行；對于厚大件來說效果不明顯。

（6）防脈紋添加劑 目前，市場上防脈紋添加劑種類繁多，按成分分主要是有機(jī)物和無機(jī)物，第一是硅酸鹽與金屬氧化物的混合物，其熔點(diǎn)低，在高溫下可與硅砂形成玻璃體填補(bǔ)砂芯裂紋，防止鐵液進(jìn)入裂縫，這種添加劑可做成圓整的粒狀，對砂芯強(qiáng)度影響較小，加入量一般為1.0%～5.0%；第二種是有機(jī)添加劑，加入量一般為0.3%～1.5%，強(qiáng)度影響比無機(jī)物明顯，但發(fā)氣量大。

三、防脈紋添加劑的應(yīng)用實(shí)例

1. AF#2M的防脈紋添加劑

（1）試驗(yàn)零件 4缸缸蓋排氣道部位有脈紋缺陷，脈紋高度約4～6mm。排氣道部位的脈紋缺陷可以用機(jī)械清除掉，試驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證AF#2M的防脈紋效果，脈紋缺陷如圖2、圖3所示，排氣道砂芯如圖4所示。

（1）方案 福建砂粒度為0.355～0.154mm（50/100目），原砂200kg，冷芯盒樹脂Ⅰ組分（GP201AK）2.0kg，Ⅱ組分（GP202KT）2.0kg，防脈紋添加劑AF#2M先與原砂混勻。

（2）結(jié)果 ①AF#2M添加劑加入0.5%，脈紋毛刺高度下降20%，并且變短。②AF#2M添加劑加入1.0%，鑄件中有一半脈紋消失，剩下的鑄件脈紋毛刺高度下降50%。③AF#2M添加劑加入1.5%，脈紋缺陷消失。

AF#2M為有機(jī)防脈紋添加劑，顯著特點(diǎn)是極少的加入量就可降低或避免脈紋的產(chǎn)生，一般建議加入量只占原砂比例的0.5%～1.5%（某一韓資企業(yè)在制動(dòng)盤芯砂中添加這種添加劑0.3%，即解決了制動(dòng)盤脈紋缺陷）。

2.SQ—1防脈紋添加劑

SQ—1為我公司生產(chǎn)的無機(jī)防脈紋添加劑，顯著特點(diǎn)是加入量占原砂比例1%～5%時(shí)，對樹脂砂抗拉強(qiáng)度影響較小，24h強(qiáng)度無影響，2h抗拉強(qiáng)度衰減量低于10%，SQ—1防脈紋添加劑發(fā)氣量一般在10mL/g左右，成本低。

（1）試驗(yàn)零件 4缸缸體，水道砂芯。試驗(yàn)前水道部位脈紋如圖5所示。

（2）方案 福建砂粒度為0.355～0.154mm（50/100目），原砂200kg，冷芯盒樹脂Ⅰ組分（GP201AK）2.0kg，Ⅱ組分（GP202KT）2.0kg，SQ—1添加劑分別按不同比例加入原砂并混勻。

SQ—1 加入量2%時(shí)，脈紋高度下降15%，脈紋個(gè)數(shù)仍為4條。

圖5 試驗(yàn)前水道部位脈紋

SQ—1 加入量3%時(shí)，脈紋高度下降50%，脈紋個(gè)數(shù)有3條（見圖6）。

SQ—1 加入量4%時(shí)，脈紋高度下降60%，脈紋個(gè)數(shù)有2條。

圖6 試驗(yàn)件水道部位脈紋

SQ—1 加入量5%時(shí)，脈紋高度下降80%，脈紋個(gè)數(shù)有1條。

SQ—1 加入量6%時(shí)，共生產(chǎn)10件，脈紋缺陷消失。

四、結(jié)語

汽車鑄件脈紋是較常見的缺陷，通過大量實(shí)踐證明，采取以下幾種措施完全能解決問題。

（1）添加防脈紋添加劑SQ—1或AF#2M，簡便易操作且成本低。

（2）寶珠砂制芯，原砂成本較高，若能回收再生也是不錯(cuò)的選擇。

（3）防脈紋涂料可以去除較輕的脈紋缺陷。

（4）焙燒砂配合寶珠砂按一定比例混合也可解決脈紋缺陷，但如何回收舊砂是需要考慮的問題。

（5）生產(chǎn)汽車鑄鐵件時(shí)最好選擇大林砂或圍場砂，粒度選擇0.355～0.154mm（50/100目），原砂SiO2含量達(dá)92%即可。

（20130125）