喬進(jìn)國，王安家，李孝艷，鮑俊敏

（濰柴動(dòng)力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261199）

氣缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，氣缸蓋自身帶有燃燒室、進(jìn)氣道、排氣道、冷卻水腔等，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,壁厚不均勻。鑄件技術(shù)要求高,鑄件極易出現(xiàn)氣孔、縮松等缺陷，給鑄造工藝設(shè)計(jì)帶來很大難度[1]。滲漏缺陷一般在氣缸蓋加工完成后的氣密性試驗(yàn)工序發(fā)現(xiàn)，造成的廢品損失大。

1 生產(chǎn)條件

圖1 WD615氣缸蓋鑄造三維模型

WD615氣缸蓋毛坯質(zhì)量20 kg，一箱6件，砂芯采用潮模砂工藝，除水夾層芯用耐高溫覆膜砂外，其余砂芯全部采用冷芯盒工藝，圖1所示為鑄造三維模型。WD615氣缸蓋材質(zhì)為HT250，采用 35 t/h長爐齡熱風(fēng)水冷富氧沖天爐與80 t工頻電爐雙聯(lián)熔煉工藝，鑄件本體硬度要求HB190～240。氣缸蓋加工完成后打壓進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，加壓壓強(qiáng)為 0.4～0.6 MPa，加壓時(shí)間 60 s。

2 原因分析

WD615氣缸蓋滲漏位置位于缸蓋側(cè)壁，如圖2所示，該位置壁厚10 mm，且位置非常集中，滲漏廢品率達(dá)到1.1%。滲漏缺陷在加工單位氣密性試驗(yàn)工序發(fā)現(xiàn)，是加工的末端工序，造成的廢品損失大。取樣化驗(yàn)成分，均符合工藝要求，MAGMA模擬軟件分析缸蓋此部位也不易出現(xiàn)縮松缺陷。

圖2 WD615氣缸蓋漏水位置示意圖

對(duì)WD615缸蓋滲漏位置進(jìn)行解剖，如圖3所示。割取滲漏位置缸蓋本體，用掃描電鏡觀察，圖4所示即為缺陷部位掃描電鏡圖片，圖片中孔洞類缺陷造成氣缸蓋壓力試驗(yàn)過程中滲漏。

圖3 WD615氣缸蓋解剖圖

圖4 WD615氣缸蓋漏水部位掃描電鏡圖片

割取滲漏位置缸蓋本體拋光，用金相顯微鏡觀察，金相組織為石墨A型，片長4級(jí)，珠光體98%?？锥吹闹車珨?shù)量明顯偏少，脫碳現(xiàn)象明顯，如圖5所示。

圖5 WD615氣缸蓋漏水部位金相組織

圖6 WD615氣缸蓋滲漏部位掃描電鏡圖片

從孔洞處斷開試樣，用掃描電鏡觀察缺陷斷面，如圖6所示，標(biāo)識(shí)區(qū)域內(nèi)為缺陷組織，周圍為正?；诣T鐵斷口組織?？妆谛蚊蔡攸c(diǎn)為：孔壁表面呈現(xiàn)凹凸不平，起伏猶如丘陵，不如肉眼觀察下那樣平滑，有剛露頭的乳狀枝晶晶芽，但枝晶不發(fā)達(dá)。同掃描電鏡觀察下的晶間縮松孔壁表面相比較，兩者表面粗糙度有顯著的不同。晶間縮松的孔壁表面是由向三維空間發(fā)展明顯的枝晶露頭形成的。這些枝晶縱橫交叉，它們之間則是眾多的縮松孔洞，結(jié)果使晶間縮松孔壁表面十分粗糙，不同于氣孔孔壁?？s孔或縮松是鑄鐵件常見的缺陷，一般產(chǎn)生在鑄件的熱節(jié)部位[2]。

將缺陷部位放大，如圖7所示，可見缺陷部位表面均勻分布著一層黑色膜狀物質(zhì)，能譜分析發(fā)現(xiàn)為一層石墨膜，如圖8所示。

圖7 WD615氣缸蓋滲漏斷面掃描電鏡圖片

綜合上述兩方面特征，我們判斷該缺陷為氣孔缺陷，而不是縮松缺陷，該氣孔缺陷為氫氣孔還是氮?dú)饪?，還難以準(zhǔn)確得出結(jié)論。借助于掃描電鏡觀察氣孔孔壁表面的微觀特征，有助于了解氣孔性質(zhì)及其形成機(jī)理，從而能對(duì)鑄件缺陷類別作出正確的判斷，以能有效地防止氣孔缺陷。

圖8 WD615氣缸蓋漏水缺陷部位能譜分析

3 解決措施

通過采取下述措施，WD615氣缸蓋側(cè)壁滲漏率降低到0.3%以下。

（1）爐料要干凈和干燥，爐料中盡量避免攜帶水分、油脂、鐵銹、鋁銹等含氫材料。

（2）控制爐料中的廢鋼用量不超過70%。在正常情況下生鐵錠本身的含氮量并不高，而廢鋼的含氮量則顯著地高于生鐵錠。

（3）生產(chǎn)中應(yīng)選用低氮增碳劑，在采用電爐熔煉時(shí)，由于廢鋼配比增加，增碳劑的加入量也隨之增加，增碳劑中所含的氮也會(huì)溶入鐵液，。

（4）澆注包使用前必須烘干，澆注前用鐵液燙包至紅熱狀態(tài)。

（5）嚴(yán)格控制潮模砂水分。因?yàn)樵跐沧⒑?，在金屬液作用下，鑄型中的水分迅速蒸發(fā)并與金屬液中的某些組元反應(yīng)。

Me為能和水蒸氣反應(yīng)的元素，F(xiàn)e-C合金中的Fe、C、Si、Mn、Al等都能與 H2O（g）發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)相應(yīng)的氧化物和H2[3]。

（6）制芯過程中，嚴(yán)格控制樹脂加入量。樹脂含氮量過高容易引起氮?dú)饪祝梅尤渲材ど爸菩净蚍尤┠蛲闃渲煨鸵矔?huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?，這是因?yàn)榉尤渲材ど八霉袒瘎┑臑趼逋衅分泻蠳H2。酚醛尿烷樹脂中的聚異氰酸酯的基本化合物為NCO，其中N和C結(jié)合力弱，在澆注時(shí)形成分子狀態(tài)的H2，它易從鐵液中向砂型外逃逸。但是，聚異氰酸酯在潮濕的環(huán)境下使用時(shí)，NCO與水發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，產(chǎn)生如下式所示的NH2。

對(duì)于酚醛尿烷樹脂中的聚異氰酸酯，在潮濕的環(huán)境下使用時(shí)，NCO與水強(qiáng)烈反應(yīng)，產(chǎn)生NH2，則要確保聚異氰酸酯容器的密封，減少它與空氣的接觸[4]。

（7）澆注過程中采用含鋯孕育劑隨流孕育處理。

4 結(jié)論

（1）采用金相顯微鏡及掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，氣孔缺陷導(dǎo)致WD615氣缸蓋側(cè)壁滲漏。

（2）借助于掃描電鏡觀察鑄件孔洞類缺陷孔壁表面的微觀特征，有利于對(duì)鑄件缺陷類別作出正確的判斷。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).《鑄造手冊(cè)》第4卷:造型材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]譚昌發(fā),田迎新.鑄鐵件縮孔和縮松缺陷防止方法及應(yīng)用實(shí)例[J].現(xiàn)代鑄鐵,2012,(1):61-64.

[3]安閣英.鑄件形成理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.6.

[4]金仲信.灰鑄鐵件的氮?dú)饪准捌浞乐筟J].現(xiàn)代鑄鐵,2005,(1):52-55.