高 博，史明建，賈玉珍

(1.海軍駐興平地區(qū)軍事代表室，陜西興平 713105；2.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

提高船用球墨鑄鐵軸承蓋磁粉探傷合格率研究

高 博1，史明建2，賈玉珍2

(1.海軍駐興平地區(qū)軍事代表室，陜西興平 713105；2.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713105）

分析了材質(zhì)QT400-18A的某型船用軸承蓋磁粉探傷不合格的原因，最后通過采用鐵液經(jīng)1 500℃～1 530 ℃高溫靜置5～10分鐘；降低球化劑加入量；提高鐵液的澆注溫度,消除了鐵液產(chǎn)生的二次氧化夾渣缺陷。

軸承蓋；磁粉探傷合格率；高溫靜置；澆注溫度；二次氧化夾渣

二次氧化夾渣也稱黑渣，是球墨鑄鐵的特有缺陷之一，特別是鎂球墨鑄鐵則更為嚴(yán)重。夾渣多出現(xiàn)在鑄件上表面，如暴露在加工面上，則呈現(xiàn)光澤較差的暗灰色斑紋或者云片狀斑紋。當(dāng)產(chǎn)生夾渣缺陷時(shí)，可使鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度和伸長(zhǎng)率、耐水壓、耐磨和耐蝕性能均降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鑄件報(bào)廢。筆者公司生產(chǎn)的某型船用球墨鑄鐵軸承蓋，需要進(jìn)行100%的磁粉檢測(cè)。原工藝生產(chǎn)的鑄件因二次氧化夾渣缺陷，鑄件磁粉探傷合格率僅為50%左右。通過對(duì)軸承蓋的熔煉工藝進(jìn)行分析、改進(jìn)、使軸承蓋的磁粉探傷合格率達(dá)到了90%以上。

1 簡(jiǎn)介

1.1 軸承蓋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

某型船用柴油機(jī)軸承蓋，其零件外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高）＝445×305×112（mm）。整個(gè)鑄件輪廓尺寸較小，內(nèi)外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最大壁厚112 mm,,最小壁厚25 mm,壁厚相差懸殊。毛坯質(zhì)量為55 kg。軸承蓋零件如圖1所示。

1.2 軸承蓋磁粉檢測(cè)技術(shù)文件

軸承蓋磁粉檢測(cè)依據(jù)文件編號(hào)為SA0600GH01《非合金球墨鑄鐵軸承蓋無損檢測(cè)要求》,磁粉檢測(cè)區(qū)域如圖2所示。

圖1 軸承蓋零件

圖2 軸承蓋磁粉檢測(cè)區(qū)域分布

技術(shù)文件要求：磁粉檢測(cè)在成品零件上進(jìn)行，對(duì)非加工表面檢測(cè)前需進(jìn)行局部打磨。磁粉檢測(cè)要求如表1所示。

表1 磁粉檢測(cè)要求

切向磁場(chǎng)最小可為2 400 A/m(30奧斯特)。檢查后要進(jìn)行退磁處理，殘余磁場(chǎng)不應(yīng)大于200 A/m。

1.3 磁粉檢測(cè)到的缺陷

磁粉探傷選用濕法，在紫外線下觀察，在鑄件的整個(gè)Ⅲ區(qū)發(fā)現(xiàn)磁粉痕跡呈細(xì)小的斑紋或者云片狀聚集磁痕，有的單個(gè)線狀顯示超過7 mm，抹去磁痕后，肉眼看不見。后通過打磨缺陷還是無法消除，造成軸承蓋報(bào)廢。缺陷位置與形狀如圖3所示。

圖3 缺陷位置與形狀

2 缺陷分析

2.1 缺陷實(shí)驗(yàn)室分析

對(duì)缺陷進(jìn)行電鏡（SEM）分析，可以看出心部組織比較均勻，致密，邊沿部位組織表面存在大量的黑色組織且比較薄，斷口表面有一定程度的氧化跡象,且與鑄件結(jié)合不牢固，存在脫落現(xiàn)象。電鏡SEM如圖4所示。

圖4 缺陷SEM

為進(jìn)一步判斷缺陷的組織成分，對(duì)圖4中a和b分別進(jìn)行了能譜（EDS）分析，從EDS的結(jié)果可以看出邊沿部位Mg、Re、Al、O、Ca等易形成氧化夾雜的元素含量高于心部。能譜EDS如表2、3所示。

2.2 缺陷形成過程機(jī)理

根據(jù)上述分析，當(dāng)鐵液中的鎂、稀土、鈣、鋁、氧含量較高時(shí)鐵液氧化加劇，夾雜物數(shù)量增加，當(dāng)鐵液溫度較低時(shí)，自由能小，夾雜物更容易形成并聚集長(zhǎng)大。在球化孕育處理時(shí)會(huì)形成較高熔點(diǎn)的夾雜物（如Fe3O4、Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO），也會(huì)形成某些低熔點(diǎn)夾雜物（如MnO·SiO2、CaO·Fe2O3、FeO·SiO2、FeS）,高熔點(diǎn)夾雜物從鐵液析出后會(huì)不斷碰撞、聚合、長(zhǎng)大形成氧化膜。鐵液經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入型腔溫度已經(jīng)降低很多，更促使一些低熔點(diǎn)夾雜物也大量析出，使氧化膜變厚。鐵液充型時(shí)，紊流加劇導(dǎo)致形成的氧化膜不斷被破壞卷入鐵液中。當(dāng)形成的氧化膜及其所附夾雜物數(shù)量較大，而澆注溫度較低時(shí)，大量的夾雜物最終進(jìn)入鑄件內(nèi)形成二次氧化夾渣。

表2 a部位EDS

表3 b部位EDS

3 原生產(chǎn)工藝

原鑄造工藝：樹脂砂造型、制芯，一箱一件，每箱放置冷鐵18塊。軸承蓋與曲軸接觸面加工余量為8 mm，側(cè)面為5 mm、基準(zhǔn)面為3 mm。鐵液采用100×100（mm）陶瓷過濾片進(jìn)行過濾。鑄造工藝簡(jiǎn)圖如圖5所示。

圖5 鑄造工藝簡(jiǎn)圖

原熔煉工藝：熔煉設(shè)備采用3 t中頻爐；QT400-18A原鐵液化學(xué)成分為w(C)3.75%～3.85%、w(Si)1.4%～1.5%、w(Mn)0.15%～0.25%、w(P)≤0.05%、w(S) ≤0.02%、w(Cu)＜0.05%、w(Cr)＜0.05%、w(Ni)＜0.05%、w(Mo)＜0.05%、w(Ti)＜0.05%。

配料比例：生鐵60%、廢鋼10%、回爐料30%、球化處理所用球化劑為1.5%的句容6A；孕育處理所用沖入孕育劑為0.5%的YFY-150、覆蓋孕育劑為0.4%的75SiFe。取樣過程：鐵液升溫到1 420℃～1 450 ℃取樣，球化、孕育處理采用兩次沖入法：先出鐵2/3，進(jìn)行球化處理，待球化反應(yīng)結(jié)束后，然后均勻加入隨流孕育劑, 出爐溫度：1 490 ℃±10℃。澆注溫度1 360 ℃～1 380 ℃。

根據(jù)該鑄造工藝及熔煉工藝，澆注5爐共48件，因磁粉探傷報(bào)廢24件，磁粉探傷合格率為50%。

4 提高磁粉探傷合格率的工藝試驗(yàn)方案

4.1 工藝試驗(yàn)方案一

為提高磁粉探傷合格率，對(duì)原來的鑄造工藝、球化劑加入量及澆注溫度進(jìn)行了調(diào)整。主要措施是：一是在Ⅲ區(qū)增加加工余量5 mm，可通過機(jī)械加工去除鑄件表面的二次氧化夾渣；二是在保證了球化的前提下，球化劑加入量調(diào)整到1.4%，控制鐵液中的殘留鎂量和稀土量；三是澆注溫度范圍調(diào)整為1 370 ℃～1 380 ℃。具體方案如下：

（1）分析原工藝磁粉探傷率偏低的原因，曾認(rèn)為鐵液中的殘留鎂量和稀土量過高，因而將現(xiàn)有的球化劑加入量1.5%，降到1.4%，磁粉探傷廢品率為45%，未達(dá)90%的合格率。

（2）磁粉探傷合格率偏低，曾認(rèn)為是由于軸承蓋放置冷鐵較多，進(jìn)入型腔內(nèi)的澆注溫度偏低引起的，因而澆注溫度范圍調(diào)整為1 370 ℃～1 380 ℃，磁粉探傷廢品率50%，未達(dá)90%的合格率。

（3）分析原工藝磁粉探傷率偏低的原因，曾認(rèn)為是Ⅲ區(qū)毛坯加工余量較少，原工藝加工余量為3 mm,故將加工余量增加了5 mm，磁粉探傷廢品率50%，未達(dá)90%的合格率。

以上三種方案的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，磁粉探傷合格率均未達(dá)到要求。三種方案試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 三種方案的試驗(yàn)結(jié)果

4.2 最終采用的工藝方案

在保證球化的前提下，球化劑加入量調(diào)整為1.3%：控制鐵液中的殘留鎂量和稀土量，消除鎂及稀土等元素產(chǎn)生的夾渣缺陷。

鐵液高溫靜置：鐵液出爐前進(jìn)行高溫靜置，溫度1 500 ℃～1 530 ℃，時(shí)間5～10 min，降低鐵液中的溶氧量，防止鐵液中的一次氧化夾渣的形成，同時(shí)讓鐵液中混熔的一次氧化渣滓充分上浮。

提高澆注溫度：由于軸承蓋冷鐵較多，將澆口杯內(nèi)澆注溫度控制在1 385 ℃～1 395 ℃，降低鐵液中的二次氧化夾渣的形成溫度。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)最終工藝，連續(xù)投產(chǎn)3爐共45件，磁粉探傷合格數(shù)為42件，磁粉探傷合格率達(dá)到93.3%，具體結(jié)果如表5所示。

表5 最終方案的試驗(yàn)結(jié)果

1件夾砂報(bào)廢是由于型腔內(nèi)浮砂沒有清理干凈造成。1件氣孔報(bào)廢是由于坭芯修補(bǔ)后，沒有及時(shí)烘干造成氣體進(jìn)入鑄件里面。1件機(jī)械損傷報(bào)廢是由于清理工割冒口時(shí)，將鑄件局部損傷。

5 結(jié)果分析

(1)球化劑加入量調(diào)整為1.3%：球化劑中的鎂和稀土都是球化元素，同時(shí)又是脫硫、脫氧、去氣十分強(qiáng)烈的反石墨化元素。因此，鐵液中鎂量和稀土量不能過低，也不能過高。若殘余量過低，會(huì)使球化不良，易產(chǎn)生衰退。過高雖能保證球化，但過高的殘余鎂，稀土與硫、氧等元素形成化合物，殘留在鑄件中形成夾渣。

(2)鐵液高溫靜置的作用：鐵液高溫靜置可以去除雜質(zhì)，凈化鐵液，主要是降低鐵液中的溶氧量，當(dāng)溫度＞1 500 ℃，發(fā)生碳氧反應(yīng)，生產(chǎn)CO逸出，溶氧量下降，避免形成一次氧化夾渣的形成。高溫靜置還可以提高鐵液流動(dòng)性，保證鑄件健全、減少廢品。

(3)澆注溫度過低，鎂稀土球化劑和鐵液中存有大量的硫、氧反應(yīng)加劇，容易形成二次氧化渣滓的固態(tài)渣。澆注時(shí)，固態(tài)渣隨流入型，鐵液充型后就上浮，并且不斷摻雜入硫化物、漂浮石墨；這種固態(tài)渣是由鎂、稀土、硅、錳和鐵的氧化物組成的。提高澆注溫度到1 385 ℃～1 395 ℃，可發(fā)揮鐵液液面的鎂蒸汽的保護(hù)作用，降低鐵液進(jìn)一步氧化，減少固態(tài)渣的形成。同時(shí)球化處理后的鐵液在輸送、倒包，澆注過程中力求做到平穩(wěn)，充型過程中因有鐵液過濾系統(tǒng)，減少了鐵液在型內(nèi)翻滾，飛濺而產(chǎn)生新的氧化。但在提高澆注溫度情況下，也應(yīng)盡快澆注，防止鐵液降至甚至更低溫度而產(chǎn)生固態(tài)渣。

6 結(jié)論

生產(chǎn)船用球墨鑄鐵軸承蓋，要求磁粉探傷合格率達(dá)到90%以上，可以采取以下措施：

(1)在保證球化的前提下，球化劑加入量降低到1.3%，即節(jié)約成本，又消除殘余鎂量、殘余稀土量引起的夾渣缺陷。

(2)出爐前，鐵液需經(jīng)1 500 ℃～1 530 ℃的高溫靜置，時(shí)間5～10分鐘，減少鐵液中溶氧量。

(3)澆注溫度控制在1 385 ℃～1 395 ℃，提高鐵液的流動(dòng)性，便于渣滓上??；降低二次氧化膜的形成溫度。

[1] 王曉江. 鑄造合金及其熔煉[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999:29-35.

Improve marine magnetic inspection quality of nodular cast iron bearing cover

GAO Bo1,SHI MingJian2,JIA YuZhen2
(1.The navy's XingPing regional military sgent's room ,XingPing 713105,Shaanxi ,China; 2.ShaanXi diesel engine heavy industry Co., Ltd., XingPing 713105,Shaanxi ,China)

Analyses the cause of bearing cover’s Marine magnetic inspection consequence, According improving the temperature of liquid iron from 1500℃ to 1530℃ with fi ve ～ ten minutes, Reducing the amount of nodularizer, Improving the pouring temperature of liquid iron, to eliminating the secondary oxidation slag defects of the casting.

bearing cover;Marine magnetic inspection quality; keep liquid iron in high temperature; pouring temperature; secondary oxidation slag

TG115.28；

A；

1006-9658（2017）01-0016-04

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.005

2016-04-22

稿件編號(hào):1604-1351

高博（1981—），男，工程師，主要從事艦船柴油機(jī)鑄件的質(zhì)量驗(yàn)收工作.