徐 峰，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

齒圈類高強(qiáng)鋼鑄件裂紋缺陷改進(jìn)

徐 峰，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

針對(duì)齒圈類高強(qiáng)鋼鑄件表面裂紋缺陷問題，從鑄件打箱、冒口切割等粗清理工藝方面進(jìn)行分析改進(jìn)。通過優(yōu)化產(chǎn)品工藝，調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)流程等措施，降低鑄件裂紋風(fēng)險(xiǎn)并有效提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。

高強(qiáng)鋼；粗清理工藝；裂紋

中碳高強(qiáng)鋼鑄件因其具有高強(qiáng)度成為目前齒圈類產(chǎn)品首選的鋼種，是公司新研發(fā)的重點(diǎn)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品之一。該產(chǎn)品材料性能要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚大，因其高碳高強(qiáng)度，碳化物析出嚴(yán)重，生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生裂紋缺陷，增加了鑄件打箱、切割工序的操作難度。本文主要介紹了齒圈類產(chǎn)品的高溫打箱、冒口切割、熱處理等鑄件粗清理工藝及生產(chǎn)流程控制，有效降低鑄件開裂風(fēng)險(xiǎn)。

1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

鑄件尺寸φ6 062 m m×500 m m，凈重8.5 t，整套鑄件分為2件，總重量達(dá)17 t.該材料碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求0.30%～0.35%，碳當(dāng)量0.91，化學(xué)成分及力學(xué)性能要求見表1和表2.

表1 化學(xué)成分

表2 力學(xué)性能

2 齒圈裂紋特征及原因分析

鑄件在打箱后和粗加工前發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，主要位于連接筋與齒根薄厚相接處和冒口根部區(qū)域，呈連續(xù)性、多方向散射網(wǎng)狀，略帶氧化，如圖1所示。

圖1 裂紋缺陷形狀

當(dāng)鑄件在冷卻過程中收縮受到阻礙，產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力超過了合金材料的強(qiáng)度極限，就會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。而鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生主要與鑄件結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、補(bǔ)縮條件、開箱溫度等相關(guān)[1]。冷裂常出現(xiàn)在鑄件表面，其形狀為連續(xù)的直線或圓滑曲線，斷口比較光潔，略帶氧化色，是一種穿晶粒性裂紋。

溫裂是裂紋中較特殊的一類，低于合金材料實(shí)際固相線溫度至裂口裂壁被滲入的空氣氧化，但不呈現(xiàn)明顯氧化色這一溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的裂紋即為溫裂。溫裂分為縮裂、熱處理裂紋和氣割裂紋，主要以氣割裂紋為主。

結(jié)合鑄件生產(chǎn)過程和裂紋形態(tài)分析，一方面存在鑄件打箱溫度過低、溫差過大導(dǎo)致鑄造應(yīng)力增大產(chǎn)生冷裂；另一方面該材料碳當(dāng)量較高，碳化物析出嚴(yán)重，氣割過程中若氣割溫度過低易導(dǎo)致氣割裂紋，氣割裂紋主要存在于冒口等切割區(qū)域。

3 改進(jìn)措施

3.1 打箱工藝優(yōu)化

通過參考類似材料20Ni M oCr6的CCT曲線進(jìn)行分析，該類材料在415℃時(shí)鐵素體和珠光體相變基本轉(zhuǎn)變完成，另結(jié)合鑄件的熱應(yīng)力考慮，打箱溫度越高鑄件降溫速度越快，降溫速度越快則鑄件熱應(yīng)力明顯增大，極易發(fā)生鑄件開裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此，綜合考慮鑄件的相變應(yīng)力和熱應(yīng)力，將鑄件打箱溫度控制在370℃～400℃.

通過使用M agm a軟件進(jìn)行冷卻模擬和曲線修正，理論上計(jì)算鑄件在澆注后64 h時(shí)冒口頸溫度降至600℃，具體冷卻模擬曲線見圖2.結(jié)合理論模擬冷卻時(shí)間，鑄件實(shí)際澆注后64小時(shí)時(shí)開始對(duì)砂型內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，使用熱電偶測(cè)溫法進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)熱電偶測(cè)量溫度在400℃～450℃時(shí)開始進(jìn)行逐層打箱，清理砂塊，保證高溫打箱工作順利實(shí)施。鑄件采取高溫打箱、落砂、冒口切割一體化流程，避免鑄件在低溫區(qū)降溫過快導(dǎo)致鑄造應(yīng)力過大。

3.2 冒口切割工藝改進(jìn)

圖2 冷卻模擬曲線

鑄鋼件的澆道、冒口均采用氣體火焰切割方式去除，經(jīng)氣割的鑄件斷面，如果從其燃點(diǎn)冷卻下來的冷卻速度過快易導(dǎo)致過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變而有劇烈的相變膨脹，從而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，極易導(dǎo)致氣割裂紋產(chǎn)生。因此鑄件氣割前必須進(jìn)行充分預(yù)熱，避免切割過程中冷速過快導(dǎo)致表面裂紋缺陷產(chǎn)生，預(yù)熱溫度主要根據(jù)鑄件材質(zhì)、碳當(dāng)量、結(jié)構(gòu)等綜合進(jìn)行判定。

為了避免此類裂紋的產(chǎn)生，重點(diǎn)從鑄件切割溫度和切割順序方面進(jìn)行改進(jìn)。鑄件打箱后立即轉(zhuǎn)至冒口切割區(qū)域進(jìn)行天然氣預(yù)熱保溫，為了避免冒口切割后冷卻速度過快導(dǎo)致裂紋缺陷的產(chǎn)生，因此必須保證鑄件的預(yù)熱溫度。此類產(chǎn)品屬中碳高強(qiáng)鋼產(chǎn)品，碳當(dāng)量達(dá)到0.91，碳當(dāng)量越高，預(yù)熱溫度也需要相應(yīng)提高，因此鑄件切割前預(yù)熱溫度要求大于260℃，然后采用割炬進(jìn)行熱切割。為了避免鑄件降溫過快導(dǎo)致切割產(chǎn)生裂紋，切割時(shí)首先切割澆道、補(bǔ)貼，然后切割冒口，冒口及澆道根部殘余留量要求均控制在20 m m以內(nèi)，切割完成后鑄件整體溫度控制在204℃以上。

鑄件冒口切割完成后立即進(jìn)行高溫退火，退火過程中需嚴(yán)格控制升降溫速度。高溫退火后鑄件可進(jìn)行粗清理，粗清理過程使用碳弧氣刨方法將冒口切割和澆道根部殘留去除，鑄件預(yù)熱溫度保持在204℃以上。

3.3 增加消應(yīng)力熱處理

鑄件粗清理后立即轉(zhuǎn)至熱處理爐進(jìn)行消應(yīng)力處理，消除鑄件的殘余應(yīng)力。為了保證鑄件質(zhì)量，要求保溫溫度530℃~580℃，升降溫速度40℃/h~80℃/h，可以避免升降溫過快導(dǎo)致鑄件開裂。

4 結(jié) 論

1）結(jié)合高強(qiáng)鋼材料特性，對(duì)該高強(qiáng)鋼鑄件高溫打箱、冒口切割流程一體化設(shè)計(jì)，有效避免鑄件冷裂紋產(chǎn)生，為后序生產(chǎn)提供產(chǎn)品質(zhì)量保證。

2）高強(qiáng)鋼鑄件碳當(dāng)量高、易裂，熱切割過程中務(wù)必保證鑄件切割溫度符合工藝要求，有效避免裂紋缺陷。

按照改進(jìn)后生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)操作執(zhí)行，裂紋缺陷得到有效控制，裂紋缺陷返修率降至0.3%，改進(jìn)效果良好。

［1］ 馬紅濤，高翔.中速柴油機(jī)機(jī)體鑄造裂紋的原因分析及防止措施［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2015（1）：16-17.

Improvement of Crack Defects of High-strength Steel Gear Ring Casting

XU Feng，LEI Yong-hong
（Kocel Steel Foundry CO.，LTD.，Yinchuan Ningxia 750021，China）

Aiming at the problem of surface crack defects in high-strength steel ring castings，the rough cleaning technology of shaking out and riser cutting is analyzed and improved.The product technology was optimized and the production process and other comprehensive measures were adjusted to reduce the risk of casting crack and effectively improve production efficiency and save production costs.

high-strength steel，the rough cleaning technology，crack

TG245

A

1674-6694（2017）04-0037-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.04.013

2017-05-09

徐峰（1988-），男，助理工程師，學(xué)士，主要從事鑄鋼件預(yù)清理生產(chǎn)過程管理與控制方面工作。