■ 袁 彬，靳 寶，張博嵐，呂規(guī)劃，王珊珊

高合金耐熱鋼排氣歧管具備高的高溫強(qiáng)度（耐熱溫度在1000℃左右），以及較好的抗熱蠕變性、抗氧化性、耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性，是其他傳統(tǒng)的鐵素體球墨鑄鐵和高硅鉬球墨鑄鐵所不能比的。但這種材質(zhì)的鑄件存在局限性：①流動(dòng)性差，易氧化。②體收縮大，力求順序凝固，冒口尺寸要比其他材質(zhì)的鑄件大。③線收縮大，易產(chǎn)生熱裂。④鋼液溫度高，易產(chǎn)生熱粘砂。本文從排氣歧管的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)性能特點(diǎn)和鑄造過(guò)程中存在的缺陷及解決方案等方面進(jìn)行論述。

1. 鑄件結(jié)構(gòu)及理化性能

此鑄件在我們目前所生產(chǎn)的鑄鋼排氣歧管中屬于比較大的鑄鋼件，鑄件外觀如圖1所示，該鑄件重7.2kg，輪廓尺寸450mm×220mm×140mm，壁厚要求4+1+0.5mm；材質(zhì)CX40CrNiSi25-12（牌號(hào)QTANi35Si5Cr2，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T26648—2011），化學(xué)成分和性能要求見(jiàn)表1、表2。

圖1 鑄件三維模型

表1 QTANi35Si5Cr2化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 鑄件室溫力學(xué)性能

2. 鑄造工藝設(shè)計(jì)

（1）澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì) 我們?cè)谠O(shè)計(jì)工藝時(shí)考慮：①使用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，加快充型，防止氧化。②在有孤立熱節(jié)的部位使用保溫冒口，提高補(bǔ)縮能力和鑄件工藝出品率。③鑄造線收縮大，收縮率取2%。此鑄件采用中間分型，一型一件，鑄件壁厚按4.5mm設(shè)計(jì)，具體鑄造工藝如圖2所示。圖2中，直澆道1直徑為35mm，陶瓷過(guò)濾器2尺寸為φ50mm×22mm，橫澆道3尺寸為20mm×30mm，內(nèi)澆道4尺寸為30mm×14mm，發(fā)熱保溫冒口5、7 型號(hào)分別為FM100—A60/90、FM100—40/70 ，普通冒口6、8尺寸分別為φ46mm×80mm、φ60mm×70mm。用ProCast對(duì)鑄造工藝進(jìn)行模擬分析，如圖3所示。從圖3a中我們看到，在充型時(shí)陶瓷過(guò)濾器和內(nèi)澆道都很好地起到了平穩(wěn)流速和避渣作用，圖3b模擬鑄件無(wú)縮松。

（2）生產(chǎn)條件 熱芯盒制芯機(jī)制芯，氣道芯使用高強(qiáng)度覆膜砂，殼芯使用退讓性比較好的覆膜砂，為防止鑄件粘砂造成外觀質(zhì)量差，氣道芯沾涂料、殼芯噴涂料烘干后組合好放到負(fù)壓線上；用1t/h應(yīng)達(dá)中頻感應(yīng)電爐熔煉；0.5t鑄鋼包處理，澆鑄機(jī)澆注。

3. 鑄件存在的夾渣缺陷及原因查找

（1）夾渣缺陷位置 鑄件拋丸后，在管壁上出現(xiàn)夾渣缺陷，具體位置如圖4所示。

（2）缺陷產(chǎn)生的原因 結(jié)合ProCast的模擬分析，我們發(fā)現(xiàn)夾渣主要集中在鋼液從每個(gè)內(nèi)澆口進(jìn)入管壁后的交匯部位（見(jiàn)圖5），我們?cè)噲D采用加強(qiáng)熔煉工藝控制，使用比較純凈的棒料，以及把澆注系統(tǒng)由開(kāi)放式澆注系統(tǒng)改為避渣效果更好的半封閉式澆注系統(tǒng)等措施，但改善效果不明顯。我們分析可能是殼芯上噴的涂料在鋼液的沖刷下剝落形成了夾渣，然后我們把殼芯用砂改為陶瓷覆膜砂（又稱(chēng)寶珠砂，其與原先用的覆膜砂指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3），免噴涂料，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，夾渣缺陷消除，生產(chǎn)的鑄件外觀情況如圖6所示。

圖2 鑄造工藝

圖3 模擬分析

圖4 夾渣缺陷部位

圖5 夾渣部位與模擬分析對(duì)照

我們找到鑄件產(chǎn)生夾渣的原因是殼芯噴涂料后在鋼液的沖刷下剝落形成了夾渣，使用陶瓷覆膜砂可以解決此問(wèn)題，但陶瓷覆膜砂價(jià)格昂貴，是普通鑄鋼殼芯用覆膜砂價(jià)格的4倍左右。如果批量生產(chǎn)，成本很高，要解決夾渣問(wèn)題還要從改變澆注系統(tǒng)入手。

4. 澆注系統(tǒng)改進(jìn)及驗(yàn)證

如果能把每個(gè)內(nèi)澆口進(jìn)入管壁后交匯處的鋼液引入到冒口內(nèi)，夾渣問(wèn)題就能解決，但我們?cè)谠O(shè)計(jì)和模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)如果從進(jìn)氣法蘭處進(jìn)火很難把交匯處的鋼液引入到冒口內(nèi)。我們考慮從管壁進(jìn)火，把在鑄件內(nèi)交匯的鋼液引入到進(jìn)氣法蘭的冒口內(nèi)，具體更改工藝如圖7所示，A部位為直澆道，也當(dāng)冒口用，在分型面處放置φ50×22mm的陶瓷過(guò)濾器；B部位在橫澆道末端，相當(dāng)于集渣包，在此部位開(kāi)小于管壁壁厚（約3.5mm）的進(jìn)火頸；C部位是橫澆道阻流避渣后直接進(jìn)入到出氣法蘭的冒口內(nèi)。

通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)改進(jìn)后，還使用原來(lái)的鑄鋼殼芯用覆膜砂，殼芯噴涂料，生產(chǎn)的鑄件無(wú)夾渣，鑄件外觀情況如圖8所示。

圖6 鑄件外觀無(wú)缺陷

表3 兩種鑄鋼殼芯用覆膜砂指標(biāo)對(duì)比

圖7 更改澆注系統(tǒng)

圖8 鑄件無(wú)夾渣

5. 結(jié)語(yǔ)

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁鑄鋼件重量大于5 kg，我們?cè)谠O(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)就要考慮如果使用噴涂料的殼芯，涂料就會(huì)有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）使用新型原材料如棒料、發(fā)熱保溫冒口、陶瓷覆膜砂等能夠提高鑄件的外觀質(zhì)量和鑄件出品率，特別是使用陶瓷覆膜砂能大幅改善鑄件的外觀質(zhì)量。

（3）在設(shè)計(jì)鑄鋼件澆注系統(tǒng)時(shí)如何能夠把進(jìn)入鑄件后交匯處的鋼液引入到冒口內(nèi)，成為解決鑄件夾渣缺陷的首要考慮要素。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李魁盛，侯福生. 鑄造工藝學(xué)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

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