商崇元，焦燕妍，李 飛

（廣西玉柴機(jī)器配件制造有限公司，廣西玉林 537005）

差速器殼是汽車零部件中的一個(gè)關(guān)鍵零件，要求其強(qiáng)度高、延伸率大，所以在國(guó)產(chǎn)化之前國(guó)內(nèi)汽車廠完全靠進(jìn)口滿足裝車需求。隨著近年來(lái)汽車市場(chǎng)的火爆，國(guó)外進(jìn)口已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)汽車廠商的需求，而且進(jìn)口成本非常高，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)汽車廠的產(chǎn)品升級(jí)和發(fā)展進(jìn)度，因此關(guān)鍵零部件國(guó)產(chǎn)化成了國(guó)內(nèi)汽車零部件制造商的當(dāng)務(wù)之急。

公司受合作客戶委托開(kāi)發(fā)的某國(guó)產(chǎn)化高強(qiáng)度、高延伸率汽車差速器殼，材質(zhì)要求QT880-5。在國(guó)內(nèi)差速殼生產(chǎn)廠商中，很少能做到QT880-5材質(zhì)，大多以QT450-10、QT600-10 為主，但在意大利等歐洲汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)技術(shù)較為成熟。為獲得較高的性能，技術(shù)人員充分利用成熟且獲得獨(dú)立專利的QT800-6 為技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，深度挖掘鐵型覆砂鑄造工藝，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和拓展，一舉生產(chǎn)出性能完全滿足客戶要求的產(chǎn)品。但是在性能取得成功的同時(shí)，鑄件的外觀質(zhì)量相對(duì)進(jìn)口件來(lái)說(shuō)較差，表面質(zhì)量非常不穩(wěn)定，而且有可能影響到產(chǎn)品的可靠性，生產(chǎn)成本代價(jià)過(guò)高，同時(shí)也受到下級(jí)客戶的抱怨和不滿。

1 現(xiàn)狀

該汽車差速器殼單件重量約5.6kg，按照一箱12 件鐵型覆砂工藝生產(chǎn)布局，每箱需鐵水約110kg，開(kāi)發(fā)以來(lái)廢品率基本都維持在20%左右，一直未得到改善。零件拋丸后缺陷主要呈孔洞狀（圖1），大小不一，靠近內(nèi)澆口成片分布，由氣孔和渣眼組成，分布位置相對(duì)固定。

圖1 渣氣孔鑄造缺陷

2 原因分析

在產(chǎn)品不良識(shí)別中，識(shí)別出來(lái)的不良缺陷較多，抓住問(wèn)題重點(diǎn)，制定有效的措施才是關(guān)鍵。根據(jù)挑選數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，渣氣孔占比80%～90%，成為問(wèn)題攻克的關(guān)鍵點(diǎn)；渣氣孔位置分布固定，類似于多年前不經(jīng)意間改善的某軸承蓋的缺陷，初步判定主導(dǎo)缺陷為渣氣孔。

雜質(zhì)的來(lái)源比較多，如爐料、合金材料、中頻爐及澆注包的耐火材料等。經(jīng)過(guò)研究對(duì)比，同樣一包鐵水澆注不同大小的產(chǎn)品，產(chǎn)品外觀質(zhì)量截然不同，這個(gè)結(jié)果讓解決差速殼夾渣方案和思路更加清晰。產(chǎn)品的大小預(yù)示著鑄件澆注降溫的快慢，鑄件越小預(yù)示著鐵水降溫凝固越快，澆注后期，隨著鐵水溫度降低，鐵水中的氧、硫、氮等元素溶解度降低，達(dá)到飽和析出，以低熔點(diǎn)共晶或化合物形式殘留在鑄件中[1]。孕育劑和合金添加是球墨鑄鐵鐵水處理的必要手段，為確保獲得更好的強(qiáng)度、硬度和延伸率，長(zhǎng)久以來(lái)，企業(yè)在高牌號(hào)球墨鑄鐵生產(chǎn)上大多使用含Al、Ca、Ba 元素的抗衰退孕育劑替代傳統(tǒng)的75#硅鐵孕育，一直比較成功，但Al、Ca、Ba 這些元素與氧元素具有較強(qiáng)的親和力，很容易形成非金屬氧化夾雜物[1]。特別是在進(jìn)入鑄型前的鐵水中的合金不能完全溶解或者析出[1]，與氧氣等形成的非金屬化合物夾渣風(fēng)險(xiǎn)極大，而Al、Ca、Ba 元素形成的非金屬氧化夾雜物絕大部分都是熔點(diǎn)超過(guò)2000℃，在鑄件上形成硬質(zhì)點(diǎn)或渣點(diǎn)，造成鑄件硬度不均勻，加工性能下降，同時(shí)導(dǎo)致鑄件應(yīng)力集中或應(yīng)力變大，對(duì)鑄件的力學(xué)性能影響較大。

氣孔氣體的來(lái)源比較多，我們結(jié)合企業(yè)自身產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)覆蓋面大、結(jié)構(gòu)特性覆蓋寬等因素，主要考慮到二次孕育劑回潮，砂芯和鑄型吸潮都會(huì)導(dǎo)致高溫發(fā)氣氣體產(chǎn)生的機(jī)率加大。澆注后期，隨著鐵水溫度的降低，氣體在鐵水中的溶解降低，產(chǎn)生析出性氣孔。

通過(guò)以上分析認(rèn)為：這種差速殼屬于薄壁小件（6.5kg），鐵型覆砂工藝的冷卻快的特點(diǎn)，加上二次孕育使用了含Al、Ca、Ba 元素的抗衰退孕育劑，孕育劑中的Al、Ca、Ba 等元素析出或者未溶解形成氧化物的可能性比較大。

3 整改方案

（1）嚴(yán)格控制材料的倉(cāng)庫(kù)管理和使用管理，改變以往孕育劑開(kāi)包即用，開(kāi)一次用多天的方法，降低回潮和直接使用潮濕材料的風(fēng)險(xiǎn)。增加了原材料的進(jìn)貨把關(guān)和使用把關(guān)，加裝防水、防潮措施，包括包裝、貯存密封，使用前加熱至50～100℃并保溫半小時(shí)以上除潮。

（2）嚴(yán)格使用低發(fā)氣量覆膜砂，改變以前一次性大批量生產(chǎn)，砂芯提前貯存長(zhǎng)時(shí)間等待排產(chǎn)的現(xiàn)狀?？刂粕靶举A存周期，將砂芯的使用周期縮短到72 小時(shí)。

（3）嚴(yán)格控制鐵水等待時(shí)間，減少鐵水對(duì)有害氣體的吸收。

（4）一次孕育繼續(xù)使用3～8mm 含Al、Ca、Ba元素的抗衰退孕育劑裝包球化。

（5）綜合考慮二次孕育劑中Al、Ca、Ba 元素的活性，減少這些元素對(duì)渣氣孔的影響[3]，二次孕育劑由0.2～0.8mm 含Al、Ca、Ba 元素的抗衰退孕育劑調(diào)整為自制過(guò)篩備用的0.5～1mm 的75# 硅鐵粉。硅鐵粉經(jīng)過(guò)50～100℃充分加熱烘烤，保溫30min 左右冷卻備用，加入量與之前隨流孕育用的抗衰退孕育劑加入量相同。

（6）考慮到零件為薄壁件，且外觀要求極高，為讓孕育劑獲得充分的溶解，改澆注隨流孕育為球化后轉(zhuǎn)包孕育澆注。

（7）產(chǎn)品不存在高溫?zé)Y(jié)粘砂問(wèn)題，澆注溫度適當(dāng)調(diào)整，由1400～1440℃調(diào)整為1420～1440℃。

（8）充分利用鐵型覆砂工藝的冷卻特點(diǎn)，將衰退的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防控制在澆注前鐵水的控制，鐵水的澆注期嚴(yán)格控制在6min 內(nèi)。

4 驗(yàn)證效果

根據(jù)以上整改方案完成樣件和小批共20 包120 箱，共澆注1433 件（7 個(gè)廢鑄型）。為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)整改成效，清理后由原負(fù)責(zé)半成品和毛坯挑選負(fù)責(zé)人挑選，并通過(guò)加工確認(rèn)的方式得到反饋單位確認(rèn)。從整改情況看，原來(lái)存在的渣氣孔基本消失，產(chǎn)品外觀質(zhì)量大幅提升（如圖2），不良率由原來(lái)的21.05%下降到整改后的4.85%，達(dá)到改進(jìn)目的。

整改后產(chǎn)品金相檢驗(yàn)及性能檢驗(yàn)結(jié)果表1 所示。

表1 產(chǎn)品金相檢驗(yàn)及性能檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 產(chǎn)品改善后外觀

經(jīng)過(guò)整改前后產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)對(duì)比，改進(jìn)后產(chǎn)品強(qiáng)度略有下降，硬度和延伸率變化不大，滿足整改需要。產(chǎn)品金相檢驗(yàn)正常，鑄件沒(méi)有出現(xiàn)冷硬質(zhì)點(diǎn)，加工特性沒(méi)有明顯改變，說(shuō)明工藝改進(jìn)后鐵水沒(méi)有出現(xiàn)衰退和碳化物偏析。