謝寨川，鄒榮劍（重慶大江工業(yè)集團鑄鍛公司，重慶 401321）

消除JL465Q缸體滲漏缺陷的措施

謝寨川，鄒榮劍（重慶大江工業(yè)集團鑄鍛公司，重慶 401321）

由于JL465Q缸體的型腔結(jié)構(gòu)復雜，熱節(jié)部位多，易造成滲漏缺陷，滲漏廢品率最高時達到了15%。通過從鑄造工藝、孕育處理、澆注溫度等幾方面對JL465Q缸體滲漏缺陷產(chǎn)生的原因進行分析，采取調(diào)整澆注溫度、孕育劑種類和孕育加入量，以及使用激冷涂料和SD－2NC高強度覆膜砂等措施，有效地解決了缸體的滲漏缺陷。

缸體；滲漏；澆注溫度；激冷涂料；覆膜砂

JL465Q發(fā)動機缸體是微型汽車發(fā)動機上最主要的零部件之一，最大輪廓尺寸為317mm×298mm×237mm，重量30kg，材質(zhì)為HT250。鑄件、砂芯結(jié)構(gòu)復雜，其型腔由13個砂芯組成；壁厚相差懸殊，鑄件最薄處為5mm，砂芯最薄處為6mm。分布多處的鑄件熱節(jié)容易造成縮松、晶粒粗大等缺陷；而鑄件薄壁處也極易形成冷隔、澆不足等缺陷；以及砂芯薄壁處在承受高溫金屬液體侵蝕沖刷時，容易產(chǎn)生漂移、砂芯斷裂等缺陷。所有這些缺陷都會不同程度地造成缸體滲漏，滲漏率最高時達到15%以上。

1 生產(chǎn)條件

熔煉設備為6t變頻感應電爐，造型方式為濕型砂氣沖造型生產(chǎn)線，生產(chǎn)方式為連續(xù)生產(chǎn)。生鐵采用硫磷含量較低的球墨生鐵，廢鋼為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，回爐料為同類產(chǎn)品回爐料，孕育劑為硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑，增碳劑為晶體石墨增碳劑，其它合金材料為硅鐵、錳鐵、錫錠、電解銅。

鐵液化學成分控制范圍（質(zhì)量分數(shù)）為：3.2% ～3.5%C、1.9% ～2.2%Si、0.7%～1.0%Mn、≤0.06%P、0.08%～0.15%S、0.3%～0.8%Cu、0.2%～0.5%Cr。

2 原生產(chǎn)工藝及質(zhì)量狀況

2.1 原工藝

我公司造型線砂箱尺寸較大，內(nèi)口尺寸為1200 mm×800mm×350/350mm。為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，在工藝設計時采用了一箱四件的工藝方案。

雖然底注式澆注系統(tǒng)沒有中注和階梯式澆注系統(tǒng)好，但底注式澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)[1]，而主機廠對缸體加工時的初定位基準是軸承座平面，為了確保加工后的尺寸穩(wěn)定性，同時我公司生產(chǎn)線為水平分型式,因此我們選用了底注式臥澆澆注系統(tǒng)，從下箱底面法蘭邊緣澆注，其模板布置圖如圖1。

2.2 存在的問題

465Q發(fā)動機缸體在批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)鑄件的滲漏,主要是由于漂芯——水道芯在高溫時斷裂發(fā)生移位，使得水道與回油道貫通造成的，見圖2，其次是由高壓油孔與水道之間的鑄造缺陷造成，見圖3。

表1 465Q缸體鑄造缺陷統(tǒng)計（%）

3 滲漏缺陷原因分析及解決措施

3.1 澆注溫度的影響

對于465Q發(fā)動機缸體這類結(jié)構(gòu)復雜、鑄件壁厚不均勻、最小壁厚只有5mm的鑄件，澆注溫度對產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。

3.1.1 原澆注工藝及滲漏情況

465Q發(fā)動機缸體原澆注工藝的澆注溫度為1430～1380℃，每包鐵液澆注6箱，澆注時間大于10 min。在這種澆注工藝下，由于澆注溫度較高，鑄件氣孔、砂眼等缺陷較少，但鑄件抬芯、滲漏缺陷較多。對此，對每包鐵液澆注的6箱產(chǎn)品分別進行編號，分析澆注溫度變化對滲漏缺陷的影響程度，統(tǒng)計結(jié)果如表2。

由表2可以看出，第1箱和第5箱滲漏率明顯高于第2箱、第3箱、第4箱，而第3箱滲漏率最低。說明澆注溫度對滲漏有明顯影響，過高、過低的澆注溫度都會明顯增加滲漏率。

表2 原澆注工藝滲漏情況

分析認為，原工藝設定澆注溫度最高值偏高，鑄件冷卻、凝固時間過長，造成晶粒得以自由長大造成晶粒粗大[5]。同時，過高的澆注溫度還會造成水套芯漂浮、斷裂，造成鑄件澆不足。根據(jù)多次測溫經(jīng)驗，鐵液在澆注過程中，澆包內(nèi)鐵液每分鐘降溫7～9℃，10 min的澆注時間最少可使鐵液降低70℃，那么第5箱的澆注溫度完全可能只有1360℃，該溫度遠遠低于工藝規(guī)定下限1380℃，過低的澆注溫度容易造成鑄件冷隔、澆不足等缺陷。

3.1.2 改進后澆注工藝及滲漏情況

根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，對澆注工藝進行了改進，澆注溫度由 1430～1380℃調(diào)整到 1415～1380℃，每包鐵液澆注箱數(shù)由6箱調(diào)整為4箱，這樣縮短每包鐵液的澆注時間，減少澆注過程中鐵液溫度的損失，使每箱的澆注溫度均在最佳澆注溫度范圍內(nèi)。澆注工藝改進后的滲漏情況統(tǒng)計如表3。通過表3可以看出，修改澆注工藝后，滲漏率明顯下降，而且各個箱次滲漏情況相當。

3.2 孕育劑的影響

為了了解不同孕育劑對滲漏的影響，我公司采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑兩種孕育劑進行對比試驗，并在不同孕育加入量情況下進行多次試驗，試驗結(jié)果見表4。孕育工藝采用的是包內(nèi)沖入法，采用不同的孕育劑進行孕育處理，但孕育處理的工藝是一樣的，因此采用鍶硅孕育劑和硅鈣孕育劑對滲漏的影響是一樣的。

結(jié)果表明，每種孕育劑的孕育量對滲漏問題都有一定影響。孕育劑量越大，滲漏傾向越大。同時，鍶硅孕育劑滲漏率明顯低于硅鈣孕育劑滲漏率。這是因為孕育劑加入量過大時，由于造成了過孕育而使共晶團數(shù)大量增加，反而加大了縮松傾向；而鍶硅孕育劑在明顯降低白口傾向的同時，并不過分細化共晶團，故而能減少孕育后鑄鐵產(chǎn)生縮松傾向[2，4]（見圖4、5）。因此，鍶硅孕育劑特別適用于發(fā)動機缸體缸蓋類薄壁鑄件，對消除白口及防止縮松是有效的。

表4 孕育劑加入量對滲漏的影響

采用鍶硅孕育劑進行孕育處理后的產(chǎn)品，力學性能和金相組織更好，完全滿足用戶質(zhì)量標準，鍶硅孕育劑和硅鈣孕育劑不同加入量情況下對力學性能、金相組織的影響如下：孕育劑加入量在0.25%～0.45%時的力學性能見表5；孕育劑加入量在0.25%～0.45%時的金相組織見圖6和圖7。通過以上對比試驗，可以看出，采用加入量為0.35%鍶硅孕育劑，其綜合性能最好。

表5 不同孕育量對力學性能、金相組織影響

3.3 激冷涂料的影響

原工藝砂芯涂料為浸涂水基石墨涂料,有利于防止鑄件表面粘砂，提高鑄件表面粗糙度。解剖465Q發(fā)動機缸體滲漏部分，發(fā)現(xiàn)80%以上滲漏件都是因為熱節(jié)處存在疏松、晶粒粗大造成的。為解決這一問題，進行了通過激冷涂料改善凝固過程的試驗。

3.3.1 鋯英粉涂料的試驗及效果

由于鋯英粉涂料具有較高的導熱性，試驗用鋯英粉涂料刷涂在鑄件熱節(jié)處，涂層厚度0.2～0.4mm，與石墨涂料對比（見表6），熱節(jié)較小的地方滲漏問題基本解決。

表6 涂料工藝對滲漏的影響

3.3.2 碲粉涂料的試驗及效果

465Q發(fā)動機缸體熱節(jié)多，大小不均，通過提高鐵液品質(zhì)和使用鋯英粉涂料等，都未能解決滲漏。

資料介紹[3]，碲粉涂料可以使靠近碲粉涂料涂層的鑄件表面產(chǎn)生很薄的一層激冷白口鐵，該激冷層組織致密，可有效地防止鑄件的縮松滲漏。碲促使鑄件表面形成白口層，其白口化作用的形成主要有：

（1）氣化過程。碲在與鐵液相接觸時，由于碲的升華而吸收大量的熱，造成鑄件表面過冷，改變鐵液的臨界冷卻率，加快鐵液的實際冷卻速度，加大結(jié)晶所需的過冷度，從而產(chǎn)生致密的白口組織。

（2）熔解過程。涂料中加入熔點較低（450℃）的碲粉，當涂層接觸澆注的金屬液時，涂層中的碲粉即呈熔融狀態(tài)，部分碲熔入鐵液表層中，由于碲是強烈反石墨化元素，從而阻礙了石墨的析出，促使鑄件表面產(chǎn)生白口層，防止組織縮松，這就是鑄件表面合金化的作用原理。

（3）安全性。碲粉涂料雖然是一種有毒物質(zhì)，但是我廠使用的碲粉涂料其碲含量較低，只有10%左右。另外，碲的有害性是在其燃燒后產(chǎn)生的燃燒物對人體有害。我廠在生產(chǎn)過程中，操作人員進行碲粉涂料的涂刷均是用排筆進行涂刷，人不直接接觸碲粉涂料。

試驗用醇基碲粉涂料刷涂在熱節(jié)處水套芯上，涂層厚度0.2～0.4mm，效果較好，滲漏情況見表6。

3.4 覆膜砂的影響

465Q發(fā)動機缸體水套和回油道之間壁厚為5 mm，而水套砂芯最薄處僅6mm，并且在鑄型中形成80mm長的懸臂芯，受四周高溫鐵液作用，容易漂移、斷裂，造成水套與回油道之間澆不足，鑄件產(chǎn)生滲漏。

原水套芯是采用熱芯盒覆膜砂制芯，牌號為DSD-2，性能指標如表7。

表7 DSD-2覆膜砂性能

常規(guī)檢測DSD-2覆膜砂性能指標，100%都合格，但是，水套芯漂移、斷裂問題始終不能解決，波動范圍在0～10%。分析認為，水套芯是在1380℃以上的高溫鐵液侵蝕、沖擊下工作，常規(guī)檢測無法真實反映水套芯在工作狀態(tài)下的承受能力，而且，我國至今仍沒有合適的檢測儀器和檢測方法來對高溫條件下的覆膜砂進行質(zhì)量控制。

幾年來，與覆膜砂生產(chǎn)廠共同研發(fā)出SD-2NC覆膜砂，用于生產(chǎn)水套砂芯，因水套芯漂移、斷裂造成的滲漏已穩(wěn)定控制在0.5%以下。為了確保覆膜砂質(zhì)量的穩(wěn)定性，工廠與覆膜砂生產(chǎn)廠簽定了因覆膜砂質(zhì)量問題造成的廢品進行賠償?shù)馁|(zhì)量保證協(xié)議。通過完善供應材料的質(zhì)量保證體系，有效地減少了滲漏缺陷。

4 結(jié)語

通過對465Q發(fā)動機缸體的工藝改進，有效地解決了滲漏缺陷。目前，我廠生產(chǎn)的465Q發(fā)動機缸體滲漏率控制在1%以下，大大降低了廢品損失，取得了顯著的效果。

（1）澆注溫度對465Q發(fā)動機缸體滲漏缺陷影響較大，過高或過低的澆注溫度都不適合澆注465Q發(fā)動機缸體，澆注溫度控制在1380～1415℃比較恰當。

（2）鍶硅孕育劑比硅鈣孕育劑更有利于解決465 Q發(fā)動機缸體滲漏缺陷。

（3）孕育量越大，滲漏傾向越大。

（4）合理選擇激冷涂料，有利于改善鐵液凝固過程，有利于解決滲漏缺陷。

（5）選擇合適的覆膜砂，利用質(zhì)量保證體系控制覆膜砂質(zhì)量是解決滲漏缺陷的有效途徑。

[1]劉文川，馬全.車用發(fā)動機氣缸體類鑄件的澆注工藝[J].鑄造技術(shù)，2001（6）:25-27.

[2]李榮德，于海明，丁暉，等.鑄鐵質(zhì)量及其控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，1998.

[3]吳世云.水基碲粉涂料在康明斯6BT缸體鑄件上的應用[J].造型材料，2002（3）：8-10.

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[5]林松波.鑄件的缺陷和防止方法[M].北京:機械工業(yè)出版社，1986.

Leakage Elimination of Model JL465Q Cylinder Block

XIE ZhaiChuan，ZOU RongJian
（Casting-Forging Co.Ltd.，Dajiang industrial Group，Chongqing 401321，China）

The cavity structure of Model JL465Q cylinder block is complex with many hot spots that leakage defects are apt to appear when it was machined hence the leakage rejection rate up to 15%.The casting technology，inoculation，pouring temperature have been analyzed before the pouring temperature，the inoculant type and the quantity have been adjusted，the use of chill coating and SD-2NC high strength pre-coated sand adopted then the leakage defects of cylinder block been canceled.

Cylinder block；Leakage；Pouring temperature；Chill coating；Pre-coated sand

TG245;

A；

1006－9658（2010）02－4

2009－11－03

2009－144

謝寨川（1966-），男，高工，主要從事鑄造生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量