陳小華，查明暉，封雪平，鮑 飛

（南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

隨著球鐵件表面磁粉探傷要求和磁粉探傷檢測靈敏度的提高，一些對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等性能有較高要求的球鐵件，經(jīng)常因磁粉探傷不合格出現(xiàn)批量報(bào)廢的情況[1]。

磁粉探傷時(shí)磁痕超標(biāo)缺陷主要為夾渣，形成夾渣的原因不同，夾渣的類型和反映出的形態(tài)也就不同。從形態(tài)上看，有團(tuán)塊狀的；有分散性裂紋狀的[2-3]。形態(tài)不一樣，說明其類型和形成的原因都不一樣，相對(duì)應(yīng)的解決辦法也就不一樣。筆者在一鑄件試制過程中發(fā)現(xiàn)了一種呈圓周型的磁痕超標(biāo)缺陷。經(jīng)分析此缺陷為氣渣隔缺陷[4]。本文詳細(xì)介紹了氣渣隔缺陷的性質(zhì)特征，并提出了氣渣隔缺陷的形成原因和機(jī)理，這對(duì)預(yù)防和解決這類缺陷具有積極意義。

1 缺陷特征

氣渣隔缺陷常常出現(xiàn)在鑄件上型的大平面上。鑄件落砂后，氣渣隔缺陷處涂料層隨同砂塊剝落，缺陷處表面光亮無粘砂（見圖1），與鑄件其他無缺陷的表面存在明顯的區(qū)別。在鑄件熱處理拋丸后，氣渣隔缺陷的表面和其他無缺陷的表面無明顯區(qū)別，肉眼無法直接發(fā)現(xiàn)。磁粉探傷時(shí)，在氣渣隔表面存在圓周型的磁痕聚積，如圖2.對(duì)氣渣隔缺陷進(jìn)行輕微的打磨后，可見氣渣隔內(nèi)部為圓周型的不熔合的溝壑，溝壑深度較淺（見圖5）.沿著氣渣隔缺陷縱向解剖，將縱向切片分別做金相分析和濕法磁粉探傷。圖3為氣渣隔缺陷縱向切片濕法磁粉探傷照片，鑄件平面上氣渣隔處磁粉聚積清晰可見，而氣渣隔缺陷縱向卻無磁粉聚積。圖4為氣渣隔缺陷縱向切片金相分析照片，從照片可知，氣渣隔缺陷縱向石墨球化較好，組織致密正常，只是在表面發(fā)現(xiàn)一處25.01 μm的不熔合缺陷。對(duì)不熔合缺陷分別進(jìn)行電鏡檢測和能譜分析，如圖6為電鏡照片，電鏡照片中存在比較明顯的不熔合缺陷，而且在不熔合處有較多的夾渣，能譜分析顯示夾渣主要為金屬氧化物，為二次氧化夾渣。

圖1 氣渣隔表面光亮無砂

圖2 氣渣隔磁粉探傷表面形貌

圖3 氣渣隔磁粉探傷斷面形貌

圖4 斷面金相

圖5 氣渣隔打磨后形成的溝壑

圖6 氣渣隔處電鏡照片

綜上所述，氣渣隔缺陷具有以下特征：①此類缺陷常常出現(xiàn)在鑄件上型的大平面上；②落砂時(shí)，缺陷表面呈光亮氧化色無粘砂，與鑄件其他無缺陷的表面存在明顯區(qū)別；③拋丸后，一般情況下氣渣隔缺陷的表面和其他無缺陷的表面無明顯區(qū)別，肉眼無法直接發(fā)現(xiàn)；④磁粉探傷時(shí)，缺陷表面存在圓周型的磁痕聚積；⑤打磨后，缺陷形貌為圓周型不熔合的淺溝，溝壁常常附著一定的二次氧化夾渣。

2 產(chǎn)生原因及機(jī)理

為了找出產(chǎn)生氣渣隔缺陷的原因，首先利用Magma軟件對(duì)缺陷鑄件的充型過程進(jìn)行了模擬，如圖7為充型78%時(shí)情況，從充型情況可知，鐵液從三道內(nèi)澆口進(jìn)入型腔，進(jìn)入型腔時(shí)鐵液對(duì)沖，在鑄型上型的大平面上交匯，此時(shí)鐵水易卷氣氧化，且溫度較低，鑄型上型的大平面上卷入的氣體和砂型中未排出氣體形成了一個(gè)密閉的氣腔，密閉氣腔中的氣體無法及時(shí)排出，所以形成了氣隔缺陷。由于氣泡的表面吸附作用，在澆注的過程中，鐵液中的二次氧化夾渣容易吸附在氣泡的壁上，所以一般氣隔缺陷的表面往往存在二次氧化夾渣缺陷。氣隔缺陷一般不單獨(dú)存在，在鑄件表面主要是以氣渣隔的形態(tài)存在。

圖7 MAGMA模擬鑄件充型情況（溫度場）

根據(jù)氣渣隔形成原因的分析可以探索出其形成機(jī)理，形成機(jī)理演示圖如圖8，由于鑄造工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)，鐵液充型過程中有對(duì)沖卷氣現(xiàn)象，或者充型中有交匯現(xiàn)象，使得型腔中的氣體不能完全排出，在鑄型上型大平面上形成了一個(gè)密閉的氣腔，密閉氣腔四周鐵液溫度較低，充型中生成的二次氧化夾渣吸附在氣腔壁上。如密閉氣腔壓力較大且砂型的透氣性較差，則鑄件凝固時(shí)，密閉的氣腔最終在鑄件表面形成氣孔缺陷；如密閉氣腔壓力較小或者砂型具有一定的透氣性，但氣腔四周的溫度較低，在澆注后期，氣腔上升并被壓縮成一層氣膜，最終在鑄件上型大平面上形成一種圓周型較淺溝壑狀的氣渣隔缺陷。由于氣膜的阻隔作用，所以鑄件落砂時(shí)氣渣隔缺陷的表面往往光亮無粘砂，與鑄件其他無缺陷的表面存在明顯區(qū)別。

圖8 氣渣隔形成機(jī)理

3 解決和預(yù)防措施

為了解決這一鑄造缺陷，曾試圖通過在出現(xiàn)氣渣隔缺陷的砂型處增加溢流冒口，加強(qiáng)此處的排氣，但澆注出的鑄件中仍有一定比例存在氣渣隔缺陷。這主要是因?yàn)槌湫偷酱颂幍蔫F液溫度已偏低，鐵液填充冒口后便使其失去排氣能力，而氣腔中的氣體不能完全排出；同時(shí)，由于澆注速度上的波動(dòng)，上箱大平面卷氣不可能總是出現(xiàn)在同一位置，如溢流冒口位置的稍有偏差，排氣效果也將大打折扣。因此增加溢流冒口并沒能完全消除氣渣隔缺陷。

最終通過改變澆注工藝，保證鐵液進(jìn)入型腔后不對(duì)沖，氣體能夠順暢的從出氣冒口排出，徹底解決了鑄件氣渣隔缺陷。

從上述的氣渣隔產(chǎn)生原因及機(jī)理分析可見，解決和預(yù)防該缺陷必須從以下幾個(gè)方面來著手：

1）在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮澆注系統(tǒng)的引入方式，盡量避免鐵液對(duì)沖，避免鐵液合流在大平面處，尤其是薄壁區(qū)大平面，充型過程要保證順暢；適當(dāng)增大澆注系統(tǒng)的截面積，防止鐵液流動(dòng)前沿溫降較大；適當(dāng)提高澆注溫度及澆注速度；

2）減少型砂發(fā)氣量，增大型砂透氣性。灼減量應(yīng)控制在4%以內(nèi)；在保證砂型強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡量降低樹脂加入量；嚴(yán)格控制粉塵含量，厚大鑄件易采用較粗原砂；

3）多增加一些出氣片或排氣冒口，加強(qiáng)型腔排氣；澆注時(shí)應(yīng)快澆，澆注的同時(shí)一定要做好引氣工作；

4）當(dāng)有鑄件大平面（特別是薄壁平面）位于上型時(shí)，可適當(dāng)增加些抗拉筋，或?qū)㈣T型傾斜一定的角度澆注。

［1］王祥和.降低6160系列柴油機(jī)球鐵曲軸夾渣的措施［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2000（1）：57-58.

［2］徐建林.球鐵件夾渣缺陷形成的影響因素分析［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2003，26（2）：19-22.

［3］陳國楨，肖柯則，姜不居.鑄件缺陷和對(duì)策［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：41-47.

［4］王敏.樹脂自硬砂鑄造“氣渣坑”、“氣渣隔”缺陷與防止［J］.鑄造技術(shù)，2002（3）：172.