紀(jì)漢成，葛修亞

（溧陽市聯(lián)華機(jī)械制造有限公司，江蘇常州 213354）

渦輪殼是汽車渦輪增壓器中重要零部件，因其與發(fā)動機(jī)排氣管相連接，直接接受從發(fā)動機(jī)中排出的高溫廢氣，所以其工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，工作溫度達(dá)到900℃以上，因此對渦輪殼的質(zhì)量要求高，鑄件可靠性要求高，安全性能要求高，不允許有任何鑄造缺陷，鑄件要進(jìn)行PT、R T檢測。

1 渦輪殼結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

高鎳球鐵渦輪殼鑄件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，呈單、雙流道三維曲面流線結(jié)構(gòu)，如圖1所示。鑄件材質(zhì)牌號為D5S，凈重68kg，最大輪廓尺寸450mm×380mm×180 mm，主要壁厚為10 mm，最大壁厚為40 mm.

鑄件要求的化學(xué)成分、力學(xué)性能如表1、表2所示。鑄件需要經(jīng)過高溫退火熱處理。

渦輪殼鑄件基體組織：奧氏體+少量碳化物+球狀石墨；石墨類型：球狀；石墨大?。?級～6級；球化率≥80%.

表1 渦輪殼鑄件的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2 渦輪殼鑄件的力學(xué)性能

2 原生產(chǎn)工藝及存在問題

2.1 造型工藝

采用一模兩件呋喃樹脂砂造型，中注分散扁澆口澆注工藝，采用半封閉式澆注系統(tǒng)，澆道截面積比為F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.2∶1.0，直澆道截面尺寸為φ60 mm，橫澆道截面尺寸為35/40 mm×45 mm，內(nèi)澆道50 mm×5 mm6道，60 mm×5 mm2道。設(shè)φ80/φ90 mm×l35 mm側(cè)邊澆冒口2個，頂發(fā)熱保溫冒口φ80 mm×l35 mm冒口2個，φ20×l35 mm出氣口4個。放置2個75 mm×75 mm×20 mm的泡沫陶瓷過濾片，鑄件的下半鑄型采用覆膜砂半包殼下芯造型，流道芯由高強(qiáng)度低發(fā)氣量的覆膜砂制芯而成。具體工藝方案如圖2所示。

圖1 渦輪殼鑄件結(jié)構(gòu)

圖2 渦輪殼鑄件原工藝裝配圖

2.2 熔煉工藝

原鐵液化學(xué)成分為：ω（C）1.8%～2.2%，ω（S i）3.7%～4.2%，ω（Mn）0.5%～0.7%，ω（Ni）35%～38%，ω（Cr）1.8%～2.2%，ω（P）≤0.06%，ω（S）≤0.03%.

選用高質(zhì)量的爐料，爐料中不能含有超標(biāo)的微量有害元素，如Pb、Ti、As等。由于高鎳球鐵中不允許含有能抵消微量有害元素影響的鈰（Ce）等稀土元素，故過量的Pb、Ti、As就會對石墨形態(tài)和性能產(chǎn)生很有害的影響。要求 ω（Pb）≤20×10-6，ω（Ti）≤20×10-6.采用高純生鐵和固定來源的純凈沖壓邊角廢鋼或打包廢鋼。高鎳球鐵中Ni以電解鎳形式在熔煉后期加入，Cr以65CrFe在鐵水過熱后期加入，Si以75SiFe加入。髙鎳球鐵的熔點較高，鐵水流動性較差，為保證足夠的澆注溫度，鐵水出爐前的過熱溫度需比一般球鐵高得多。

球化處理采用包內(nèi)凹坑沖入法。球化劑選用東豐無稀土硅鐵鎂球化劑和美林Ni-Mg合金相配合，總加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%～1.5%，其中Ni-Mg合金的比例占球化劑總量的20%～30%.預(yù)處理劑采用碳化硅，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.5%.孕育方式采用東豐中BaSi高效孕育劑覆蓋和倒包孕育，孕育劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%～0.7%，澆注時隨流0.3 mm～0.8 mm的東豐中BaSi孕育劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%.要求鐵水的出爐溫度≥1 620℃，鑄件的澆注溫度控制在1 480℃～1 530℃，澆注25 mm的單鑄試塊。

2.3 熱處理工藝

高鎳球鐵渦輪殼鑄件熱處理工藝：950℃保溫6 h出爐空冷。鑄件經(jīng)過熱處理，組織中碳化物由條塊狀轉(zhuǎn)變成粒狀，改善了鑄件的切削性能。

2.4 存在問題

采用呋喃樹脂砂中注分散扁澆口澆注系統(tǒng)，為保證鑄件內(nèi)陷質(zhì)量，需要2個側(cè)邊熱冒口，2個頂保溫冒口，鑄件所用澆注系統(tǒng)及補(bǔ)縮冒口重量較大，鑄件工藝出品率低至45%，生產(chǎn)成本較高。

采用呋喃樹脂砂造型生產(chǎn)，由于呋喃樹脂砂所用固化劑中S含量高，S容易滲入鑄件表層特別是鑄件底部使鑄件產(chǎn)生滲硫（反應(yīng)層）缺陷，為此，生產(chǎn)厚大高鎳球鐵渦輪殼時將下半型腔做成覆膜砂殼型預(yù)埋在砂型中，可有效防止鑄件產(chǎn)生滲硫缺陷，但也增加了生產(chǎn)成本。

3 工藝改進(jìn)及生產(chǎn)驗證

3.1 工藝改進(jìn)

采用水平疊箱垂直澆注及覆膜砂殼型背丸工藝，其造型制芯采用熱芯盒殼芯機(jī)制作，水平合箱，將3個殼型鑄型依次水平疊箱置于裝有鋼丸的砂箱內(nèi)垂直澆注。砂箱的內(nèi)廓尺寸長寬高為1 000 mm×600 mm×750 mm.采用頂側(cè)邊直澆道與冒口一體的澆注系統(tǒng)及澆口杯過濾澆注工藝。在渦輪殼的出氣口上下平面放置多塊冷鐵激冷。

采用直內(nèi)封閉式澆注系統(tǒng)，澆道截面比為F直∶F內(nèi)=2.7∶1，直澆道截面尺寸為φ60 mm，單道內(nèi)澆道，截面尺寸為25/35 mm×35 mm.澆口杯采用耐高溫鋁硅質(zhì)陶瓷澆口杯，其內(nèi)部尺寸為φ135 mm/φ70mm×l35mm，在澆口杯的下端放置φ70mm×20 mm的泡沫陶瓷過濾片。在澆口對面設(shè)置（下端40 mm×12 mm）/（上端 60 mm×25 mm）×（高度150 mm）排氣片一個。具體工藝方案如圖3所示。

圖3 渦輪殼鑄件改進(jìn)工藝裝配圖

3.2 生產(chǎn)驗證

采用殼型水平疊箱垂直澆注、頂側(cè)邊直澆道與冒口一體的澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)及澆口杯過濾澆注工藝，徹底消除了鑄件滲硫缺陷，補(bǔ)縮效率高，補(bǔ)縮壓力大，保證了鑄件內(nèi)在質(zhì)量，提高了鑄件成品率，降低了鑄件成本，鑄件工藝出品率達(dá)到75%，鑄件的合格率達(dá)到97%以上。

在澆口杯的下端安裝有泡沫陶瓷過濾片，凈化了鐵液質(zhì)量，有效防止鑄件產(chǎn)生夾渣、氣孔缺陷，提高了鑄件質(zhì)量；同時澆注完畢后泡沫陶瓷過濾片自動上浮到澆口杯上口處，增加了直澆道及澆注系統(tǒng)的壓力，提高了鑄件的補(bǔ)縮能力。

將殼型鑄型依次水平疊箱預(yù)埋在裝有鋼丸的砂箱內(nèi)，增加了殼型鑄型的激冷能力，提高了鑄件的致密性。

4 結(jié)論

1）對厚大高鎳球鐵渦輪殼鑄造工藝進(jìn)行改進(jìn)，由呋喃樹脂砂生產(chǎn)改為水平疊箱垂直澆注及覆膜砂殼型背丸工藝生產(chǎn)，采用頂側(cè)邊直澆道與冒口一體的澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)及澆口杯過濾澆注工藝，成功地生產(chǎn)出合格鑄件，大大提高了鑄件綜合成品率，降低了生產(chǎn)成本。鑄件工藝出品率達(dá)75%，鑄件合格率達(dá)97%以上，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

2）對于厚大渦輪殼鑄件及尺寸和性能要求高的球鐵、灰鐵、鑄鋼件，建議也采用水平疊箱垂直澆注+殼型背丸+頂側(cè)邊直澆道與冒口一體的澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)及澆口杯過濾澆注工藝。