（東風精密鑄造有限公司，湖北 武當山 442714）

排氣彎管為某型號發(fā)動機排氣系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，與其他部件采用焊接方式連接，要求材料具有一定的抗腐蝕性和焊接性，能承受500 ℃左右的高溫環(huán)境。鑄件內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，底孔與側(cè)孔互為角度，具有一定的空間性，尤其是底孔不加工，外徑尺寸和形狀必須精確，孔口變形將會直接影響總成的焊接效果，必要時可采用冷校正及檢具檢測來保證，要求材料具有良好的延伸性和韌性，故采用基體以面心立方晶體結(jié)構(gòu)的奧氏體組織（γ 相）為主的0Cr18Ni9 不銹鋼（304），其具有優(yōu)良的抗氧化抗腐蝕性能［1］，并且可焊性好，各種性能均滿足鑄件的工況需要。

鑄件整體壁厚3 mm，外形如圖1 所示，采用熔模精密鑄造，利用焙燒模殼的高溫特點減小鋼液與型殼的溫度差，盡可能保證薄壁成型。同時采用合理的澆注系統(tǒng)防止鑄件的疏松、澆不足和裂紋等缺陷。在外觀質(zhì)量上，采用特殊的制殼材料來提高型殼耐火度，以及中性爐襯材料減少鋼液反應(yīng)產(chǎn)生的夾雜物。在變形問題上，采用蠟?zāi)？卓谶B接筋及冷校正來進行鑄件的形狀控制。在清理修整問題上，采用不銹鋼丸拋丸處理及不銹鋼焊條修補孔洞缺陷?？紤]空心直徑60 mm 對鑄件制殼及脫殼的空間較大，因此可采用成本最低的尿素等可溶芯成型，也可通過粘接蠟片或模具組合活塊抽芯的方式制取蠟?zāi)?。考慮鑄件壁厚較薄，澆注系統(tǒng)采用頂注式一組四件，利用重力作用充型，同時便于渣氣孔上浮后缺陷集中于澆口棒上，保證鑄件表面質(zhì)量，澆注系統(tǒng)如圖2 所示。

圖1 鑄件結(jié)構(gòu)示意

圖2 澆注系統(tǒng)示意圖

1 蠟?zāi)Ｖ苽?/h2>

1.1 尿素芯成型

排氣彎管鑄件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由法蘭、側(cè)孔、底孔和螺紋凸臺等部分組成，內(nèi)腔全部為空心管道。制作手工模具灌注熔融尿素，注意熔化尿素的過程中添加少量冰糖可增加熔體的粘性，有效消除氣泡，待尿素凝固冷卻后開模取出尿素芯，用砂紙打磨去除表面殘屑，修補凸起、凹坑等缺陷，然后將尿素芯放入蠟?zāi)Ｄ＞咝颓恢?，確認無錯型后合模射蠟，利用尿素芯形成蠟?zāi)Ｕw中空結(jié)構(gòu)。蠟?zāi)Ｈ〕龊笙确湃霚厮欣鋮s，減少冷卻收縮過快受到尿素芯阻礙造成的蠟裂，待尿素芯全部融化后再將蠟?zāi)０凑２僮鞣湃肜渌欣鋮s，以提高其強度和表面硬度，整個過程如圖3 所示，操作完成后即可進行組樹。

圖3 尿素芯制模流程

1.2 蠟片粘接成型

為提高取模效率，排氣彎管蠟?zāi)Ｒ部稍O(shè)計為分片取模后粘接成型，替代傳統(tǒng)尿素芯，解決制模環(huán)保問題，消除手工制芯及取模后融化等耗時工序，實現(xiàn)薄壁不銹鋼中空管類產(chǎn)品高效取模，極大降低了尿素芯等輔料及人工成本，同時減少尿素芯帶來的表面孔洞、漏氣等質(zhì)量問題。為保證粘接效果，蠟片貼合部位采用凹凸嵌扣成型，凹凸槽單邊壁厚為1.5 mm，預(yù)留配合間隙，蠟片取模后蘸取修補蠟液快速貼合，待蠟片固定緊實后使用焊刀沿貼合縫隙均勻修補一周，確保接縫密封無外漏，如圖4 所示。蠟片粘接成型優(yōu)點是取模效率高，但是對操作人員粘接技術(shù)要求較高，粘接不牢則會出現(xiàn)鑄件錯型或漏氣現(xiàn)象。

圖4 蠟片粘接示意

圖5 組合抽塊示意圖

1.3 組合抽塊成型

如果認為尿素芯和蠟片粘接均操作麻煩的話，可考慮組合活塊抽芯成型，法蘭側(cè)最少需要6 個組合活塊，底孔側(cè)最少需要5 個組合活塊才能取出完整的蠟?zāi)?，如圖5 所示。為提高取模效率及活塊使用壽命，建議準備兩套鋼制組合活塊輪換使用，抽塊時先抽取中間位置活塊，便于周邊活塊自然脫落。該成型方式對模具制作水平要求極高，同時鑄件質(zhì)量也是最優(yōu)的。

2 制備型殼

制備優(yōu)良的型殼是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件必不可少的，熔模鑄造型殼分為表面層、過渡層、背層和封漿層，與蠟?zāi)＝佑|的為表面層型殼，其作用是復(fù)制蠟?zāi)５男螤?，形成光潔、致密的型腔面，保證鑄件的外觀質(zhì)量。背層型殼也稱作加固層型殼，其作用是保證型殼厚度，形成具有一定強度和剛度的鑄型，同時具有一定的透氣性。過渡層的作用是連接表面層和背層，防止型殼分層開裂。背層型殼完成后再進行最后一次蘸漿，但不進行撒砂操作，稱為封漿層，目的是減少型殼外表面的砂粒脫落造成現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境臟亂，同時進一步提高型殼強度。

熔模鑄造的型殼涂料主要由黏接劑及耐火粉料兩部分組成，目前粘結(jié)劑的種類主要有硅溶膠、水玻璃和硅酸乙酯等三種［2］，由于水玻璃和硅酸乙酯對環(huán)境有一定的污染，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)逐步淘汰使用，硅溶膠作為清潔無污染黏接劑，正越來越受到鑄造同行的認可，對于不銹鋼鑄件，形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量要求較高，因此選擇硅溶膠作黏接劑。

耐火粉料可以選擇剛玉粉、鋯英粉、熔融石英粉等，考慮不銹鋼材質(zhì)對型殼耐火度要求較高，以及鑄件外觀質(zhì)量的特殊要求，選擇鋯英粉為耐火材料，加料順序為硅溶膠→潤濕劑→鋯英粉→消泡劑，加入料缸中用L 型攪拌機進行攪拌，將涂料按工藝要求時間攪拌均勻后測量粘度即可使用。

模組浸涂料后需緩慢旋轉(zhuǎn)，保證涂覆均勻且無堆積后進行撒砂工序，砂粒要求有尖銳棱角便于涂掛，撒砂的目的是用砂粒固定涂料，并使型殼具有足夠的強度、透氣性和退讓性。表面層和過渡層的撒砂粒度為（40～70）目鋯英砂，加固層由內(nèi)向外依次選用（30～60）目、（16～30）目的鋯英砂，撒砂后的型殼需要在特定的溫濕度和風速下干燥，每層完全干燥后方能進行下一層的涂料和撒砂。

3 脫蠟焙燒

型殼制備完成后，使用微壓蒸汽脫蠟釜進行脫蠟，脫蠟后進行型殼焙燒，目的是清除型殼內(nèi)的水分、殘蠟及其他揮發(fā)物，硅溶膠型殼為提高透氣性，焙燒溫度通常為1 000 ℃～1 150 ℃，保溫3 h～4 h，焙燒良好的型殼外觀呈白色透亮狀。

4 熔煉澆注

不銹鋼熔煉需要使用單獨的熔煉爐及澆包，爐襯料及澆包料必須使用中性材料，減少熔煉過程中高合金鋼液與爐襯材料發(fā)生反應(yīng)進而侵蝕爐襯，造成鋼液中夾雜物增多。另外熔煉爐及澆包容量不宜過大，過大則產(chǎn)生雜質(zhì)較多。304 不銹鋼常見化學(xué)成分如表1 所示，由于不銹鋼碳含量非常低，流動性較常規(guī)碳鋼材質(zhì)差別很大，因此澆注工藝需特殊控制，對于薄壁鑄件來說，一般出爐溫度控制在1 730 ℃～1 750 ℃，澆注溫度控制在1 650 ℃～1 680 ℃，并且盡量減少型殼等待時間，確保紅殼澆注。

5 鑄件清理

鑄件冷卻后，采用掛拋或震殼方式清理模組外表面的砂子，由于不銹鋼產(chǎn)品硬度較低、材質(zhì)偏軟，禁止拋扔磕碰及錘擊落件，以防砸傷鑄件本體，必須使用氧乙炔或等離子切割機去除澆冒口，然后用砂帶機磨削澆口余根及工藝筋。在滿足鑄件技術(shù)要求的前提下，使用不銹鋼焊絲E308-17 對鑄件孔洞進行焊補，最后用履帶式拋丸機清除內(nèi)腔拐角殘砂及外表面的打磨印跡，需要注意的是，不銹鋼拋丸工序必須使用專用的不銹鋼丸，普通鋼丸會增加鑄件表面生銹幾率，不銹鋼丸成分及理化指標見表2所示。

6 固溶處理

固溶處理的目的，是去除工件在成型過程中的應(yīng)力，并消除冷加工、焊接等帶來的碳偏析的影響。這就要求加熱過程中，不銹鋼全部轉(zhuǎn)變成奧氏體，并經(jīng)過快速冷卻，獲得單相的奧氏體組織，避免在晶界析出Cr23C6 為主的碳化物，引起材料敏化，降低工件的耐腐蝕性［3］。304 不銹鋼固溶處理溫度通常設(shè)置為（1 080±10）℃，保溫1.5 h～2 h，然后在清水中快速冷卻，冷卻過程必須有晃動動作，目的也是增加鋼的耐腐蝕性。

表1 304 不銹鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）

表2 不銹鋼丸成分及理化指標

7 結(jié)論

1）內(nèi)腔結(jié)構(gòu)采用尿素芯、蠟片粘接或組合抽塊等成型方式，解決了不銹鋼排氣彎管因空間形狀復(fù)雜造成的蠟?zāi)３尚屠щy的問題，并提高了制模效率；

2）選用耐火度高的砂粉材料、優(yōu)質(zhì)黏接劑及中性爐料等，并嚴控過程操作，能夠?qū)崿F(xiàn)熔模鑄造工藝生產(chǎn)不銹鋼產(chǎn)品；

3）采用合理的澆注系統(tǒng)、澆注溫度，并不斷優(yōu)化改進生產(chǎn)過程中的工藝問題，能夠大幅提升不銹鋼排氣彎管鑄件的合格率。