青铜保持架离心铸造裂纹原因分析及解决方法

2014-07-21姜永君解明钰卢红英陶学刚李圣军

轴承 2014年11期

姜永君，解明钰，卢红英，陶学刚，李圣军

(大连瑞谷科技有限公司,辽宁瓦房店 116300)

某型青铜保持架的牌号为CuAl10Fe3Mn2，该保持架通常采用离心铸造管料作为毛坯料，铸造冶炼设备为中频感应电炉。对毛坯料的材料控制非常严格，化学成分控制范围为：Al，7%～10%；Fe，2%～4%；Mn，1%～2%；其余为Cu。力学性能要求：抗拉强度大于520 MPa，延伸率大于20%，硬度为130～170 HB。铸造中严格控制各项指标，严防所有可能出现的铸造缺陷，特别是不能出现任何形式的表面裂纹。但实际铸造过程中，却经常会出现铸造管料的表面裂纹现象，严重情况下会出现多处裂纹，造成废品率增加，成本加大，损失严重。

通过分析认为，铸铜形成裂纹的主要影响因素有：材料成分、熔炼温度、浇注温度、离心速度、铸型涂料、冷却方式和冷却温度等铸造参数。针对可能产生铸铜裂纹的原因，改变影响因素、调整各项参数，逐一进行试验，大量的数据表明：化学成分和冷却温度与铸造管料裂纹有密切关系。

1 材料化学成分改变

Fe，Mn的含量是影响铸铜件是否产生裂纹的关键因素。查阅历年出现裂纹材料的检验分析结果，统计分析发现：Fe含量均在限定要求的下限1.9%～2.3%；Mn含量在中限或中上限1.5%～1.8，部分为中下限或下限1.0%～1.3%。

从理论上分析，Fe在铝青铜中能降低三相共析转变(β-α-γ)温度并扩大α相区，从而减弱“暖冷脆性”的影响。Fe形成的K相质点，共析体包围其生长，使共析体由粗大网状变为分散粒状而细化晶粒，可显著提高铝青铜的强度和塑性。组织中的K相质点还有利于铝青铜耐磨性的提高。但若Fe含量过高，不仅会使铜合金变脆，而且会降低铜合金的耐蚀性能，因此要求Fe含量不超过5%，铝青铜中Fe含量一般控制为2%～4%为宜。

Mn加入铝青铜中虽然能缩小α单相区域，但显著降低β相共析转变温度，使β相的稳定性提高，从而大大减弱“暖冷脆性”。随着Mn含量的增加，β相的稳定性增高，可以减少或避免γ相的出现。同时，由于Mn能溶解于α固溶体中起到固溶强化作用，提高合金的力学性能，所以加入Mn后，材料强度得到增加，塑性却降低不多。

根据Fe，Mn在铝青铜中的作用，增加Fe，Mn含量，不但可减少或避免铸铜件裂纹，还可以提高其使用性能，因此，将Fe含量由2%提高到3%左右，Mn含量由1%提高到1.5%～2%。

2 冷却方式改进

大量的试验表明，离心铸造模具冷却方式不合理，导致铸件冷却温度不均匀，使管料内部组织不均匀，也是造成产品裂纹的主要原因。因此，设计出一种大型离心铸造模具冷却装置，其结构如图1所示，主要由大型离心浇注模具和模具冷却装置2部分组成。

1—浇注模具上止口；2—浇注模具下止口；3—大型离心浇注模具；4—冷却水循环腔；5—上端面固定螺栓孔；6—下端面固定螺栓孔；7—冷却水进出口；8—模具冷却装置

该离心浇注模具冷却装置设置有2个定位止口，分别与浇注模具的上、下止口配合，连接为一体，冷却装置内腔与浇注模具之间的空隙构成冷却水循环腔。冷却装置通过螺栓固定在离心机上，随离心机旋转，冷却水从进出口进入水循环腔，循环后又从冷却水进出口流出。冷却装置可以保证模具在高速旋转时水不会泄漏到工作现场。采用冷却装置后，可以保持离心浇注模具在工作时始终处在均匀冷却环境中，使铸件各部位的冷却温度一致，内部组织均匀一致。

针对不同规格的保持架铸铜件，只要模具外形有2个止口与冷却水循环腔的2个止口配合，就可以实现通用互换，扩大产品尺寸段的应用。