中速柴油机机体铸造裂纹的原因分析及防止措施

马红涛，高 翔

（1.安庆中船柴油机有限公司，安徽安庆 246005；2.安庆中船动力配套有限公司，安徽安庆 246005）

中速柴油机机体铸造裂纹的原因分析及防止措施

马红涛1，高 翔2

（1.安庆中船柴油机有限公司，安徽安庆 246005；2.安庆中船动力配套有限公司，安徽安庆 246005）

根据柴油机机体裂纹产生的原因，对机体裂纹缺陷进行分析，找到了机体裂纹产生的主要原因。其主要原因可概括为铸件结构、化学成分、铸件补缩条件及开箱温度等，针对裂纹的主要原因采取相应的措施后，裂纹缺陷得到了根本的控制。

柴油机的机体；铸造裂纹；原因；措施

安庆中船柴油机有限公司生产的DK-20、DK-26、DK-28等系列中速柴油机机体，为了实现主轴承倒挂整体铸造结构，将滑油油管、冷却水道、进气道铸入机体内，属于复杂、高强度的箱体铸件，这就要求其具有良好的力学性能和尺寸精度，以及良好的致密性和气密性。其属于大功率柴油机部件中结构复杂，铸造难度大的铸件，在生产机体过程中，裂纹缺陷时有发生，一旦产生裂纹缺陷往往就会造成该机体报废，损失很大。中传柴油机有限公司通过攻关，努力解决了该缺陷，本文就机体裂纹产生的原因进行分析，并提出了解决措施。

1　铸件结构特点及材质要求

以8DK-20机体为例，该机体铸件外形尺寸为2 942 mm×1 268 mm×974 mm，铸件毛坯质量为5 200 kg，最薄壁厚15 mm，最厚壁厚94 mm。铸件试棒抗拉强度σb≥300 N/mm2，布氏硬度：179～262 HB；本体抗拉强度σb≥225 N/mm2，本体布氏硬度：163～262 HB；水道泵水压力0.7 MPa，气道泵水压力0.7 MPa，油管泵水压力1 MPa。不允许有缩松、裂纹等铸造缺陷。该铸件壁厚相差悬殊，砂芯较大，铸件在冷却过程中会产生较大应力容易发生裂纹缺陷。

2　裂纹的特征及产生的原因分析

2.1裂纹的特征

裂纹主要集中在机体窗口圆角处（见图1），目测为开口裂纹，长度一般为10～15 mm，裂纹深浅不一，较浅的有2～5 mm。经过对铸件排查，发现裂纹是在去应力退火之前就已经存在，裂口表面近似黑色，外观形状呈连续的直线状，裂纹从相交面向内延伸，开裂程度从外向内逐渐减小，从此特征可以看出该种裂纹为冷裂纹。

图1　裂纹缺陷位置及形状示意图

2.2裂纹产生原因分析

冷裂产生的原因即铸件在冷却过程中收缩受到阻碍，就会产生铸造应力，铸造应力超过了合金材料的强度极限。而铸造应力的大小主要与铸件结构、化学成分、补缩条件、开箱温度等有关。

（1）铸件结构及补缩条件：裂纹产生处结构不好，机体平均壁厚为15～30 mm，但其砂芯厚度最大为300 mm，属于典型的“薄壁大芯”件。由于铸件壁厚，铁液不能将砂芯加热到足够的温度，所以砂箱强烈阻碍铸件凝固外壳的线收缩。又由于窗口背处有筋条，壁厚差较大，所以此处是应力集中处，加上该位置在上箱，一开始设计工艺时没有放置冒口，造成补缩条件不好。

（2）化学成分：为达到HT300材料要求，安庆中船柴油机有限公司一开始选择较低的CE值，特别是Si的终含量为1.6%～1.8%，Si/C比为0.55～0.6，致使合金的线收缩率大、裂纹倾向大。另外我国铸造生铁中的P、S等低熔点有害杂质元素含量较高，容易形成许多低熔点化合物，降低实际固相线温度，扩大了有效凝固温度范围，故易使铸件产生裂纹的倾向。

（3）铸件开箱温度：以往为保证生产效率和节省生产过程中的砂箱周转，一般开箱时间较早，在400～500 ℃左右开箱，落砂后的机体在空气中冷却，加大了厚实与薄壁处的温度差，增大了残余热应力，造成了裂纹的倾向。

3　防止裂纹产生的改进措施及效果

3.1 防止裂纹产生的改进措施

根据以上种种分析，在铸件结构无法更改的条件下，采取以下改进措施：

（1）选择合适的化学成分：为降低合金的线收缩率、提高孕育效果，使用Foseco CaZrSi孕育剂细化晶粒。提高Si的终含量，由原来1.6%～1.8%提高到1.8%～2.1%，使Si/C比提高为0.6～0.72。并对铁液中的P、S予以严格控制，使wP≤0.07%，wS≤0.1%。

（2）改变该处的温度分布：针对此处不利于补缩的特点，在此处放置φ90×100（mm）保温冒口，改善该处的温度场分布。由于保温冒口是在最后冷却，因此该部位有充足的铁液进行补充。

（3）提高机体在砂型中停留时间：将落砂温度控制为200 ℃左右，利用砂型这个良好的“缓冷容器”使铸件厚实和薄处的温度均匀化，减小它们之间的温差，降低机体的热应力，并尽早卸下压箱铁，松开砂箱紧固装置，也是一种必不可少的措施。

3.2改进后的效果

经过以上改进后重新生产，通过对多台铸件进行跟踪，在退火前进行着色探伤，发现裂纹缺陷均消除（见图2），显著提高了公司的经济效益。

图2　改进后铸件图片

［1］ 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册（第2卷）［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［2］ 黄政. 离合器壳体铸造缺陷分析与改进［J］. 中国铸造装备与技术，2011（1）.

［3］ 张玉娟，韩志濂，徐骏华. 226B气缸盖铸造缺陷的解决［J］. 中国铸造装备与技术，2007（1）.

The Analysis of Causes and Prevention Against Casting Crack in Medium-Speed Diesel Body

MA HongTao1， Gao Xiang2
（1.Anqing Diese Engine Co.Ltd.， Anqing 246005， Anhui， China；2.Anqing Ship Motive Power Complement Devices Co.Ltd.， Anqing 246005， Anhui， China）

According to the mechanism of diesel engine frame cracks and with an analysis of cracks in the frame， the main causes of cracks have been found as casting structure， chemical composition， feeding conditions and unpacking temperature. The crack defects have been fundamentally controlled with appropriate measures adopted.

Diesel engine frame；Casting Crack；Causes；Measure

TP245;

A；

1006－9658（2015）01－0016-02

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.01.004

2014-08-20

稿件编号：1408-646

马红涛（1983—）男，工程师，主要从事铸造工艺设计及质量管理工作.