中速机灰铁飞轮缩陷原因分析及防治

蒋 辉，綦宗超，宋学恩，姬爱青

（潍柴重机股份有限公司 滨海铸造厂，山东潍坊 261108）

我厂流水线生产的中速机灰铁飞轮，近期出现大量凹坑缺陷，其深度多数在3mm以上，个别严重的超过5mm，导致报废（见图1），已影响我厂生产成本及订单交付，缩陷问题亟需解决。

图1 飞轮上平面缩陷缺陷

1 产品简介

毛坯轮廓尺寸ø702 mm×133 mm，最小壁厚46mm；毛坯重量：245kg；材质 HT250；硬度（190～240）HBW；金相组织以A型石墨为主，允许少量B型，片长不小于4级，珠光体含量≥98%；时效处理。铸件结构见图2。

2 现行工艺

（1）造型：使用碱性酚醛树脂自应砂，在流水线上生产，一箱两件（见图2）；

该浇注系统为封闭式浇注系统，截面比∑A直∶1.64∶2.05∶1，内浇道为阻流截面积。

图2 飞轮工艺简图

表1 铁水成分 ωB/%

（2）熔炼：铁水成分见表1。

（3）浇注：初浇温度 1350～1360℃，一包浇注两箱。

3 缩陷分析

3.1 缺陷定性分析

如图1中所示，缺陷表现为铸件上平面凹坑，有些凹坑中有少量“铁豆”，且在抛丸前，凹坑内有涂料层，“铁豆”没有涂料层。经以上分析，凹坑是铁水自浇注温度降至合金结晶温度时产生的体积亏损[1,2]，而“铁豆”是铸件凝固缩陷后期石墨析出膨胀，挤出来的铁水，因而没有涂料层，故此缺陷为缩陷。

3.2 缺陷原因分析

（1）碳当量偏低，铁水属于亚共晶区，准固相区温度范围较宽，则其凝固收缩较大[3]。

（2）浇注温度偏高，则铁水从浇注温度至液相线温度范围较宽，故其液态收缩较大[3]。

（3）砂型刚度不足，在浇注过程中，铸型涨大变形，引起体积亏损[1]。

（4）浇注系统不合理：

1）阻流截面积在内浇道处，内浇道处铁水流动速度过快，导致铁水充型极不平稳，在浇注末期溢流冒口中已有铁水溢出，停止浇注后，液面大幅下降，降低浇注系统的液态补缩能力。

2）单个内浇道高度较小，内浇道封闭过快，不能为铸件在液态收缩时，提供铁水补充。

4 改进措施

（1）适当提高碳当量：将C含量由3.25%提高至3.3%，一方面可减少液态收缩，另一方面增大石墨膨胀。

（2）降低浇注温度：将浇注温度降至1350℃，可减少液态收缩，并在浇注区增加摄像头，严格控制浇注温度，同时安排飞轮集中浇注，避免浇注完其他铸件后铁水温度过高需长时间降温的问题，尽量避免人为因素的影响。

（3）增加浇注溢流量，以抵消因浇注过程中充型不平稳，液面大幅下降的影响。

（4）提高铸型强度：砂型震实时间由15s延长至25s，加强舂实砂型。

（5）利用Magma模拟软件，优化浇注系统。

1）在直浇道与横浇道之间设计阻流结构，即将浇注系统改为封闭开放式，阻流结构之后为开放式，铁水流动比较平稳，内浇道流速由约200cm/s降至约 80cm/s，见图 3。

2）将环形横浇道改为3/4圆环，并在末端设计集渣结构，使横浇道中铁水进一步平稳。

3）将内浇道高度由5mm改为8mm，宽度适当减小，延长内浇道凝固时间，提高内浇道在浇注后的液态补缩作用。

采取措施后，生产约100件飞轮，铸件表面平整无缩陷，该问题已得到解决。

图3 Magma软件模拟情况对比

5 结论

事实证明通过适当提高碳当量，降低浇注温度，提高砂型强度，增加溢流量，采用平稳充型的浇注系统，高度较高的内浇道，可有效解决飞轮缩陷问题。其成功经验为今后解决类似问题提供一定的参考。