树脂砂ZL107钟型罩针孔缺陷预防措施

郭宗山

（兰州兰石集团有限公司铸锻分公司，甘肃兰州 730050）

铸造是一个复杂的生产过程，环境、设备、工艺、人员、原辅材料等都可能引起铸造质量的波动，铸件质量也包含两方面的内容：一是铸件产品质量，二是铸造过程质量控制。铸造过程质量控制直接决定着产品质量，控制好铸造过程，必须从细节抓起，通过工艺优化、控制点建立、设备保证等多方面一起建立一个稳定的铸造质量控制全过程。

我公司造型工艺经过水玻璃砂升级为树脂砂生产线后，很多铝合金铸件开始出现针孔缺陷，特别表现在钟型罩的生产上，出现很多废品，针孔级别由原来的3级（ISO 10049-1992铝合金铸件针孔度目测评定法）降为5级以下（见图1），给公司和客户造成很大经济损失。为解决该铸件的针孔问题，成立了由技术员、质管员、操作工人组成的质量控制项目小组，从工艺优化、过程质量控制等方面入手，查找原因，制定了纠正预防措施。

1 针孔缺陷产生的原因

1.1 树脂砂造型特性

呋喃树脂造型在铝合金铸件的生产过程中，由于发气量大，容易产生气孔，必须注意以下两点：

图1 铸件针孔缺陷

1）树脂砂型芯必须烘干。树脂砂型芯如不烘干，反应产生的水在高温条件下发生化学反应：H2O=2H++O2-，这是一个可逆反应。分解出来的氧又容易与金属液生成熔点较高的Al2O3，反应方程式：2Al3++3O2-=Al2O3，这样的反应大大促进了水蒸气的高温分解，使氢离子不断向合金液中扩散。氢在合金液中的溶解度除与温度成正比外，还与压力成正比，产生的H2极易溶于铝液中，产生气孔。

2）在浇注过程中，树脂砂由于呋喃树脂的存在所以发起量较大、发气速度快，快速增高型内压强，加快水气与铝液的反应速度，产生H2溶于铝液中，产生气孔。

1.2 钟型罩结构

钟型罩属于上下两端厚大，中间链接壁薄铸件（见图2），造型浇注时下箱法兰气体不易排出，极易形成气孔缺陷。

图2 钟形罩结构示意图

2 预防措施

2.1 选用高强度呋喃树脂，减少树脂加入量

在呋喃树脂砂中，型、芯砂中呋喃树脂加得越多，产生的气体也越多，铸铝件产生气孔缺陷的几率也就越大。近年来，随着我国呋喃树脂合成技术的不断改进，树脂的强度不断提高。所以为了降低发气量，尽可能选用高强度呋喃树脂，减少树脂在型砂中的加入量，以防止铝合金铸件气孔缺陷的产生。因此，在生产ZL107钟型罩时，保证型砂强度在0.6 MPa～0.8 MPa即可，根据该工艺要求，将树脂的加入质量分数控制在0.8%～1.0%范围内为好。

2.2 提高砂芯的排气性

为了防止气孔缺陷，在造型工艺时，首先要做好降低芯子内水蒸气与铝液反应的几率，同时要提高芯子的排气性。因此芯子内要用泡沫等排气物质填满，只要保证吃砂量在50 mm～100 mm即可，确保芯内气体由芯子本身排出，同时有利于浇注过程中减小型腔压力，达到进一步降低与铝液反应的几率。其次要增加排气孔的开设，特别是下箱法兰面。

2.3 严格控制熔炼工艺

生产该钟型罩时，在熔炼上主要从以下几个方面加以控制：

1）炉料全部化清后，温度达到690℃～710℃时，表面覆盖NaCl和KCl（比例1：1），覆盖住液面为宜，厚度5 mm～8 mm，防止与空气接触吸气。

2）铝液温度达到720℃～740℃时，用六氯乙烷进行精炼除气处理。精炼时必须确保压罩与坩埚底保持150 mm～200 mm的距离，并沿坩埚缓慢的做圆周移动，一直到不冒泡为止，整个精炼过程约10 min～20min（除气3～4次）。精炼后，使铝液镇静8min～10 min，以利于浮渣。

3）变质：锶盐变质剂加入质量分数为0.7%～1.0%，从变质完成到浇注结束，时间不得超过20min，浇注温度控制在730℃以上。

2.4 严格浇注工艺

首先，浇注时为了尽可能降低水汽的产生，浇注过程必须在烘型、扣箱结束后30 min内结束；其次，浇注前先向型腔内通惰性气体，降低浇注时化学反应产生H2；最后在浇注结束后，要对冒口进行捣动，尽可能让型腔内铝液波动，便于铝液内的气体排出。

2.5 加强过程质量控制

加强过程质量控制，以保证工艺的有效实施，从根本上改善铸造过程和提高铸件产品质量。

1）从铸件质量特性分析着手，在整个工艺流程中找出影响铸件质量的关键环节，设立工序控制点，细化工艺，同时加强工序检查，实施重点控制。

2）根据每道工序的特点对每道工序制定详细的作业指导书。作业指导书是指导现场操作的基础，通过作业指导书能够准确的进行现场操作指导。

3）加强过程质量记录。过程质量记录是最重要的质量控制方法，原材料加入的数量或重量、分析的数据、合金的加入量，甚至包括操作者、作业时间都要记录。一旦浇注后的产品出现质量问题，这些质量记录就是最重要的缺陷分析依据。树脂砂造型的过程质量控制也基本类似，砂子、树脂、固化剂的加入量，砂子的温度，造型耗费的工时都要记录，甚至包括混砂机的编号。这一切的质量管控都是为了以后更好地追溯。因此，在熔炼和造型这两道最重要的工艺上，必须实现质量人员的实时监控。

4）建立自检、互检、专检三检制度，以保证问题及时发现及时处理。自检即自己检验自己的工作成果，互检即上下工序或者同类工序不同操作者相互检验，专检更多是由控制质量小组完成。

3 结 果

经过整个质量控制项目小组的攻关，生产出的钟型罩针孔级别达到1级以上，法兰加工面几乎没有可见的针孔缺陷，经渗透检测，符合技术要求，铸件品质得到很大提升，赢得了客户的一致好评。

4 结束语

通过整个质量控制项目小组的攻关并在生产中的多次实践，基本掌握了铝合金铸件树脂砂造型及熔炼工艺技术控制要点，并在作业指导书和工艺规程中将积累的经验和技巧总结固化，较好的解决了该类产品针孔类缺陷，铝合金铸件品质得到很大提升，公司的技术水平和生产能力也同时迈入一个新的台阶，为公司的市场开发提供了有力支持。