QT450-12转向器壳体浇冒口一体化生产工艺探讨

2019-07-23任树勇贾森旗

铸造设备与工艺 2019年3期

任树勇，贾森旗

（无锡市博诺机械有限公司，江苏宜兴）

QT450-12转向器壳体铸件如图1所示，外形及尺寸壁厚相当于内孔100 mm、壁厚20 mm、长200 mm的中空壳体，与内孔100 mm、壁厚20 mm到40 mm（阶梯变换）长150 mm的变壁厚壳体，垂直相交，另加若干厚度20 mm安装法兰组合而成。毛坯重约25 kg，该铸件为出口产品。生产工艺采用高压黏土砂、德林造型机水平静压造型工艺，砂芯为覆膜砂组合芯壳。

图1 铸件外观图

1 铸件外观要求

该铸件外观技术要求：1）加工后不允许出现不可见的缩孔、缩松、气孔、沙眼等铸造缺陷；2）外观非加工面气孔、砂眼等不影响性能的缺陷，凹陷直径小于2 mm，深度小于2 mm，四周每个面不超过4个，整个铸件不超过6个，缺陷间距大于20 mm.

铸件外观的主要标识及不可接受的外表缺陷示例见图2.

2 QT450-12转向器壳体的铸件化学成分及性能要求

QT450-12转向器壳体化学成分要求见表1.

图2 铸件外观的主要标识与不可接受的外表缺陷示例

表1 QT450-12转向器壳体化学成分要求（质量分数，%）

铸件本体做金相检测，球化级别不低于二级，球化率≥85%；硬度HB165-230，抗拉强度≥450 MPa，屈服强度≥310 MPa，延伸率≥12%.

3 QT450-12转向器壳体生产过程

3.1 QT450-12转向器壳铸造工艺

QT450-12转向器壳为中空壳体零件，造型采用德林机械静压造型，砂芯采用壳型覆膜砂制芯。浇注系统采用侧浇注-压力顶冒口浇注方式，图3为型板底箱，图4为型板顶箱。

图3 静压线型板底箱搭边浇注

图4 静压线型板搭边浇冒系统上箱

3.2 铸件成分控制

采用中频电炉熔炼工艺，炉前化验采用热分析仪，测得：ω（C）：3.85%，ω（Si）：1.65%，ω（S）：0.04%，ω（Mn）：0.035%.球化剂采用稀土硅镁 QRMg8Re-3，加入质量分数 1.3%，铁水化学成分：ω（C）：3.75%，ω（Si）：2.5%，ω（Mn）：0.41%.铸件实测化学成分如表2所示。

表2 铸件化学成分（质量分数，%）

3.3 铸件性能检测

抗拉强度、硬度等性能检测符合客户要求。抗拉强度使用铸件试样取样，制作拉伸试棒。用WEW万能拉伸试验机检测，用硬度计测试指定点硬度。铸件性能如表3所示。

表3 铸件性能

3.4 存在问题及分析

铸件解剖后，出现以下缺陷：铸件内浇口出现缩松、缩孔现象，冒口根部同样发现缩松、缩孔，如图5、图6所示。

转向器壳体采用侧浇顶冒口浇注方式，内浇口和压力顶冒口出现缩松、缩孔，主要原因为铁水流动性不足和铁水补缩不够。

1）如果铸件体积较大，型腔充满铁水后，在冷却凝固过程中，如果没有铁液补充，最后冷却的部位，以及冷却后没有铁水补充的部位，将出现缩松甚至缩孔。保证足够的补缩能力和流动性，是解决缩松、缩孔的着眼点。

2）QT450-12转向器壳体的球墨铸铁中，碳当量的变化对铁水流动性影响很大。同时，缩松、缩孔与镁球墨铸铁的体积有很大关系。提高碳当量，可以减少缩松、缩孔的产生倾向。

图5 内浇口处缩松、缩孔

图6 冒口根部缩松、缩孔

3）增加铁水补缩能力。通常是加大加高浇冒口的尺寸（高度和直径），必要时加大进口尺寸。转向器壳体的型板模具采用进铁水与压力冒口相连的方式，实施浇冒口一体化生产工艺，减少辅料使用，提高出品率。第一次试制的工艺是，压力冒口高100 mm，上箱45 mm，下箱55 mm.以此方案生产的铸件，如图7所示，冒口根部有缩松，如图8所示。

图7 铸件毛坯浇注系统图

图8 冒口根部缩松

3.5 改进措施

球墨铸铁大多数铸件在热节部位、冒口根部产生显微缩松。这是典型的球墨铸铁冷却过程中的反收缩现象。分析原因在于冒口静压力太小，冒口未达到铁液补缩作用。铸件解剖其他部位未见缩松。针对以上试验出现的缺陷和原因分析，着手对浇冒口一体工艺进行改进。

1）总体思路，调整化学成分，加大浇冒口等浇注系统，保证铁水流动性和补缩能力。

2）将原铁液成分调整为 ω（C）：3.8%～3.9%，终止成分 ω（Si）：2.6%～2.7%，ω（Mn）≤0.45%，球化剂仍采用稀土硅镁QRMg8Re-3，加入量不变，使用硅钡孕育剂孕育。碳当量在4.5%～4.6%范围调整。

3）加大冒口高度尺寸，由原来的冒口总高100mm（上箱部45 mm，下箱部55 mm）增大到150 mm（上箱部70 mm，下箱部80 mm）.在浇注系统不变、碳当量、球化剂加入量等其他工艺参数不变的情况下，生产的铸件无缩松，如图9～图12所示。

3.6 效果

转向器壳体采用加大、加高冒口的方案可以生产稳定合格的铸件。

QT450-12转向器壳浇注工艺为中空浇注，材料成分中碳当量的变化和浇注工艺对铸件产生缩孔、缩松等缺陷影响较大。调整铸件碳当量、改变浇注工艺，采用压力顶冒口、加大加高冒口尺寸，实现无缩孔、缩松缺陷，实践证明是切实可行的。用这种工艺生产出的铸件，经过解剖、检查金相和基体，并对毛坯取样，制作试棒做拉伸试验，都达到了客户要求，如图13～图15所示。