ZC210汽缸盖缩松缺陷原因分析及防止措施

杨永来

辛集市辛缸汽缸盖有限公司 河北石家庄 052360

1 序言

ZC 210 汽缸盖系船机汽缸盖，功率大，工作条件恶劣，毛坯重139.8 k g，主要壁厚15mm，局部热节达到50mm，主要尺寸600mm× 400mm×380mm，铸件材质为HT300（要求wCu为 0.5%~0.8%、wCr为0.15%~0.35%、wMo为0.15%~0.35%），感应电炉熔炼，这个产品一直在我公司铸造，成品率在90%以上，后移到外协厂去生产，结果经过3次试生产，成品率很低，主要缺陷为在热节部位存在严重疏松缺陷（见图1），后到外协厂进行原因分析并制定防止措施。

图1 汽缸盖疏松缺陷

2 原因分析

因模具系我公司以前一直在用的，所以浇冒口系统引起疏松的可能被排除。产品质量问题为疏松缺陷，因此主要从熔炼、浇注等环节进行分析整改，外协厂熔炼设备是2t感应电炉，下面从炉料、配料、浇注温度等几个方面进行分析。

1）外协厂产品材质较多，有球墨铸铁件、抗磨铸铁件、灰铸铁件，而回炉料区分不仔细，经常有混料现象，其中抗磨铸铁件中铬含量较高，外协厂抗磨铸铁件wCr一般在1.5%~10%，相比灰铸铁铬含量很高。高牌号铸铁中wCr一般控制在0.15%~0.25%，如果铬含量超过上限越多，则铁液白口倾向越大，极易造成热节部位有疏松缺陷。

2）查看了化验结果，力学性能都合格，统计几次试样的化学成分，其范围值见表1。

表1 汽缸盖试样化学成分（质量分数） （%）

从化学成分分析：外协厂用较低的碳当量和加入合金（尤其是Cu、Cr、Mo）来达到汽缸盖要求的力学性能，而偏低的碳当量易引起疏松缺陷。碳是铸铁中产生石墨的基础，灰铸铁中石墨的形态起着至关重要的作用，wC在3.0%~3.1%范围内明显是偏低的，一般HT300牌号的wC控制在3.1%~3.25%是比较合理的。此外，问题件中还含有铬和钼，目的是强化基体组织，都是阻碍石墨化元素，与偏低的碳含量相叠加，会使铸件疏松倾向加大。另外，从化验结果看，wS在0.02%~0.04%范围内也偏低。硫对铸铁中石墨化有双重作用，一方面硫本身是阻碍石墨化较强烈的元素，另一方面硫与锰结合生成MnS及（Fe、Mn）S化合物，以颗粒状弥散在铁液中，这些化合物熔点在1600℃以上，可作为石墨的非均质晶核，从而有利于石墨的析出。如果硫含量低，铁液的孕育效果会很差，将引起石墨片粗大，铁液收缩性加大，易引起疏松缺陷，因此灰铸铁件wS一般不应低于0.06%[1]。而从实际化验结果可见，问题件硫含量明显偏低了。

3）外协厂熔炼的铁液在1500~1530℃出炉，包内孕育，浇注温度在1370~1400℃。出炉温度高，浇注时降温费时，一般控制出炉温度1500℃就可以，1530℃偏高一些；ZC210汽缸盖结构是壁厚较厚大，平均壁厚在15~25mm，且有较大的热节存在，浇注温度高，增加了疏松倾向，因此浇注温度不宜过高，但浇注温度低又会增加气孔缺陷的概率，因此浇注温度控制在1350~1380℃比较合适。

3 制定整改措施

针对汽缸盖产生缩松的原因，制定措施如下。

（1）炉料分类 不同材质的回炉料（主要是球墨铸铁回炉料和灰铸铁回炉料）分区存放，炉料分类必须准确，熔炼ZC210汽缸盖时不能加球墨铸铁回炉料，且称重要准确。

（2）调整配料 外协厂原配料单见表2。

表2 外协厂原配料单（kg）

通过核算外协厂原配料单，对配料作如下调整。

1）碳含量：原配料单中按照碳烧损5%计，终铁液wC为3.05%，如果生铁、废钢回炉料不变，则将增碳剂增加到17kg，终铁液wC调整到3.2%左右，可以达到要求。

2）硅含量：经过计算，按照原配料原铁液wSi为1.51%（按烧损5%），调整硅铁加入量到12.5kg，原铁液wSi能达到1.65%（按烧损5%），加上孕育（孕育量按照0.3%～0.4%）增加的wSi为0.23%，终铁液wSi能达到1.9%左右。

3）锰含量：原配料单中锰铁加入量是12kg，计算原铁液wMn为0.85%（按烧损15%），符合要求，不作调整。

4）铜、铬、钼的作用是强化基体、提高力学性能，原配料单中加入量符合要求，新的配料单中不作调整。

5）硫含量：原因分析中已经作了说明，原配料单中加入的硫铁量不足，原加入量是1kg，若按照硫铁wS为60%计算，铁液wS为0.0375%，与化验结果相符，灰铸铁中wS一般控制在0.06%～1%，按照wS为0.08%计算，硫铁加入量是2.15kg，可以看出，原配料单中硫铁加入量1kg明显偏低了。

调整后的新配料单见表3，终铁液成分目标值见表4。

表3 调整后的新配料单 （kg）

表4 调整后终铁液化学成分（质量分数） (%)

（3）铁液温度 出炉温度控制在1500℃，孕育工艺不变，浇注温度调整为1350~1380℃。

4 效果验证

经过调整，第一次浇注12件毛坯，化学成分达到了目标成分范围，见表5。

表5 调整后终铁液实际化学成分（质量分数） (%)

单铸试块力学性能：抗拉强度为301MPa，硬度为217HBW。

经过加工验证，试制的12件ZC210汽缸盖未再产生疏松缺陷。

5 结束语

1）根据铸件技术要求材质牌号，选取合适的化学成分是首要条件。

2）熔炼过程各种原材料区分好，不能混料，上料称重必须准确，避免成分偏差。

3）感应电炉熔炼需要补充足够的硫，wS控制在0.06%~0.1%是比较合适的。

4）控制合适的出炉温度和浇注温度，能避免一些铸造缺陷的产生。