（廣東荻賽爾機(jī)械鑄造股份有限公司，廣東 梅州 514600）

高強(qiáng)度厚大斷面灰鐵軸承座產(chǎn)品是給排水能源動(dòng)力系統(tǒng)的重要零部件之一，同時(shí)也是一種非常典型的厚壁灰鐵件，主體壁厚為80 mm，最小壁厚30 mm，底座面壁厚250 mm，鑄件單重4 000 kg，材料牌號(hào)為HT300，不允許有氣孔、裂紋、夾砂、縮松缺陷。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

產(chǎn)品具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，底座面整體壁厚為250 mm，圓弧面最小部位壁厚為30 mm，其余圓弧面壁厚為80 mm，具有壁厚相差懸殊、底座面壁厚大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，容易產(chǎn)生以下鑄造缺陷：1）鑄件在冷卻過(guò)程中降溫不均勻、鑄造應(yīng)力大，容易在圓角、壁厚交接處產(chǎn)生裂紋缺陷；2）壁厚嚴(yán)重不均勻，鐵水補(bǔ)縮困難，造成厚壁部位縮孔難以解決；3）厚壁部位冷卻緩慢使金相組織變差，出現(xiàn)粗大石墨等鑄造缺陷。關(guān)鍵加工面為圖示內(nèi)圓孔及軸座端面，其次為厚大面頂部。

圖1 軸承座三維鑄件圖

2 原生產(chǎn)工藝

該鑄件采用樹(shù)脂砂手工造型進(jìn)行生產(chǎn)，為了保證鑄件關(guān)鍵加工面（內(nèi)圓面、軸座端面及底座面）的質(zhì)量，工藝設(shè)計(jì)方案如圖2 所示，分型面位于厚大面頂面，鑄件整體位于上箱，厚大加工面位于鑄造底面，軸承端面位于鑄造側(cè)面。采用封閉式澆注系統(tǒng)比例為F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.8∶0.85，側(cè)面上/下部同時(shí)進(jìn)流；厚大加工面位置放置冷鐵，頂面如圖設(shè)計(jì)鴨嘴補(bǔ)縮冒口；熔煉成分控制如表1 所示，澆注溫度控制在1 320 ℃～1 340 ℃之間。

圖2 原有工藝方案圖

表1 軸承座鐵水成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3 缺陷類型及原因分析

按照以上工藝連續(xù)生產(chǎn)6 件產(chǎn)品，其中有4 件在頂面冒口根部及冒口附近出現(xiàn)集中縮孔、縮裂缺陷，造成鑄件報(bào)廢，如圖3 所示。

圖3 鑄件缺陷圖

按照以上缺陷進(jìn)行原因分析：1）由于鑄件厚大加工面位于下箱，雖然厚大加工面夾渣/砂缺陷風(fēng)險(xiǎn)小，但是由于厚大面壁厚達(dá)到250 mm，鐵水在凝固過(guò)程中需要大量的液態(tài)補(bǔ)縮量，頂面冒口距離遠(yuǎn)，凝固后期補(bǔ)縮量不足，容易導(dǎo)致冒口根部縮孔；2）直澆道距離鑄件過(guò)近熱影響嚴(yán)重，致使鑄件該部位長(zhǎng)時(shí)間處于加熱狀態(tài)而最后凝固，出現(xiàn)縮孔縮裂缺陷。

4 工藝改進(jìn)

為了降低廢品率、提高工藝穩(wěn)定性，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)工藝：1）分型面不變，厚大加工面調(diào)整為鑄造頂面，軸承端面位于鑄造側(cè)面，實(shí)現(xiàn)鐵水的順序凝固；2）將直澆道與鑄件之間的距離增大到200 mm，采用封閉式澆注系統(tǒng)，比例為F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶1.5∶0.85，從軸承端面進(jìn)流；3）為了加快厚大面冷卻，頂面鋪設(shè)直冷冷鐵，其厚度大于120 mm，降低縮松傾向，避免加工面產(chǎn)生粗大石墨；4）頂面冒口避免放置在鑄件熱節(jié)最大的部位，防止冒口根部接觸熱節(jié)過(guò)大，產(chǎn)生冒口根部縮松；5）由于該工藝薄壁位置位于下箱，澆注過(guò)程中先進(jìn)流，因此可以進(jìn)一步降低澆注溫度，減小鑄件的液態(tài)收縮量，而不會(huì)因?yàn)闈沧囟冉档丸F水流動(dòng)性差造成冷隔缺陷，因此對(duì)澆注溫度進(jìn)一步降低調(diào)整為1300 ℃～1 320 ℃之間；6）對(duì)鐵水成分進(jìn)行調(diào)整，為了保證材料的性能指標(biāo)，降低凝固過(guò)程中的縮松傾向，碳當(dāng)量由原來(lái)的3.66%調(diào)整到3.85%，Cu 質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來(lái)的0.48%調(diào)整到0.58%，改進(jìn)的鑄造工藝如圖4所示，并對(duì)新工藝進(jìn)行MAGMA 模擬驗(yàn)證。

圖4 改進(jìn)后工藝方案及模擬結(jié)果

5 MAGMA 模擬優(yōu)化改進(jìn)

按照改進(jìn)工藝模擬完成后發(fā)現(xiàn)，中間4 個(gè)冒口還是由于接觸熱節(jié)過(guò)大，仍然有冒口根部及其附近出現(xiàn)縮孔的風(fēng)險(xiǎn)，模擬結(jié)果見(jiàn)圖4b）.按照模擬結(jié)果，制定了改進(jìn)方案：取消中間四個(gè)鴨嘴冒口，在遠(yuǎn)離直澆道一端放置壓邊冒口，既提供了補(bǔ)縮量，又避開(kāi)了鑄件熱節(jié)部位，其余4 個(gè)鴨嘴冒口，修改冒口頸尺寸，進(jìn)一步降低冒口接觸熱節(jié)，優(yōu)化后方案如圖5a）所示。

圖5 優(yōu)化后工藝方案及模擬結(jié)果

圖5b）為進(jìn)一步改進(jìn)方案后模擬結(jié)果。結(jié)果表明：由于頂面厚大液態(tài)補(bǔ)縮距離長(zhǎng)，因此將中間冒口取消，改為側(cè)面壓邊冒口，補(bǔ)縮效果沒(méi)有變化，徹底解決了冒口根部接觸熱節(jié)大，凝固慢，產(chǎn)品出現(xiàn)縮孔的問(wèn)題，在石墨化膨脹之前，壓邊冒口徹底凝固，模擬結(jié)果合格。

6 效果分析

按照改進(jìn)方案，首批生產(chǎn)2 件全部合格，然后投入小批量生產(chǎn)，累計(jì)生產(chǎn)30 件無(wú)廢品，鑄件加工完成后合格無(wú)缺陷，如圖6 所示。表2 為合格軸承座金相/性能指標(biāo)。

圖6 合格鑄件及加工圖

表2 軸承座金相/性能指標(biāo)

7 結(jié)論

針對(duì)高強(qiáng)度厚大斷面灰鐵類軸承座，由于鐵水牌號(hào)高、壁厚大，鑄件收縮傾向加大，工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合鑄件結(jié)構(gòu)，考慮澆注位置，以及采用必要的補(bǔ)縮冒口和放置合適的冷鐵，總結(jié)如下：

1）壁厚相差較大的灰鐵產(chǎn)品，選擇澆注位置時(shí)，必須根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)重點(diǎn)考慮鐵水在凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮，兼顧重要加工面，使得凝固過(guò)程中補(bǔ)縮更加合理。

2）厚大灰鐵件，由于鑄件模數(shù)較大，凝固時(shí)間長(zhǎng)，工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮其余鑄造缺陷的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3）對(duì)于厚大斷面灰鐵件，冒口設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮冒口的類型以及冒口的位置選擇，盡量避開(kāi)鑄件熱節(jié)部位，降低冒口頸位置的接觸熱節(jié)，避免冒口根部長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱產(chǎn)生縮松或者金相不合格缺陷。

4）針對(duì)高牌號(hào)灰鐵的縮松問(wèn)題，從鑄造工藝與熔煉工藝方面進(jìn)行綜合考慮，增加工藝的穩(wěn)定性。