广西玉林达业机械配件有限公司
摘要：柴油机主轴承盖在铸造生产过程中出现的气孔缺陷，影响铸件的力学性能。本文通过在生产过程中出现的气孔问题进行了深入研究，从提高铁液的气体逸出能力和减少气源两方面进行分析整改，从而基本消除了气孔缺陷。
关键词：球墨铸铁；气孔；叠箱铸造。
笔者公司生产的柴油机主轴承盖，材料为QT600-3，采用的是壳型叠箱铸造工艺，在近几年生产过程中，出现过较多的皮下气孔问题，造成的原因有所不同，在此逐一进行分析总结。
第一次发现该产品出现皮下气孔缺陷的是在2012年春，某个型号的主轴承盖在加工AB面后，发现上下型壁都有直径0.5-1.5mm的密集小孔洞，空壁光滑、暗黑色，初步判定为主要由水蒸气入侵引起的皮下气孔。该缺陷占比5.21%，直接报废。经分析，形成气体入侵的条件为PA>P0+Pm+Pn（其中PA为型壁A处的气体压力；P0为型腔中的气体压力，为标准大气压压力；Pm为铁液静压力；Pn为铁液的表面阻力，它与铁液表面张力和粘度有关）。分析认为，气体侵入铁液后未能及时排出，从而形成气孔。因此排查了型砂水分以及覆膜砂发气量，但都在工艺要求范围内。在后续生产中发现，为了赶急件，有部分砂芯还未冷却就直接造型，在浇注前检查发现，砂芯壁上非常潮湿，伴有细小水珠，经浇注后隔离加工发现，该炉次气孔废品率为6.03%，在后续生产中，砂芯降至常温后才造型浇注，发现气孔废品率始终保持在0.1%以下。因此，气孔原因不仅要从铸型材料方面排查，在过程引发的气源方面也要引起足够的重视。
此后不久，又出现了皮下气孔问题，此次皮下气孔主要分布在下型面，其他特征和上述基本相同，废品率达到可怕的30.5%。鉴于上述经验，此次从气源排查方面入手。将覆膜砂发气量由原来的16-18ml/g降至12-14ml/g，型砂水分由原来的8%-8.5%降至6%-6.5%，浇注温度由原来的1400℃提高至1440℃，此时气孔废品率有所下降，但依旧有21.8%。而后将型砂水分降至4-4.5%，为保证覆膜砂强度，发气量并没有继续降低，气孔废品率为18.4%。但后面继续降低型砂水分时，废品率波动不大，未能彻底解决此次的气孔问题。随后，调整了浇注系统，使浇注速度由原来的2.52kg/s增至3.34kg/s，此时气孔废品率降至12.9%。继续将浇注速度提升至5.57kg/s，气孔废品率降至10.05%。而再增快浇注速度时，气孔废品率有所下降，但漏箱缺陷却逐渐增多，因此后续没有继续增快浇注速度。由此可见上述措施虽然有效，但并非本次气孔的根本原因。
在后续的排查发现，炉前化验记录中碳含量在范围内波动较大，范围要求C3.70-3.80%，而连续五炉铁液实测中，碳含量为3.71%、3.79%、3.77%、3.70%、3.68%，而在此次气孔出现前化验基本保持在3.73-3.77%范围内。经与员工沟通调查，近期铁水化验后需要经常调整，而炉料下料前均称过，理论上应该波动不大，为此我们将3个铁水标样拿到兄弟单位进行了检验。
检验结果为：C3.52%、3.58%、3.55%；Si1.48%、1.50%、1.50%；Mn0.65%、0.66%、0.62%；P0.030%、0.028%、0.021%；S0.012%、0.015%、0.011%；其余元素均在工艺要求范围内。由此可见，是检验设备出了问题。然而由此分析认为，碳含量的下降，使铁水的流动性降低，其次是拉低了碳当量，处于亚共晶区域，使铸件有着较宽的结晶温度范围，铁水粘度提高。铸件在凝固过程中气体侵入，由于枝晶的生长以及较高粘度的铁水，使气体难以排出，从而形成气孔。后面将碳含量调整至3.74-3.8%，原硅含量调整至1.5-1.7%，使铸件本体碳当量保持在4.45-4.6之间，气孔废品率急剧下降，几乎没有出现过。即使之后将覆膜砂发气量调整至16-18ml/g，型砂水分调整至7%-8%，气孔废品率始终在0.1%以下。
通过以上气孔问题的分析整改以及本人多年从事该产品铸造工作的经验，在此总结柴油机主轴承盖壳型铸造工艺皮下气孔的防治方法。
一、要提高气体在铁液中的透过性，也就是气体进入铁液后能迅速逸出，本人认为这是防控的基础，因为无法保证铁液内不会有气体存在。提高气体在铁液中透过性的方法有：
1、铁液的碳当量选择在共晶范围内，避免亚共晶较宽的结晶温度范围，因为亚共晶初生奥氏体枝晶极大阻塞气体的逸出。
2、在不出现石墨漂浮的情况下，尽量提高碳含量，碳含量的增加会大大的提高铁液的流动性。
3、尽量降低硫含量，因为硫过高时，会产生较多的MnS夹杂物，悬浮在铁液中，增加铁液的粘度。而且硫含量越高，越容易形成氧化膜，使铁液流动性降低。
4、在工艺允许范围内，尽量提高浇注温度。
二、尽量减少气体发生源，不管是反应气体、析出气体还是侵入气体，应控制在铁液的气体逸出能力值以下，防止气体滞留在铁液中凝固后形成气孔。降低气体发生源的方法较多，下面总结几条较常规实用的方法。
1、在保证覆膜砂强度的前提下，尽量降低其发气量。
2、降低型砂水分，个人认为保持在6-7%较为合适，水分降至4%以下时，对于降低气孔废品率无明显效果。
3、坭芯冷却后方可造型，较大的温差会使铸型回潮产生水汽，而在造型后应尽快浇注。
4、铸型多打排气孔，以减小浇注时铸型急剧升温而产生的气体压力，防止气体侵入铁液。
5、使用纯净原材料，防止在熔炼过程中溶入气体元素而在浇注后凝固过程中析出。
参考文献：
1.陈国桢，肖柯则，姜不居. 铸件缺陷和对策手册. 机械工业出版社. 2004