降低结构复杂薄壁件铸造裂纹技术应用与实践.pdf

2016年第4期铸造设备与工艺随着汽车行业快速发展，轻量化技术得到推广与应用，各大汽车公司进行汽车零部件结构减重优化，实现整车减重。 为了保证零部件的使用强度与安全性，导致零件结构呈现复杂薄壁趋势。 多数零件以铸造方式生产，复杂薄壁结构及碳钢材质决定了生产该类型产品需要考虑一系列问题，如铸造类型G80G81G82铸造G83G84G82铸造G85G86G82G87G88G85G86G89问题。 G8AG8BG8C汽车安全件，G8D致G8E的铸造G83G84G8CG8FG90G82G91G92G89，一G93G8FG90G83G84件G94G95，G96车G97行G98G99G9AG9BG9CG8FG9DG9E，G9FGA0GA1GA2GA3GA4，GA5GA6GA7GA8安全GA9 GAA以GABGACGADGAE结构复杂薄壁件铸造G8FG90技术势G96GAF行。以GB0汽车公司GB1GB2GB3GB4GB5GB6GB7为GB8，产品结构如GB91GBA。 材质为碳钢，结构复杂，壁GBBGBC薄，G8DGBD壁GBB5 mm，G8D大壁GBB20 mm，结构壁GBB呈GA1GBEGBFGA3GC0，GC1用GC2GC3铸造生产GC4 该产品G96生产GC5GC6G8FG90GC7GB8GC8GC920%以GCA，G8FG90G94GCBG85G86GCC，G87G88GCDGCEGCFG9DGD0GD1。 GABGACGC2GC3铸造碳钢件GD2GD3G8FG90的GD4GD5GD6GD7，GD8要GD9GDAGDBGDCGDDGDEG80G81GDF整GE0GDBGE1系GE2GD2式G82产品结构优化G82GE3G8FGE4GA3GC0G82钢GE5GE6GE7度G82钢GE5化GE8GD3GE9G82GC2GEAGDBGE1GEB业GB3GB4GECGEDGEEGEFGF0GF1件GB3GB4G89GF2GCC方GCD。 GF3GF4GF5GF6GABGACGE9GF7GF8决结构复杂薄壁件铸造G8FG90问题。1 浇口位置及浇注系统选择GDBGDCG8CGF9GFAGFB进GFC铸型的GFD一GFEGFF，G8CGB3GB4充型速度GEC方GB2，GE9配GF9GFA，调节铸件各部GDD的温度GECGEDGEE顺序，GDBGE1系GE2的GF9GFAGFBGFEG99内GDBGFF对铸件GD9一定补G91GEB用，GA3GC0内GDBGDC时应避免GF9GFAGFBG94GFC型腔时呈紊G94G82飞溅现象，使G8B平稳充型GC4内GDBGFFG80G81应遵循如下原则GDA降低结构复杂薄壁件铸造裂纹技术应用与实践鲁茂波，宫 震（东风精密铸造安徽有限公司，安徽合肥 238000）摘 要：在熔模铸造碳钢件生产过程中，影响裂纹形成的主要因素有：浇口位置选择、整体浇注系统形式、产品结构优化、防裂筋设计、钢水洁净度、钢水化学成分、熔炼浇注作业控制和凝固散热条件控制等八大方面。综合研究分析解决结构复杂薄壁件铸造裂纹，结G80G81G82，G83浇注位置G84浇注系统优化选择G85产品结构优化G84防裂筋设计、熔炼浇注G86G87优化G88方面G89G8A结构复杂薄壁铸钢件裂纹，综合G8BG80G8CG8DG8EG8FG90G91控制G92G93G94裂纹G9520%G96G97G89G980.1%~0.3%，G89G9998.5%，G8BG80G8CG8DG9A铸钢件G9BG9CG9DG9530%G89G985%，G9EG9FGA0GA1产品GA2GA3GA4GA5GA6，GA7GA8GA9GA1生产G8BG9DG89G8AGA1制造成GAAG8E关键词：结构复杂薄壁件GAB铸造裂纹GABGACGADGAEGAFGB0GB1GB2中图分类号：TG249.5，TG245 文献标识码：A 文章编号：1674-6694（2016）04-0043-04Technology to Reduce the Crack of Complex Thin Wall CastingLU Mao-bo, GONG Zhen（Dongfeng Investment Casting CO.，LTD.，Hefei Anhui 238000,China）Abstract: The main factors affecting the formation of cracks in the carbon steel investment casting are gate location, pouringsystem, product structure, anti -cracking strip, molten steel cleanliness, composition, melting and pouring process control andsolidification cooling conditions, and so on. The research and analysis to the complex thin wall casting crack shows pouring systemoptimization, product structure optimization and anti-cracking reinforcement design, melting pouring process optimization lowers thecrack of complex thin-walled steel casting and have the remarkable comprehensive effect. For example, the car control arm bracketcrack decreased by more than 20% to 0.1~0.3% drop 98.5%, the steel repair rate by the 30% down to 5%, which not only ensuredthe quality of products inside and outside , also promoted the produce efficiency and reduced the manufacturing cost.Keywords: complex thin-walled structure,casting crack,technology application and practice收稿日期：2016-04-07作者简介：鲁茂波（1989-），男，技术GD8管，GD8要从事GC2GC3铸造生产工艺技术G82材料GAB发及应用；生产现G88GC8废产品改善技术开发与应用方GCD的GABGACGC4铸 造 设 备 与 工 艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY2016年第4期2016 年 8 月 Aug.2016 №4doiGDA10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.04.016·应用研究·43· ·2016年第4期Ａug.2016 №4 铸造设备与 工艺图3 改后浇口、浇注系统方案图1 某汽车转向控制臂支架局部结构1）内浇道位置数目选择应保证铸件整体凝固顺序和补缩方式，同时凝固时内浇口应选择在铸件薄壁结构处，宜数量多，分散，使金属液能够快速充型。 顺序凝固时内浇口选择在厚壁处；2）内浇道应尽量薄，降低内浇道吸动区，有利于阻渣，减少进入初期渣的可能性；3）内浇道设计应保证金属液在铸型内流向一致，防止形成紊流，产生G80G81G82G83G84G82G85G86G87铸G88G89G8A；4）内浇道设计应尽量G8B阻G8C铸件G8DG8E缩[2]。G8FG90G91G92G93G94G95G96G97G98铸G88方式生产，G99内浇口位置分G9A在结构G9BG9CG9D，G95G96G9E有G9F口的GA0GA1GA2GA3GA4浇GA5GA6GA7，GA8GA92GAA。 凝固GABGACGAD，在浇GA5GA6GA7G8DGAE动GAFG99浇口G8DG8E缩方向GB0铸件凝固GB1应GB2方向成GB3GB4，GB5GB6凝固GB7应GB2，GB8使铸件在凝固GABGACGAD形成GB7GB9GBA。 浇GA5GA6GA7选择设计G8BGBBGBC，GB0内浇口GBDGBE的浇GA5GA6GA7GBF位GC0GAE有GC1GC2量补缩G9F口，在浇GA5GABGACGADG8FG9F口GC3GC4GC5GC6，GC7GC8阻流，GC9致G99浇口同时充型，G88成充型紊GCA，金属液在铸型内GCBGCC，GC9致GCDGCEG82G80渣G82G83G84。 整体铸型GCFGD0G8BGC0GD1，G8B同GBF位GCFGD0GD2GD3GD4GD5，GC9致铸件GB7GB9GBA形成。 GD6GD7G9DGD8设计G89G8A，GD9整内浇口位置，使GDAG8E缩GDBGB2GB0铸件GB1应GB2方向成90°~180°G85GB4，分GB2GDCGDDGDEGDFGE0阻GE1铸件G8E缩，降低铸件GB9GBAGE2浇口位置设计成GE3GDDGE4GE5GE6，降低浇口GBF位的GB7GA3G96时GE7，降低GB9GBA。浇GA5GA6GA7选择GE8GA0GA1GA2， GE9GC8GEAGAFGEBG9DGECGEDGC3型，GDFGE0GC3型紊流GC8GEE，降低铸件GB9GBA，GA8GA93GEFGAA。 G8FGF0GF1方GF2GE9GF3GF4，GB9GBAGF520%GF6G9D降低GEB3%~5%，降GF775%，GF8GF9GFAGFB。2 产品结构优化及防裂筋设计铸件壁厚G8BGC0GD1G82结构G9BGB4GFCGDDGDEG99GE8GB4GFDGFEG87G8BGBBGBC设计GC0GFFGC9致产生GB9GBA。 结构G9BGB4GFCGDDGC2GFFGC9致产生应GB2集GAD，形成GB9GBAGE2壁厚G8BGC0GD1致使冷却速GD0G8BGC0GD1，GCFGD0分G9A极G8BGC0GD1，厚GD5GBF分产生GD4GD5集GAD变形，GFF形成GB9GBA。 G8FG90G91G92G93G94GB9GBA形成GBF位GA8GA94GEFGAA。 浇GA5GA6GA7优G84和浇口位置GD9整GF41G823GBF位GB9GBAGDFGE0。 2GBF位GB9GBA比例高达3%~5%，形成GB9GBAGB1要是2GBF位浇口长时GE7GA3G96，凝固GABGACGADGBB金强GD0GFC低，G8F极限强GD0GDD于铸件凝固G8E缩的抗GDB强GD0，形成GB9GBA。进行工艺GF0进：1）浇口GBF位增GB5工艺补贴和GB5GD5铸G88G9BGB4，目的是增GB5GBB金凝固高GCF强GD0使之GD5于G8E缩GDB应GB2强GD0，避免形成GB9GBAGE22）浇口GD7面结构筋板处增GB5厚GD02 mmG82高GD02 mG82长GD0是浇口宽GD01.5倍长的防GB9筋。 GF5于防GB9筋GD4GE5，凝固迅速具有GD4高的强GD0，GB5强了铸件GFFGB9处的强GD0， 使之GD5于铸件凝固时的G8E缩GDB应GB2强GD0，图2 原有浇口、浇注系统方案图4 裂纹部位示意图F 铸件拦坝作用F 浇口平稳浇注系统铸件浇注后凝固两浇口处温度场均匀， 解决裂纹。132a）浇口位置与收缩应力方向 b）浇注系统结构a） b）F 铸件F 浇口F 铸件44· ·2016年第4期铸造设备与工艺鲁茂波，宫 震：降低结构复杂薄壁件铸造裂纹技术应用与实践避免了裂纹形成。 该改善对策实施后，如图5所示，裂纹由3%~5%降至1%~2%，降幅50%．3 熔炼浇注工艺优化3.1 钢水净化技术在熔炼浇注过程中预处理时，脱氧、脱硫作业或金属与炉衬材料相互作用，加上炉料生锈、钢水氧化等问题，造成钢水中存在大量的非金属夹杂物,导致钢水流动性显著降低，在凝固过程中低熔点夹杂物聚集在晶界上晚于铸件凝固，造成晶界（晶G80G81G82G83G84G85G85G86G87G88G89，低于铸件凝固G8AG8BG83G84，形成G8CG8D晶界G8E裂纹，G8FG90凝固G91G92G93G94，凝固G8AG8BG95G96G97大，晶界G8E裂纹由G8EG98G99G9AG9B，形成G9CG9D裂纹，所G9E钢水G9F化GA0GA1G95用GA2在GA3G94GA4GA5GA6GA7GA8GA9GAA夹杂物的GABGACGADGAE1G82GAFGB0GB1GB2GB3金成GB4，GB5GB6GB7GB8GB9氧化GBAGBBGBCGBD量GBE2G82金属GBFGC0G9D加熔GC1，GC2GC3上GC4夹杂物，或G98金属中加熔GC1，GC5GC6与金属形成GC7G84GC8GA8的GBFGC9金属夹杂物，GCA于聚GB3上GC4GCB3G82GCC用GCDGB3脱氧GC1，形成GC7G84GA8熔点低的GBFGC9脱氧GCE物，聚GB3形成大GBFGCF，GD0于上GC4GA9GD1[3]GD2上GD3GD4GA6钢水G9F化GA0GA1GD5GD6GD7GD8GD9GD1钢水中非金属夹杂物GD2GDAGDBGDCGDDGCC用过GDEGD6与钢水G9F化GC1GDFGE0GCDGB3实GE1GE2大程G84G9F化钢水GD2 钢水熔炼GCC用钢水G9F化GC1实GE1钢水G9F化GD2 浇注GB7GB8GE3GE4GE5熔炼钢水加GE6GE7量GB4GE8＞0.05%GE9GEAG9FGEBGECGED钢水G9F化GC1，在钢水量GEE熔炉GEFGF0时加GE6GD2 GEAG9FGEBGEC钢水G9F化GC1由GF1GF2非金属GF3GF4化GB3物GCDGB3形成，加GE6钢水中非金属GF3GF4与钢水中夹杂物GF5生聚GB3GF6G95，形成GC7G84GA8熔点低GBFGC9聚GB3物上GC4金属GBFG9CG9D，GF7过造GF8GC1GF9GFAG9CG9D造GF8，GE2大程G84GFBGD1夹杂物实GE1钢水G9F化GD2 GFC钢水G9F化GC1GFDGFEGFF方式，G9F化作用时G81持久，加GE6时GF5GE1钢水表G9DGF5生剧烈GF6G95，表G9DGC4出异于钢水颜色的夹杂物GD2 同时GCC用GCDGB3泡沫过GDE网对钢水G93G94过GDE，GFCGCDGB3过GDE网取代了锆英过GDE网在铸钢件上的G95用，GE2大程G84节约了GB8造成GCE成本，显著提升了GCE品表G9D和G8E部GE7量GD2GFCGE9钢水G9F化GC1+GCDGB3过GDE网GEDGCDGB3G9F化GA0GA1G95用后，裂纹由1%~2%降至0.5%~0.7%，铸钢件返修率由30%降至5%，既保证了GCE品G8EG99部GE7量，也提升了生GCE效率降低了GB8造成本GD23.2 熔炼工艺优化1G82熔炼材料至关重要，G95GB5GB6GB7GB8 P、S、Pb、V等GAD害GBAGBBGBD量，GEF般要求GB7GB8范围GAEw（SG82、w（PG82≤0.035%，w（AlG82≤0.15%，w（PbG82≤0.008%.禁止GC5用G88筑、电G96等G94业废钢GD2 尤GFE是结构GCD杂薄壁件G95GB5GB6GB7GB8废钢、GB3金GAD害GBAGBBGBD量，推荐GC5用低铅GB3金GD22G82回炉料（废品铸件、浇注系GA6G82GC5用也G95GFCGB5GB6GB7GB8，由于GAD害杂GE7、GBAGBB的遗GD4性，导致回炉料夹杂物、GAD害GBAGBBGBD量是GE2高的GD2 如果过量加GE6或全部GC5用回炉料熔化钢水浇注结构GCD杂薄壁铸钢件，钢水中夹杂物、GAD害GBAGBBGBD量异常偏高，很难用GAF常的扒GF8、脱氧等GDFGE0GFBGD1干G9F，造成GB5重的裂纹倾G98，裂纹比例偏高，甚至出GE1批量裂纹GD2 根据经验，回炉料GC5用量G95GB7GB8在20%~30%.3G82适当提高浇注温G84，可GA7轻结构GCD杂薄壁件的热裂倾G98GD2 这是因为GAEGEF方G9D增大了高温对铸GEB材料的热作用时G81，GC5GC6失GD9G83G84，提高铸GEB的G80G81性GBEG82GEF方G9D降低了铸件G8AG8BG83G84和集中G84形程G84[4]GD2 G85是浇注温G84G95保持GB3适的范围，过低钢水流动性G86，造成浇G87G88G89G8AG8B铸造G8CG8DGBE过高，由于结构GCD杂薄壁方G9DG8EG8F， 铸件G90G91凝固温G84G92G87G93G94，高温作用时G81G95久，也G96加重裂纹形成倾G98GD2 结构GCD杂薄壁件浇注G83G84G95GB3适GB1GB2，过低，钢水降温过G97GB9形成浇G87G88、G8AG8B铸造G8CG8D，过G97，铸GEBG8EG98G91难于GA9GD1和钢水中夹杂物在很G99时G81G8E难于GC4G9A浇注系GA6，GB9形成G98G9B、夹杂等铸造G8CG8DGD2 所G9E根据GCE品结构G95GB1GB2GB3适的浇注温G84和浇注G83G84GD24G82G90G91浇注后，在铸件凝固过程中G9C浇注系GA6浇G9DG9EG9FGBA，GA0热GA1件GE2G97，导致铸GEBG90G91凝固GA0热G87G93G94，凝固G95G96GB4GA2G86异大，导致铸件凝固过程中高温G83G84GE2低部GA3形成裂纹GD2 GCC用保温GA4GA5GC1或GF5热GA4GA5GC1改善浇注后铸GEBG90G91GA0热GA1件，GC5GC6GF1结构部GA3GA6G93G94GA0热，G93G94凝固GD2 降低结构GCD杂薄壁件裂纹形成GD2图5 防裂筋设计与增加工艺补贴加大圆角增加防裂筋，筋板结构拐角优化45· ·2016年第4期Ａug.2016 №4 铸造设备与 工艺1）碳质量分数控制在3.10%～3.20%范围内，同时P质量分数控制在0.04%以下；2）采用二级孕育槽孕育，确保孕育均匀，包内放置浮硅补偿孕育衰退；3）浇注温度控制在1 290 ℃～1 310 ℃；4）在发生冷裂的缸壁与内腔筋板相交的热节部位铺设冷铁，改变热场，力求热节部位与缸壁同时凝固，减小热应力；5）在发生冷裂的部位增加拉筋， 提高该部位强度；6）将压箱时间由原来的120 hG80G81G82G83 168 h，G84G85G86箱温度G87高；7）G88G89控制时G8AG8BG8C，G8DG8EG8FG90内应力G91G92G87以G93G84G85G94G95的G96G97，G98G99G9AG9BG9C该G9DG9E的冷裂G9FGA0的发生G80减GA1G9CGA2G9EGA3GA4GA5G914 结束语G8FGA6G9D生冷裂与GA7GA8内GA9GAAGABGACGADG80内GAAGAEGAFGACGB0GB1G98GB2GB3GB4GB5GB6GB7GB8GB9，GA9GAAGAEGAFGACGBA注GBBGA6GB3G8FGBCGB9G91 在GBDGBE的生G9DGBFGC0GC1GC1GC2GC3GC4GC5GAEGAF来GC6GC7GC8GC9冷裂的G94G95G80 GCAGCBGCCGCDGCEGCFGD0GD1GD2GB6GD3的，GD4GD3GC2GC3GBDGBEGD5GD6采GD7GD8GD9GDAGB3 GD8GACG8A的GAEGDB，GDCG8E裂GDDG9D生的GB6GD3GB8G91参考文献：［1］ 张习志，余明.铸件裂纹的形成原因及防止方法［J］.煤矿机械，2007，28（11）：104-106.［2］ 日本铸造工学会. 铸造缺陷及其对策［M］. 北京：机械工业出版社，2008：78-79.［3］ 郝石坚. 现代铸铁学［M］. 北京：冶金工业出版社，2004：166-168.5）在GD2GDEGDFG8FGA6GE0用GB8GD3的GE1提下G80GB6GE2GE3GE4GE5GB0GB1G98GB2G80GE6GE7热裂GE8GE9GEA小的GEBGB4G91 GECGEDGEEGEFGF0GF1GF2壁G8FGF3GA6G80 在保GF4碳GE3量GD2变的GBBGA6下G80采用GDCG8EGF5碳量G80提GF6GF5GF7量来GDCG8EGF8GEFGF0GF1GF2壁G8FGF3GA6裂GDDG91GF9GFA浇注G8BG8CGE4GE5GFBGB0GFCGEEGEFGF0GF1GF2壁G8FGF3GA6裂GDDGFD由0.5%~0.7%GDCGFE0.1%~0.3%G80GDCG8E裂GDDG8AGFF显著G91浇注位置及浇注系统GE6GE7GB3G9DG9EGEEGEFGFBGB0及G84裂筋设计GB3GF9GFA浇注G8BG8CGFBGB0三GAEGAFGDCG8EGEEGEFGF0GF1GF2壁G8FGF3GA6裂GDD技术GF0GEB应用G80GE0控制臂支架裂GDDGFD由20%以G93GDCGFE0.1%~0.3%G80GDC幅98.5%G80G8AGFF显著；G8FGF3GA6返修GFD由改GE130%GDCGFE5%G80既保证G9CG9DG9E内GA9部质量G80 GC0提GF6G9C生G9DG8AGFDGDCG8EG9C制造G98本G914 GEE论1） 浇口位置及浇注系统GE6GE7应保证浇口收缩拉力与G8FGA6凝固主拉应力夹角G9890°～180°G80GE0得GE5体凝固应力GD8小G80从而减小裂GDDG91 浇口形状GB3大小应GEBGE2GE6GE7G80GC8GC9GAA充GBC紊流GA3热作用时间G87G82形G98裂GDDG91 GEEGEFGF0GF1GF2壁GA6浇注系统设计GE6GE7应保证GF3水平稳充GBCG80GC8GC9紊流造G98氧GB0夹渣G80形G98裂GDDG912） 采用新GBCGF3水净GB0剂在GF9GFAG87程GBFGBD现GF3水净GB0G80GDCG8EGF3水渣子GB9GF1质GF5量G80提GF6GF3水洁净度G80GDCG8EGAA夹GF1物形G98的裂GDDG91 GF3水GB0GB1G98GB2应G88G89控制SGB3PGB3AlGB3PbGB9GAC害元GABGF5量G80一般要求控制范围：w（S）GB3w（P）≤0.035%G80w（Al）≤0.15%G80w（Pb）≤0.008%.禁G85GE0用建筑GB3电力GB9G97业GA2GF3G91 GF9GFA浇注遵循高温出炉G8E温浇注G80 模壳GBD现热壳浇注G80禁G85冷壳浇注G80出炉浇注100%测温G80浇注温度GC2GC3G9DG9EGEEGEFGE2GE3GE6GE7G91 同时G88G89控制GA2G9EGA6/浇注系统回炉料加入量G80一般控制在20%~30%.保温覆盖剂或发热覆盖剂应用G80减小GAA浇口杯快速散热导致的GD2均匀凝固G80减缓凝固速度G80GDCG8E裂GDDGE8GE9G80GC0GB6显著改善G8FGF3GA6缩孔问题G913）G9DG9EGEEGEF局部GE4GE5G80浇口引入部位或其他GEEGEF增加G8BG8C补G80G80或加大G8F造G81角G80GCFGD0GAA浇口部位热作用时间G87G82强度GD2G82G9D生的裂GDDG91 在裂GDD形G98部位设计G84裂筋G80G92G87G84裂筋G83凝固建G84强度GCFGD0裂GDDG914）GDCG8EGEEGEFGF0GF1GF2壁GA6G8F造裂GDDG85术应用G86G87G80 G9DG9E生G9D质量稳G88G80 裂GDDG89G8AG8BG8C在0.23%G8DG8EG80G8FG8BG8C节G90GA2G9EG91位126 tG80G92G8A123G93元以G93G91参考文献：［1］ G94G95G96G80G97G98G99.G8F造G8BG8CGB1［M］.北京：G9AG9BG8B业出G9CG9D,2003.［2］ GBFG9EG8F造G9FGA0.G8F造G8B程GA1GA2GA3［M］.北京：G9AG9BG8B业出G9CG9D,2010.［3］ 程俊伟，郭亚辉，靖琦，郑予溶，袁书仓.柴油机缸体铸件裂纹缺陷的成因分析与对策［J］.铸造设备与艺，2009（6）：28-29.［4］ 王纪涛，马伟东，孙宝金.货车转向架摇G80G81架裂纹机G82分析［J］.铸造设备与工艺，2015G832）：46-50.（上接第42页）46· ·