d6110zq曲軸鑄造工藝的改進(jìn)

d6110zq曲軸鑄造工藝的改進(jìn)

以球鐵的平衡和硬化理論為指導(dǎo)，結(jié)合d6110zq球鐵軸（qt900-3）的結(jié)構(gòu)特征，合理配置冷鐵，放置頂板，調(diào)整各部位的冷卻條件，最終硬化部分的頂板和收縮。它減少了鑄造板的收縮孔和收縮缺陷，并取得了顯著成效。1連皮亞胺生產(chǎn)曲軸結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,主軸頸均為實(shí)心,直徑為?100mm;連桿頸均為空心,直徑?85mm;大頭最大直徑?134mm;其次?126mm;曲軸總長(zhǎng)1043mm,共有8塊平衡塊,毛坯重約為93kg。1.1制造工藝1.1.1鐵水樣品的預(yù)處理鑄造曲軸的化學(xué)成份見(jiàn)表1,球化劑為稀土鎂或稀土鎂加銅、鉬,球化劑FeSiMg8RE5加入量為1.3%～1.5%;選用75FeSi孕育劑和SRC高效孕育劑,孕育量分別為0.7%～0.9%和0.12%～0.15%。鐵水采用7t/h沖天爐熔煉,爐前用沖入法在2t鐵水包中進(jìn)行球化處理,處理溫度在1430℃～1460℃。銅、鉬或以球化劑形式加入,或是出鐵槽中加入破碎鉬鐵(2mm～5mm),處理包中加入銅。在出鐵槽中加入75FeSi進(jìn)行一次孕育,在澆注時(shí)用SRC進(jìn)行二次隨流孕育,流注溫度控制在1290℃～1360℃。1.1.2高壓造型機(jī)平澆平冷,潮模造型,型砂水分控制在4.5%～5.0%范圍內(nèi)。造型用自制高壓造型機(jī)ZQ3514,比壓0.8MPa～1.0MPa。一箱一件,砂箱尺寸為1390mm×440mm×250mm,鑄型硬度平面可達(dá)90以上,側(cè)面可達(dá)85以上。造型工藝方案見(jiàn):2曲軸鑄造工藝方案的改進(jìn)。1.1.3并注意的問(wèn)題有以上條件作基礎(chǔ)和合理的化學(xué)成份控制及正確的熱處理工藝(高溫正火霧冷+回火)作保障,曲軸的牌號(hào)(QT900-3)所要求的性能基本能穩(wěn)定達(dá)到。1.2研磨球鐵的制造1.2.1膨脹的u3000鐵水冷卻產(chǎn)生體積收縮,凝固時(shí)析出石墨產(chǎn)生體積膨脹,膨脹可以抵消一部分收縮。均衡凝固就是利用收縮和膨脹的動(dòng)態(tài)疊加,采取工藝措施,使單位時(shí)間的收縮與補(bǔ)縮、收縮與膨脹按比例進(jìn)行的一種凝固原則。1.2.2球墨鑄件的補(bǔ)縮保護(hù)球墨鑄鐵一般呈“糊狀凝固”,冒口的補(bǔ)縮通道會(huì)較早地受到析出的共晶團(tuán)或共晶集團(tuán)的阻礙,不利于的補(bǔ)縮,易出現(xiàn)縮松,因而球墨鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離較灰鑄鐵的小。球鐵件應(yīng)以自補(bǔ)縮為基礎(chǔ),充分利用自補(bǔ)縮,冒口只是補(bǔ)充自補(bǔ)不足的差額。為此,球鐵件的冒口不必一定晚于鑄件凝固,冒口在尺寸上或模數(shù)上,可以小于鑄件的壁厚或模數(shù)。1.2.3增加自補(bǔ)縮能力在均衡凝固工藝中采用冷鐵,平衡壁厚差,消除熱節(jié),防止縮松;加速個(gè)別熱節(jié)處的冷卻,使整個(gè)鑄件接近于同時(shí)凝固,以防止鑄件產(chǎn)生變形和裂紋;在冒口難于補(bǔ)縮的部位防止縮孔縮松。冷鐵除了防止鑄件厚壁處、熱節(jié)處縮松外,由于使一部分石墨膨脹提前,使脹縮的均衡點(diǎn)前移,減小表面收縮,同時(shí)可以縮小冒口的尺寸,提高工藝出品率。為此冷鐵不僅對(duì)安放冷鐵的部位有作用,而且對(duì)鑄件的整體亦有增強(qiáng)自補(bǔ)縮的增益作用。對(duì)于碳當(dāng)量在4.5%左右的D6110ZQ曲軸其共晶石墨膨脹量遠(yuǎn)大于共晶奧氏體收縮量,但因?yàn)殍T件收縮先于石墨化膨脹,且收縮量是先大后小而膨脹量是先小后大,所以自補(bǔ)縮能力很差,仍能產(chǎn)生縮孔。加冷鐵后鑄件在凝固初中期冷卻能力增加,使石墨化膨脹提前,增加了補(bǔ)縮效果;冷鐵還改變幾何熱節(jié)的位置,縮短補(bǔ)縮通道。所以冷鐵能使鑄件縮孔率降低。1.2.4冒口頸設(shè)計(jì)工藝要求鑄鐵件的收縮值是不確定的,收縮速度亦是可變的,在生產(chǎn)條件下,對(duì)確定的鑄件,膨脹收縮的均衡點(diǎn)及表觀收縮的大小,總有一個(gè)波動(dòng)范圍,而鑄件工藝設(shè)計(jì)的冒口和冒口頸尺寸是固定的。如何用一個(gè)固定尺寸的冒口來(lái)適應(yīng)變化著的生產(chǎn)條件、變化著的收縮時(shí)間和收縮量,這就要靠冒口頸的自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用。冒口頸要具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用,需具備3個(gè)條件:(1)冒口不安放在鑄件的熱節(jié)處;(2)加大冒口體積;(3)冒口頸短、薄、寬是關(guān)鍵。2d2110zq細(xì)胞集中縮孔2.1原始方案試制時(shí)首先是沿用X6105、X6110曲軸的鑄造工藝方案。鐵水從小頭端頸一個(gè)?150×180的冒口引入,并在曲軸大端開(kāi)設(shè)一個(gè)?22的出氣冒口,在1、6拐連桿頸側(cè)各使用一塊連桿頸冷鐵和一塊瓦片砂芯冷鐵(2、3、4、5拐連桿頸均有一大部分靠瓦片砂芯形成),冷鐵形狀尺寸見(jiàn)圖2。原工藝方案見(jiàn)圖3。試制結(jié)果,曲軸雖然在材質(zhì)方面穩(wěn)定達(dá)到QT900-3的牌號(hào)要求,取13根利用超聲波探傷對(duì)連桿頸檢測(cè)亦有11根合格,但是精磨后卻發(fā)現(xiàn)每根曲軸主軸頸表面均不同程度的存在縮孔和縮松缺陷,導(dǎo)致曲軸報(bào)廢。缺陷具體部位見(jiàn)圖3的缺陷示意圖。2.1.1第1次改進(jìn)方案據(jù)上述,主軸頸縮孔主要存在于上型,且接近表面,分析認(rèn)為主軸頸上型部分的冷卻速度較下型部分慢,因此在主軸頸上增設(shè)了6塊冷鐵(第一主軸頸上不放),其形狀大小見(jiàn)圖4。改進(jìn)后方案共計(jì)使用冷鐵18塊。解剖試澆的部分曲軸,所有主軸頸每檔鋸兩刀,同時(shí)鋸開(kāi)部分連桿頸,結(jié)果表明第Ⅰ主軸頸至第Ⅵ主軸頸只有個(gè)別軸頸存在縮孔,且縮孔位置距鑄件表面大于12mm,在允許存在范圍內(nèi),對(duì)曲軸性能影響不大;但在第Ⅶ主軸頸處卻發(fā)現(xiàn)了大量集中縮孔,形狀位置見(jiàn)圖5。在連桿頸處未發(fā)現(xiàn)有縮孔縮松。第1次修改方案的結(jié)果,第Ⅶ主軸頸產(chǎn)生縮孔,這是由于水平小端澆注,在水平方向上存在溫度梯度,第Ⅶ主軸頸離澆冒口最遠(yuǎn),該處溫度低,而球鐵的糊狀凝固導(dǎo)致冒口難以補(bǔ)縮該處凝固產(chǎn)生的收縮,因而產(chǎn)生大量的集中縮孔。2.1.2第2次改進(jìn)方案根據(jù)均衡凝固理論在鑄件冷卻凝固到均衡點(diǎn)前由于收縮大于膨脹必須靠外部補(bǔ)縮;所以用冒口補(bǔ)縮鑄件本身自補(bǔ)不足的差額。使用冷鐵是為了平衡曲軸本體的壁厚差,縮短主軸頸和連桿頸的凝固時(shí)間和收縮時(shí)間,使曲軸均衡點(diǎn)提前,以減小冒口或不用冒口。但依據(jù)曲軸報(bào)廢情況,顯能冷鐵的使用,只能減輕對(duì)冒口補(bǔ)縮的要求而不能取代冒口的補(bǔ)縮作用。由于主要縮孔存在于第Ⅶ主軸頸處,在盡量少改動(dòng)工裝的情況下,決定取消第Ⅶ主軸頸的冷鐵而轉(zhuǎn)移至冒口中。根據(jù)均衡凝固工藝采用比例法確定冒口直徑:D=(1.0-1.2)T(1)H=(1.2-1.5)D(2)D:冒口頸或內(nèi)切圓直徑;T:鑄件直徑或熱節(jié)圓直徑;H:冒口高度;依據(jù)曲軸結(jié)構(gòu),取:D=1.2×100=120mm;H=1.5×120=180mm最后考慮模底板尺寸的限制,確定在鑄件大端按上述要求設(shè)計(jì)1個(gè)D=120mm的頂冒口,冒口類(lèi)型選取了暗冒口和明冒口2種方案,冒口頸靠砂型形成。在加設(shè)冒口后,第Ⅶ主軸頸冷鐵取消,于是共用冷鐵17塊。通過(guò)上述工藝改進(jìn)后,進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3所示:試驗(yàn)曲軸1#、2#是用澆X105曲軸鐵水(QT700-2)澆注鐵水中不加銅、鉬合金元素,3#、4#用規(guī)定的(QT900-3)鐵水澆注,加銅、鉬合金(SRC孕育劑2次隨流孕育)。鉬增加碳化物穩(wěn)定化,易形成碳化物—磷共晶復(fù)合物,更增加縮孔縮松的傾向;銅合金本身屬凝固溫度間隔狹窄的合金,在順序凝固條件下易形成集中縮孔。但由表3可知所有這些對(duì)D6110ZQ曲軸縮孔縮松的形成影響不大。由曲軸1#、2#、3#、4#比較可知,采用明冒口主軸頸處縮孔縮松傾向小,明冒口較暗冒口的補(bǔ)縮效果好。解剖曲軸3#的主軸頸Ⅶ發(fā)現(xiàn)有約12mm×12mm大小的集中性縮孔,縮孔正好靠近頂冒口頸的下方。產(chǎn)生該現(xiàn)象是因?yàn)槊翱陬i截面設(shè)計(jì)的太小,自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力差,在尚未完成輸送補(bǔ)縮液體的任務(wù)時(shí)就凝固截死,此時(shí)主軸頸Ⅶ內(nèi)部的收縮還要抽吸冒口頸處的鐵水,從而導(dǎo)致液面從冒口頸處脫離逐漸內(nèi)縮下降,縮孔隨之發(fā)生。只有短、薄、寬的冒口頸才能起到自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用,因此將冒口頸尺寸由原來(lái)的30mm×24mm擴(kuò)大為50mm×28mm。改變冒口頸尺寸及采用明冒口后,再投入試驗(yàn)。試驗(yàn)后共解剖了5根曲軸,每檔主軸頸鋸兩刀,部分連桿頸也鋸開(kāi),結(jié)果僅有兩根存在很細(xì)小的宏觀縮松缺陷,且位于主軸頸的中心部位。其中一根只在第Ⅳ主軸頸檔的一個(gè)斷面處存在,另一根只在第Ⅵ主軸頸檔的一個(gè)斷面處存在。這種細(xì)小的缺陷對(duì)曲軸的性能不會(huì)有多大的影響,可說(shuō)明改進(jìn)后的工藝方案是有效的。在曲軸小端有1個(gè)?105×180mm的冒口,為什么在曲軸大端設(shè)置一個(gè)?120×170mm的頂冒口能解決主軸頸Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等處的縮孔縮松缺陷呢?這首先是由于D6110ZQ曲軸的本體結(jié)構(gòu)所決定的,曲軸毛坯總長(zhǎng)有1043mm,還要有冒口頸的自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用及冒口能夠提供足夠鐵水作前提。球鐵件的冒口補(bǔ)縮時(shí)間只占總凝固時(shí)間的一部分,補(bǔ)縮過(guò)程是鑄件處于連續(xù)的液相條件下進(jìn)行的,所以在符合上述條件下,補(bǔ)縮距離在理論上來(lái)講可以不受限制,但在實(shí)際中還是有一定的限制。3冒口頸尺寸的自適應(yīng)調(diào)節(jié)作用(1)合理地設(shè)置冷鐵,可以減小縮孔或縮松缺陷,或者可使縮