消除JL465Q缸体渗漏缺陷的措施

谢寨川，邹荣剑（重庆大江工业集团铸锻公司，重庆 401321）

消除JL465Q缸体渗漏缺陷的措施

谢寨川，邹荣剑（重庆大江工业集团铸锻公司，重庆 401321）

由于JL465Q缸体的型腔结构复杂，热节部位多，易造成渗漏缺陷，渗漏废品率最高时达到了15%。通过从铸造工艺、孕育处理、浇注温度等几方面对JL465Q缸体渗漏缺陷产生的原因进行分析，采取调整浇注温度、孕育剂种类和孕育加入量，以及使用激冷涂料和SD－2NC高强度覆膜砂等措施，有效地解决了缸体的渗漏缺陷。

缸体；渗漏；浇注温度；激冷涂料；覆膜砂

JL465Q发动机缸体是微型汽车发动机上最主要的零部件之一，最大轮廓尺寸为317mm×298mm×237mm，重量30kg，材质为HT250。铸件、砂芯结构复杂，其型腔由13个砂芯组成；壁厚相差悬殊，铸件最薄处为5mm，砂芯最薄处为6mm。分布多处的铸件热节容易造成缩松、晶粒粗大等缺陷；而铸件薄壁处也极易形成冷隔、浇不足等缺陷；以及砂芯薄壁处在承受高温金属液体侵蚀冲刷时，容易产生漂移、砂芯断裂等缺陷。所有这些缺陷都会不同程度地造成缸体渗漏，渗漏率最高时达到15%以上。

1 生产条件

熔炼设备为6t变频感应电炉，造型方式为湿型砂气冲造型生产线，生产方式为连续生产。生铁采用硫磷含量较低的球墨生铁，废钢为优质碳素钢，回炉料为同类产品回炉料，孕育剂为硅钙孕育剂和锶硅孕育剂，增碳剂为晶体石墨增碳剂，其它合金材料为硅铁、锰铁、锡锭、电解铜。

铁液化学成分控制范围（质量分数）为：3.2% ～3.5%C、1.9% ～2.2%Si、0.7%～1.0%Mn、≤0.06%P、0.08%～0.15%S、0.3%～0.8%Cu、0.2%～0.5%Cr。

2 原生产工艺及质量状况

2.1 原工艺

我公司造型线砂箱尺寸较大，内口尺寸为1200 mm×800mm×350/350mm。为了提高生产效率，降低成本，在工艺设计时采用了一箱四件的工艺方案。

虽然底注式浇注系统没有中注和阶梯式浇注系统好，但底注式浇注系统充型平稳[1]，而主机厂对缸体加工时的初定位基准是轴承座平面，为了确保加工后的尺寸稳定性，同时我公司生产线为水平分型式,因此我们选用了底注式卧浇浇注系统，从下箱底面法兰边缘浇注，其模板布置图如图1。

2.2 存在的问题

465Q发动机缸体在批量生产过程中发现铸件的渗漏,主要是由于漂芯——水道芯在高温时断裂发生移位，使得水道与回油道贯通造成的，见图2，其次是由高压油孔与水道之间的铸造缺陷造成，见图3。

表1 465Q缸体铸造缺陷统计（%）

3 渗漏缺陷原因分析及解决措施

3.1 浇注温度的影响

对于465Q发动机缸体这类结构复杂、铸件壁厚不均匀、最小壁厚只有5mm的铸件，浇注温度对产品质量有较大的影响。

3.1.1 原浇注工艺及渗漏情况

465Q发动机缸体原浇注工艺的浇注温度为1430～1380℃，每包铁液浇注6箱，浇注时间大于10 min。在这种浇注工艺下，由于浇注温度较高，铸件气孔、砂眼等缺陷较少，但铸件抬芯、渗漏缺陷较多。对此，对每包铁液浇注的6箱产品分别进行编号，分析浇注温度变化对渗漏缺陷的影响程度，统计结果如表2。

由表2可以看出，第1箱和第5箱渗漏率明显高于第2箱、第3箱、第4箱，而第3箱渗漏率最低。说明浇注温度对渗漏有明显影响，过高、过低的浇注温度都会明显增加渗漏率。

表2 原浇注工艺渗漏情况

分析认为，原工艺设定浇注温度最高值偏高，铸件冷却、凝固时间过长，造成晶粒得以自由长大造成晶粒粗大[5]。同时，过高的浇注温度还会造成水套芯漂浮、断裂，造成铸件浇不足。根据多次测温经验，铁液在浇注过程中，浇包内铁液每分钟降温7～9℃，10 min的浇注时间最少可使铁液降低70℃，那么第5箱的浇注温度完全可能只有1360℃，该温度远远低于工艺规定下限1380℃，过低的浇注温度容易造成铸件冷隔、浇不足等缺陷。

3.1.2 改进后浇注工艺及渗漏情况

根据统计分析结果，对浇注工艺进行了改进，浇注温度由 1430～1380℃调整到 1415～1380℃，每包铁液浇注箱数由6箱调整为4箱，这样缩短每包铁液的浇注时间，减少浇注过程中铁液温度的损失，使每箱的浇注温度均在最佳浇注温度范围内。浇注工艺改进后的渗漏情况统计如表3。通过表3可以看出，修改浇注工艺后，渗漏率明显下降，而且各个箱次渗漏情况相当。

3.2 孕育剂的影响

为了了解不同孕育剂对渗漏的影响，我公司采用硅钙孕育剂和锶硅孕育剂两种孕育剂进行对比试验，并在不同孕育加入量情况下进行多次试验，试验结果见表4。孕育工艺采用的是包内冲入法，采用不同的孕育剂进行孕育处理，但孕育处理的工艺是一样的，因此采用锶硅孕育剂和硅钙孕育剂对渗漏的影响是一样的。

结果表明，每种孕育剂的孕育量对渗漏问题都有一定影响。孕育剂量越大，渗漏倾向越大。同时，锶硅孕育剂渗漏率明显低于硅钙孕育剂渗漏率。这是因为孕育剂加入量过大时，由于造成了过孕育而使共晶团数大量增加，反而加大了缩松倾向；而锶硅孕育剂在明显降低白口倾向的同时，并不过分细化共晶团，故而能减少孕育后铸铁产生缩松倾向[2，4]（见图4、5）。因此，锶硅孕育剂特别适用于发动机缸体缸盖类薄壁铸件，对消除白口及防止缩松是有效的。

表4 孕育剂加入量对渗漏的影响

采用锶硅孕育剂进行孕育处理后的产品，力学性能和金相组织更好，完全满足用户质量标准，锶硅孕育剂和硅钙孕育剂不同加入量情况下对力学性能、金相组织的影响如下：孕育剂加入量在0.25%～0.45%时的力学性能见表5；孕育剂加入量在0.25%～0.45%时的金相组织见图6和图7。通过以上对比试验，可以看出，采用加入量为0.35%锶硅孕育剂，其综合性能最好。

表5 不同孕育量对力学性能、金相组织影响

3.3 激冷涂料的影响

原工艺砂芯涂料为浸涂水基石墨涂料,有利于防止铸件表面粘砂，提高铸件表面粗糙度。解剖465Q发动机缸体渗漏部分，发现80%以上渗漏件都是因为热节处存在疏松、晶粒粗大造成的。为解决这一问题，进行了通过激冷涂料改善凝固过程的试验。

3.3.1 锆英粉涂料的试验及效果

由于锆英粉涂料具有较高的导热性，试验用锆英粉涂料刷涂在铸件热节处，涂层厚度0.2～0.4mm，与石墨涂料对比（见表6），热节较小的地方渗漏问题基本解决。

表6 涂料工艺对渗漏的影响

3.3.2 碲粉涂料的试验及效果

465Q发动机缸体热节多，大小不均，通过提高铁液品质和使用锆英粉涂料等，都未能解决渗漏。

资料介绍[3]，碲粉涂料可以使靠近碲粉涂料涂层的铸件表面产生很薄的一层激冷白口铁，该激冷层组织致密，可有效地防止铸件的缩松渗漏。碲促使铸件表面形成白口层，其白口化作用的形成主要有：

（1）气化过程。碲在与铁液相接触时，由于碲的升华而吸收大量的热，造成铸件表面过冷，改变铁液的临界冷却率，加快铁液的实际冷却速度，加大结晶所需的过冷度，从而产生致密的白口组织。

（2）熔解过程。涂料中加入熔点较低（450℃）的碲粉，当涂层接触浇注的金属液时，涂层中的碲粉即呈熔融状态，部分碲熔入铁液表层中，由于碲是强烈反石墨化元素，从而阻碍了石墨的析出，促使铸件表面产生白口层，防止组织缩松，这就是铸件表面合金化的作用原理。

（3）安全性。碲粉涂料虽然是一种有毒物质，但是我厂使用的碲粉涂料其碲含量较低，只有10%左右。另外，碲的有害性是在其燃烧后产生的燃烧物对人体有害。我厂在生产过程中，操作人员进行碲粉涂料的涂刷均是用排笔进行涂刷，人不直接接触碲粉涂料。

试验用醇基碲粉涂料刷涂在热节处水套芯上，涂层厚度0.2～0.4mm，效果较好，渗漏情况见表6。

3.4 覆膜砂的影响

465Q发动机缸体水套和回油道之间壁厚为5 mm，而水套砂芯最薄处仅6mm，并且在铸型中形成80mm长的悬臂芯，受四周高温铁液作用，容易漂移、断裂，造成水套与回油道之间浇不足，铸件产生渗漏。

原水套芯是采用热芯盒覆膜砂制芯，牌号为DSD-2，性能指标如表7。

表7 DSD-2覆膜砂性能

常规检测DSD-2覆膜砂性能指标，100%都合格，但是，水套芯漂移、断裂问题始终不能解决，波动范围在0～10%。分析认为，水套芯是在1380℃以上的高温铁液侵蚀、冲击下工作，常规检测无法真实反映水套芯在工作状态下的承受能力，而且，我国至今仍没有合适的检测仪器和检测方法来对高温条件下的覆膜砂进行质量控制。

几年来，与覆膜砂生产厂共同研发出SD-2NC覆膜砂，用于生产水套砂芯，因水套芯漂移、断裂造成的渗漏已稳定控制在0.5%以下。为了确保覆膜砂质量的稳定性，工厂与覆膜砂生产厂签定了因覆膜砂质量问题造成的废品进行赔偿的质量保证协议。通过完善供应材料的质量保证体系，有效地减少了渗漏缺陷。

4 结语

通过对465Q发动机缸体的工艺改进，有效地解决了渗漏缺陷。目前，我厂生产的465Q发动机缸体渗漏率控制在1%以下，大大降低了废品损失，取得了显著的效果。

（1）浇注温度对465Q发动机缸体渗漏缺陷影响较大，过高或过低的浇注温度都不适合浇注465Q发动机缸体，浇注温度控制在1380～1415℃比较恰当。

（2）锶硅孕育剂比硅钙孕育剂更有利于解决465 Q发动机缸体渗漏缺陷。

（3）孕育量越大，渗漏倾向越大。

（4）合理选择激冷涂料，有利于改善铁液凝固过程，有利于解决渗漏缺陷。

（5）选择合适的覆膜砂，利用质量保证体系控制覆膜砂质量是解决渗漏缺陷的有效途径。

[1]刘文川，马全.车用发动机气缸体类铸件的浇注工艺[J].铸造技术，2001（6）:25-27.

[2]李荣德，于海明，丁晖，等.铸铁质量及其控制技术[M].北京:机械工业出版社，1998.

[3]吴世云.水基碲粉涂料在康明斯6BT缸体铸件上的应用[J].造型材料，2002（3）：8-10.

[4]王占蛟，田普昌，张济勋，等.孕育量及合金加入量对缸体渗漏的影响[J].中国铸造装备与技术，2003（3）：22-24.

[5]林松波.铸件的缺陷和防止方法[M].北京:机械工业出版社，1986.

Leakage Elimination of Model JL465Q Cylinder Block

XIE ZhaiChuan，ZOU RongJian
（Casting-Forging Co.Ltd.，Dajiang industrial Group，Chongqing 401321，China）

The cavity structure of Model JL465Q cylinder block is complex with many hot spots that leakage defects are apt to appear when it was machined hence the leakage rejection rate up to 15%.The casting technology，inoculation，pouring temperature have been analyzed before the pouring temperature，the inoculant type and the quantity have been adjusted，the use of chill coating and SD-2NC high strength pre-coated sand adopted then the leakage defects of cylinder block been canceled.

Cylinder block；Leakage；Pouring temperature；Chill coating；Pre-coated sand

TG245;

A；

1006－9658（2010）02－4

2009－11－03

2009－144

谢寨川（1966-），男，高工，主要从事铸造生产、技术、质量