493 系列缸体渗漏问题的分析与对策

（江铃汽车股份有限公司铸造厂，江西南昌 330001）

493 系列缸体是江铃汽车股份有限公司铸造厂重点产品之一，年产量约10 万件，其主要壁厚为4 mm～6 mm；外形尺寸为420 mm×210 mm×279 mm，铸件质量为69.5 kg，最大壁厚20 mm，最小壁厚约4 mm，铁水牌号为HT250，本体缸盖面1、2 缸取样要求σb≥200 N/mm2，硬度（163～248）HB，缸筒铸造形成，加工后缸筒内不允许有任何缺陷；

自2010 年以来，每隔一两年493 系列缸体会出现批量异常渗漏问题，渗漏废品率由正常0.5%左右上升到5%甚至10%.由于渗漏检测是在493 缸体全部加工完成后进行，因此渗漏的缸体报废导致成本较大，造成了较大的损失。

1 渗漏及渗漏原因分析

渗漏是指缸体在发动机精加工后在压力试验（水压/气压）时发生泄漏的现象，主要发生在缸体的水套腔或是油道腔。

产生渗漏现象大致可分为两种原因。一种是由于油道腔或水道腔壁上夹杂、杂质而产生的渗漏。比如坭芯分型面披缝、飞边、毛刺未清理干净，或坭芯表面粘附着砂块或砂粒，在浇注时被铁液冲刷下来停留在水套壁或油道壁上，形成砂眼，使内腔壁贯通而产生渗漏；铸型型砂强度低、局部紧实度不够形成的尖角砂经铁水冲刷到内腔壁贯通而产生渗漏；铁水不纯净，浇注系统挡渣能力和过滤能力效果有差，从而使铁水中的夹渣进入了型腔内，使内腔壁形成贯通性的渣孔而渗漏。另一种是铁水在凝固过程中因缩孔/缩松引起的渗漏，这种渗漏常发生在油道腔（水道腔）或缸盖面等热节部位，而往往出现缩松或缩孔导致的渗漏比例会很高。

493 系列缸体铸件结构复杂，其渗漏部位主要在缸盖面的螺孔附近，如图1 所示。对有渗漏的铸件在渗漏缺陷部位大量解剖发现，用肉眼看上去缺陷部位的颜色明显更黑，不同于基体的颜色。缺陷处取金相试样，经打磨抛光后，可以看出石墨形状偏长且呈树枝晶，因此可以判断导致螺孔渗漏的原因是缩松造成的。

图1 渗漏缺陷

2 常见解决渗漏问题的方法

2.1 夹杂引起的渗漏解决方法

清理干净坭芯的分型面飞边、毛刺，并清理坭芯表面附着的砂粒或砂团，防止可能形成的砂眼导致渗漏。提高铸型强度及型砂性能；避免形成尖角砂且避免金属液直接冲击铸型；合理设计浇注系统，横浇道应有良好的拦渣功能，防止铸件产生渣眼现象。设置过滤系统，过滤器一般设置在直浇道上，横浇道应具有良好的挡渣效果，并做好铁液净化工作（造渣、除渣），防止铸件产生渣眼。

2.2 缩孔、缩松引起的渗漏解决方法

2.2.1 提高碳当量

铁液成分不恰当，灰铸铁凝固结晶范围变宽，初生奥氏体枝晶析出量多而粗大，使石墨化不充分，析出量较少，因而缩松倾向大。因此，提高碳当量是减少缩松倾向首选的措施。一般将碳当量控制在3.90%以上，大多在3.95%～4.05%范围[1]。

2.2.2 加快局部冷却速度

在容易产生缩松的热节部位，可以局部刷碲粉醇基涂料，使用硌铁矿砂，局部增加冷铁等方法，增加热节部位的冷却能力，减少缩松倾向，防止产生缩松，这种方法操作比较困难，特别是局部刷碲粉醇基涂料的方案，更是要注意防止碲粉产生白口引起加工打刀现象。

2.2.3 微量元素的控制

Pb 对石墨形态的影响十分显著。一般说来，微量Pb 便可引起石墨形态恶化，变成蜘蛛状、爪状。当含Pb 质量分数高于0.000 8%时，石墨形态就发生了明显的变异，甚至在含Pb 质量分数高于0.004%时，就可在石墨主干上出现沉淀的二次石墨，形成典型的魏氏石墨，削弱了石墨化作用。Pb 质量分数达0.000 8%，即可造成缩松渗漏[2]；Pb 质量分数超过0.06%也会明显增加渗漏的废品率。此外引起缩松渗漏的微量元素还有Ti、Al 等[3]。

2.2.4 降低铁液浇注温度

铁水浇注温度越高，则局部热节部位的缩松倾向大，所以工艺上需要制定出合理的浇注温度的范围。浇注温度太高，会增加铸铁的缩松倾向，产生缩松渗漏的废品率会增加；浇注温度较低，又容易产生气孔、冷隔等其他的废品缺陷。所以，制定合理的浇注温度范围也是减少铸件废品率的关键因素。电炉测温仪器的准确性也是需要关注的，测温仪不准确，可能会导致显示温度比实际温度低20 ℃左右，同样会增加缩松倾向。

3 问题分析及改进

3.1 493 缸体渗漏问题分析

493 缸体渗漏问题主要经历了两个阶段:1）2010 年6～7 月份493 缸体渗漏率高达6%～8%，主要通过提高铁液的碳当量和在局部缩松热节部位刷碲粉醇基涂料两个措施，最终将493 缸体渗漏废品率降低至0.5%以内；2）2012 年5 月份和2014 年9 月份493 缸体渗漏率又高达5%～6%.

通过分析发现存在问题为:1）打包废钢中有较多的高强度板及镀锌板，导致Ti、Zn 等微量元素偏高；2）测温仪不准确，导致显示温度比实际温度低20 ℃左右。通过使用边角料废钢和降低铁液的浇注温度降低了缸体渗漏率。但是由于废钢来源比较杂、难检测等问题，后续依旧存在微量元素偏高导致渗漏率异常的风险。

3.2 改进措施及效果

采用常用的解决渗漏问题的方法效果不明显或者方案及实施过程比较繁琐，所以考虑采用产品结构优化及增加局部冒口的补缩来解决。

通过对493 缸体渗漏件水试、解剖分析确认，统计发现80%以上的渗漏部位在加工后缸盖面的1号螺栓孔内，此部位为缸体热节部位。因此，制定补缩措施:1）对外模1 号螺孔对应部位（如图2）和芯盒对应部位修模（如图3），增加外模和芯盒1 号螺孔部位的排冷铁冒口补缩量；2）对该部位水套芯1号螺栓孔部位厚度增加（如图4）.

图2 1 号螺孔对应部位的排冷铁冒口

图3 排冷铁冒口的铁液通道

图4 水套芯对应的1 号螺栓孔部位

通过以上对渗漏部位的产品结构局部优化及局部冒口的增加，从2015 年到2019 年本厂493 系列缸体已生产加工约60 万件，渗漏废品率持续保持在0.3%左右，并且渗漏废品率长期得到了稳定。

4 结论

针对铁水在凝固过程中因缩孔/缩松引起的493 系列缸体渗漏缺陷，常用解决方法为严格控制熔炼工艺，包括化学成分、废钢微量元素Pb 等控制；加快局部冷却速度、浇注温度等。常规方法程序比较繁琐，周期也长。本厂在常规控制熔炼工艺的基础上，通过对产品结构局部优化及增加局部冒口补缩的方法，在解决493 系列缸体因缩孔/缩松引起的缸体渗漏问题上，取得了较好的成果，并且措施简单，效果长期稳定。