铸钢件质量分析及质量改进措施

铸钢件质量分析及质量改进措施

张朝辉宋建会张建孙玲玲

关键词：铸钢件；质量分析；质量改进；措施

1铸钢件的质量检测工艺

由于铸钢的冶炼过程和凝固特性，且大型铸钢件铸造工艺复杂、生产周期长、工序较多，使得铸钢件中难免产生某些冶金缺陷或铸造缺陷。这些缺陷不同程度地影响铸件外观质量、内在质量和使用性能。为了获得优质的大型铸钢件，必须进行规范的质量检测。

1.1外观质量检测

铸件的外观质量是指铸件表面可以直接看到或测量出的质量标准，包括表面粗糙度、表面缺陷、尺寸公差和形状、重量偏差等。这些缺陷各自有相应的国家检测标准和检测方法。

1.2内部质量检测

大型铸钢件的内部质量检测主要包括：金相组织的检验、化学成分分析、力学性能测试、物理性能测试、工艺性能测定、无损检测以及其他特殊性能的测定。

2质量问题的影响因素

2.1工艺问题

主要是指工艺设计人员制订的工艺不合理，引发的铸件质量问题有缩孔、尺寸偏差、硬度不足、裂纹及变形等。

在铸钢件的铸造工艺设计上，浇注系统的布置和冒口的尺寸、位置等，都必须根据铸件形状及热节大小，经过严格的工艺设计，工艺不当容易使铸件补缩距离不足，在冒口下方产生缩孔。铸件采用顺序凝固的原则，保证铸件上各部分按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后是冒口本身凝固的次序进行。加强冒口的补缩作用可以通过在铸件底部和侧面放置冷铁、在冒口下方设置补贴来增加冒口的补缩距离、倾斜10°浇注，以及浇注结束时从冒口补浇后用保温剂覆盖等措施，使铸件遵循顺序凝固的原则，保证缩孔集中在冒口中，从而获得致密的铸件。

铸件的尺寸偏差主要是由于技术人员对铸造收缩率的把握不准确所致，铸造线收缩率应该充分考虑金属本身的化学成分、浇注温度、铸件的结构复杂程度和尺寸的大小，同时应该考虑铸件在铸型中的收缩是自由收缩还是受阻收缩，综合确定实际收缩率。

硬度不足的问题主要是由于热处理工艺不当引起的。热处理工艺参数如加热温度、加热速度、保温时间、冷却速度等，应根据铸件材质、壁厚、化学成分等制订。例如高铬白口铸铁件采用高温淬火+中温回火的热处理工艺，可获得高硬度的马氏体基体，铸件热处理后的硬度≥58HRC。

脆性材质的裂纹，如高铬白口铸铁，其WCr为18%～21%，硬度高，脆性大，容易产生裂纹。裂纹分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹外观特征沿晶界扩散，外形曲折，表面呈氧化色，不光滑。防止热裂的措施有降低钢中的硫、磷含量；采用冷铁加速热节冷却；厚薄搭接处应作出过渡；直角相接触应作出圆角等。冷裂纹外形是连续直线或圆滑曲线，常穿过晶粒，断口有金属光泽或呈轻微氧化色。预防措施：第一，要制订合理的铸造工艺，开箱时间要留足，若过早打箱，由于铸件温度高，在空气中冷却会加大内外温差，以致引起变形和开裂。第二，要制订合理的热处理工艺，消除铸造应力。对于碳钢，采用正火+高温回火处理。

铸件在冷却过程中，可能会由收缩应力引起铸件外形和尺寸与图样不符，发生变形。截面均匀的铸件在冷却速度不均时会发生挠曲变形。平板铸件中心部分比边缘部分冷却慢，产生拉应力，而边缘部分产生压应力，发生挠曲变形。对于铸件变形应该尽量减少铸件冷却过程中的温差。具体预防措施：在铸件厚实处加放冷铁；控制打箱落砂的时间；放置较重的压铁以减少铸件的挠曲；采取设置加强筋的方式；平板铸件适当增大加工余量。

2.2操作问题

作业人员操作不当、未按工艺执行或者违章操作，也是引发质量问题的主要原因之一。

2.2.1粘砂及其预防措施

在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使铸件表面粗糙，难于清理。粘砂多发生在型、芯表面受热作用强烈的部位，分机械粘砂和化学粘砂两种。机械粘砂是由金属液渗入铸型表面的微孔中形成的，当渗入深度小于砂粒半径时，铸件不形成粘砂，只是表面粗糙，当渗入深度大于砂粒半径时，就形成机械粘砂，化学粘砂是金属氧化物和造型材料相互进行化学作用的产物，与铸件牢固地结合在一起而形成的。

2.2.2气孔及其预防措施

在铸件内部，表面或近于表面处，有大小不等的光滑孔眼，形状有圆的，长的及不规则的，有单个的，也有聚集成片的。颜色有白色的或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。由于气体的来源和形成原因不同，气孔的表现形式也各不相同，有侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。

侵入性气孔体积较大，形状近似梨形，常出现在铸件上部靠近型芯壁或浇注位置处，主要是由于砂型芯中产生的气体侵入金属中未能逸出造成的，梨形气孔小端位置表明气体由该处进入铸人件。

析出性气孔多而分散，一般位于铸件表面，往往同一炉铸件几乎都会出现，主要是由于金属在熔炼过程中吸收的气体在凝固前未能全部析出，就在铸件中形成许多分散的小气孔。

反应性气孔是由于金属一铸型界面发生化学反应而产生的气孔，因其分布均匀且往往在铸件表皮以下1-3è处（有时在一层氧化皮下面）出现，所以又称为皮下气孔。又由于这种气孔多呈细长形针孔状，其长轴与铸件表面垂直，又可将其称为针孔。

3.质量改进措施

针对上述关于质量问题的影响因素，建议车间从管理、操作两个层面统筹考虑，制订措施。

3.1明确质量管理职责

明确质量目标、提高质量意识；通过公司每年“质量月”活动的契机，明确质量的管理职责。车间技术管理人员负责工艺管理、工艺监督、工艺完善等技术工作，确保工艺执行到位；同时积极深入生产实践，不断改进工艺、发展新工艺，通过改善工艺来提高质量。深入生产现场，对生产过程的工艺执行、操作质量进行监督。对出现的质量问题进行跟踪、统计；对缺陷产生的部位、频次，以及生产过程中的各种因素进行分析，做到持续跟踪和改进。

3.2确定技术攻关方向

由于产生铸造缺陷因素具有多样性，因此寻求完善的过程工艺还需深入实践。根据铸件具体的质量问题，制订合适的铸造及热处理工艺来消除铸缺。

3.3强化质量过程控制

针对不同钢种的特性以及具体铸件的结构和大小，合理选择树脂砂和陶白砂造型以及浇注温度，来减轻铸件粘砂的倾向；根据铸件大小及壁厚制订相应的涂料涂刷工艺和涂刷次数；对型砂的性能进行定期检测，并作检定记录；加强大件配模质量的监督；通过合理装炉、改进烘干炉操作工艺，确保砂型烘干；加强车间工艺纪律检查。

树立工艺持续改进和完善的理念，设定具体工艺发展方向，严格把关各道生产工序，减轻粘砂、气孔、缩孔等现象，避免大件报废，拓展新材料、新工艺，提高生产铸件的质量。

结语

需要强调的是，在采取各种缺陷的预防措施的同时，还必须强化工艺纪律检查，对违反工艺操作的现象进行监督、纠正和考核。

参考文献

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