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离合器分泵气孔缺陷的改善黄伟忠

发表时间：2021/7/20 来源：《基层建设》2021年第12期作者：黄伟忠

[导读] 分泵因气孔缺陷比例高，影响效率和成本，本文探索了一种灰铸铁离合器分泵产品皮下气孔的改善方案，来指导实际生产提高效

        浙江亚太机电股份有限公司杭州 310000
        摘要：A分泵因气孔缺陷比例高，影响效率和成本，本文探索了一种灰铸铁离合器分泵产品皮下气孔的改善方案，来指导实际生产提高效率降低成本。
        关键词：汽车，离合器分泵，气孔缺陷

本公司主要生产汽车制动系统产品，包含制动主缸、离合器分泵类产品。离合器分泵类产品单件质量小于1kg、每批数量多，在型砂水分大（＞3.5%）、空气湿度较高（＞75%）时，极易出现气孔缺陷。以A分泵为例，在6-7月份梅雨季节时，加工后发现的气孔缺陷高达30%，表面缺陷如图所示

查看该气孔缺陷呈现不规则形状，并不是典型的气孔；我们所知典型气孔包含：析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔。析出气孔为熔炼过程中溶入金属中的气体，当金属冷却凝固时由于溶解度降低，而从金属中析出形成气孔，气体中大都为H2和N2，呈分散的麻点状小圆孔，表面光亮，常布满于铸件断面；灰铸铁大都靠近节处呈长裂缝状，表面光洁，内腔常有一层石墨膜。侵入气孔是气体从外部侵入到到金属液中，不能排除而形成的气孔，气体来源于型砂，型腔和冷铁，浇注时也可能卷入气体。常在铸件的局部、铸件表面或铸件内部出现。气孔大多呈圆形或椭圆形，喇叭形，其根部所指常常就是气体侵入之处。气体多为水蒸气、CO，CO2或碳化物。反应气孔是铸型与金属之间、金属与渣津之间或金属中某些成分之间发生化学反应而生成的气孔。铸铁、铸钢件的气体大多是CO和H2。球铁则为H2S气体，水蒸气和H2，大多均匀分布在铸件皮下，因而称为皮下气孔、呈针状或蝌蚪状，与铸件表面垂直。[1]
为进一步确定缺陷类型，笔者委托研究单位进行电镜扫描和能谱分析。电镜扫描、能谱分析缺陷部位如图

        能谱分析O，Si元素含量较高，该缺陷很可能为反应气孔和侵入气孔复合形成的气孔缺陷。
        第一轮改进方案：增加煤粉含量从4.0%-4.5%提高到4.5%-5.0%，提高还原性气氛；增加新沙从原先0.3%加入比例提高到0.6%，以降低型砂水分从3.3%-3.6%降低到3.0%-3.3%，最终减少铁液与型砂水分反应产生气孔。
        小批试制1000件，抽取3组，各20件进行试加工，缺陷分别为8件，9件，12件，比例上升到48.3%。分析原因：增加煤粉后，产生的还原性气氛增大了型腔内的压力，铁水压力不足以使铁液内的裹入的气体透过型腔排除。另外，透气性依然存在不足（＜180），也有一定的原因。
        第二轮改进：型砂方面提高透气性从165-180Pa提高到180-200Pa，降低水分从3.2%-3.5%降低到3.0%-3.3%。熔炼降低铁液碳含量从C：3.20-3.25%控制至C：3.15-3.20%，提高液固转变温度，[2]，减少气体可析出的时间，以控制气孔倾向。小批试制1000件，抽取3组，各20件进行试加工，缺陷分别为3件，4件，3件。分析：型砂水分降低，透气性提高减少了铁水与型砂反应产生的气孔，但废品率依然在16.6%，气孔形状呈现多角形说明铁水中存在气体。
        第三轮改进：提高出炉铁液温度1500-1540℃，控制浇注时间控制在6-8秒/型，以确保最后一小包浇注温度在1380℃-1420℃，降低铁液中的含气量[4]；调整模具工艺，修改内：横：直浇道截面比从1：1.4：1.2改为1.5：2.5：1，从封闭式浇注系统改为小开放式浇注系统[3]，同时将跑道移至下箱，有效控制铁水流速，直孔陶瓷过滤器改为泡沫陶瓷过滤器，减少因流速快造成紊流卷气现象。小批试制1000个，抽取3组，各20个进行试加工，无缺陷件。分析：在调整模具工艺后，减少了因流速快造成紊流卷气现象。
        结语：控制分泵小件产品出现皮下气孔，需要控制：1、提高煤粉含量，提高还原性气氛，降低铁液与型砂水分反应，提高型砂透气性，使铁水中的气体容易跑出型腔；2、减少碳硅当量，提高液固转变温度，减少气体可析出的时间，以控制气孔倾向；3、改善浇注系统，控制铁水流速，减少铁水紊流卷气。

        参考文献：
        [1]黄天佑.造型材料[M].北京：中国水利水电出版社，2006：72-23.
        [2]中国机械工程学会铸造专业协会.铸造工程师手册[M]，3版.北京：机械工业出版社，2010：189.
        [3]中国机械工程学会铸造专业协会.铸造工程师手册[M]，3版.北京：机械工业出版社，2010：563-566
        [4]黄天佑.造型材料[M].北京：中国水利水电出版社，2006：75-76.