分析铸件最头疼的缺陷：缩松问题，实验验证改进方法

摘要：缩松是灰铸铁中一种常见的铸造缺陷，对于刹车盘类安全件来说，其性能及安全受到极大的影响。

  本文主要借助扫描电镜来分析缺陷的具体特征，并通过分析刹车盘的生产工艺及使用模拟软件来分析该缺陷理论形成位置及其倾向。通过更改生产工艺、控制浇注温度来不断改善此类缺陷，不断降低其发生倾向，并最终达到消除该类缺陷的目的。

关键词：缩松　刹车盘　解决措施

一、背景

我司主营汽车零部件，主要产品为汽车刹车盘。我司刹车盘主要采用灰铸铁材质，湿砂型铸造，三乙胺冷芯盒法制芯。

缩松是灰铸铁中一中常见的铸造缺陷，其形成机理是由于铁液的液态收缩和凝固收缩超过周围已凝固部分的固态收缩，随着结晶凝固过程的进行，待铁液全部凝固后，在铸铁件最后凝固部位因无铁液补缩形成缩松。因缩松减少了铸铁件受力的有效截面积，并在附近产生应力集中现象，从而使铸铁件的力学性能大幅下降[1]。

我司生产产品YH2245属于带风道双片刹车盘（简图见图1），其工艺为小端面朝下进行布置（如图2），化学成分见表1，浇注温度为1436℃。在其刹面与小端的交接部位，精加工完成后产生类似缩松缺陷（如图3），该缺陷批量出现，其大小约为15*10mm²，出现位置统一且明显。

 

化学成分（%）
C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu
3.347	2.101	0.768	0.025	0.096	0.234	0.27

表一   YH2245化学成分

    

二、缺陷分析

从宏观上观察，此类缺陷形状不规则。

对此类缺陷进行SEM分析，其图片如下：

        

   通过扫描电镜，可明显观察到内部粗大的树枝晶[1]。结合该产品结构，此缺陷处于两个面的交接处，属于该产品的热节部位，因此，我们初步断定此类缺陷为缩松缺陷。

三、试验

3.1实验一

3.1.1首先先对原工艺使用MAGMA软件进行模拟分析，如图4，模拟结果在图示蓝色位置出现缩松缺陷，其倾向较大，且与上述位置吻合。

 

3.2.2形成铸件缩孔和缩松的总体积可用下式表示：

V（缩总）=V(液缩)+V（凝缩）-V(石胀)+V（壁移）

由于铁液的浇注温度直接影响到V（液缩）的大小，浇注温度太高，将增大V（液缩）的值，会增大缩松的趋势[1]。因此，我们在将浇注温度适当降低，降至1400℃进行浇注，试验结果较之前有所改善，但部分产品仍存在缩松问题。使用MAGMA模拟结果如图5。 

 

从试验结果与模拟结果来看，缩松倾向较之前有所较小。

3.2实验二：

3.2.1对整个凝固过程的温度场变化进行模拟分析，在凝固后期，该部位位于最后凝固的部位，且无任何部位对其进行补缩。其浇口处通道关闭较早。见图6。

 

3.2.2针对上述情况，将该工艺布置调整，将小端朝上进行模拟试验，图7

    

此更改后工艺，铁水首先充满凹面刹面，然后再通过砂芯充满凸面刹面，因此，对比原来凸面进铁水的正对浇口部位的小端根部热解变小，缩松倾向也减小。

从模拟来看，在刹面根部部位其温度场较图5均匀。从模拟结果（图8）看，其缩松趋势明显改善。

3.3试验结果

综合上述分析，将工艺改为小端朝上并适当的降低浇注温度，能够明显的减小缩松趋势，对解决缩松问题有一定的帮助。

四、总结

1.通过更改产品的工艺布局，使铁水从下向上充满型腔，一方面能够使铁水平稳浇注，减小根部热节，降低缩松倾向，另一方面可改善凝固温度场。

2.适当的降低浇注温度对缩松防止有一定的益处。

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