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2023-07-02
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【摘要】：产生冷裂纹的根本原因是凝固后冷却到弹性状态时，铸件局部的铸造内应力超过了铸件本身的极限强度。图8-10 中速柴油机飞轮原铸造工艺简图1—顶注式浇注系统 2—出气孔 3—冒口 4—裂纹2.防止产生裂纹的主要对策防止产生裂纹的根本途径是尽量减小铸造收缩应力。根据飞轮的结构特征，其在砂型中的冷却时间约为48～144h。图8-11所示为大型飞轮铸造工艺示意图。
一、裂纹
1.产生裂纹的主要原因分析
飞轮上主要产生冷裂纹。产生冷裂纹的根本原因是凝固后冷却到弹性状态时，铸件局部的铸造内应力超过了铸件本身的极限强度。因此，凡是使铸造内应力增加的因素，都是引起裂纹的原因，其中主要有以下几点。
（1）壁厚相差悬殊 飞轮，尤其是厚壁飞轮，其壁厚相差极度悬殊，各部分的温度分布很不均匀，使铸件在冷却过程中各部分的冷却速度差别过大，致使产生很大的收缩应力。
（2）开箱时间过早 图8-10所示为中速柴油机飞轮原铸造工艺简图。飞轮的轮廓尺寸为φ1364mm×400mm（外径×总高），材质为HT250，毛重约2.4t。原工艺设计不妥：飞轮轮缘壁厚为189mm，轮辐板壁厚为65mm，壁厚相差很大；辐板上设有6×φ180mm的铸孔，更削弱了辐板的强度；将4×φ28mm内浇道设置在轮缘上，更加剧了轮缘与辐板之间的温度差别。浇注后仅在砂型中冷却15h后开箱，发现轮缘还呈暗红色，也未及时用型砂覆盖。由于开箱过早，冷却速度过快，产生了很大的收缩应力，冷却后在辐板铸孔之间产生了严重的裂纹。
（3）其他因素 例如：浇冒口系统设置不当；铸型退让性太差，机械阻碍作用较大，影响了铸件的正常收缩；化学成分选择不当，使线收缩率较大或抗拉强度较低；浇注温度控制不当等。
图8-10 中速柴油机飞轮原铸造工艺简图
1—顶注式浇注系统（4×φ28） 2—出气孔 3—冒口 4—裂纹
2.防止产生裂纹的主要对策
防止产生裂纹的根本途径是尽量减小铸造收缩应力。主要注意以下几点：
1）尽量改进飞轮结构，使轮缘、轮辐、轮毂等各部分的壁厚均匀，缩小差别。
2）飞轮在砂型中要以极其缓慢的速度进行冷却，切勿过早开箱，一定要降至150℃以下才能开箱。根据飞轮的结构特征，其在砂型中的冷却时间约为48～144h。
3）从铸造工艺方面采取措施，如改进浇冒口系统设计，将内浇道设置在壁薄部位，在壁厚部位设置冷铁，力求减少各部位的温度差别等。
4）当铸件收缩时，应避免机械阻碍作用，将阻力降至最低，如提高铸型的退让性，芯铁及箱带的吃砂量不能过小等。
5）选择合适的化学成分，使铸件具有足够的抗拉强度等。
6）避免局部加热及升温速度过快。大型厚壁飞轮，因结构特殊（壁厚且相差极度悬殊），在生产过程中都要特别注意防止其产生裂纹。在进行人工时效处理或因其他工作需要预热时，如果加热不均或升温速度过快，也会引起裂纹。曾有一件大型飞轮，直径为3～4m，毛重约17t。因加热方法不妥和升温速度过快，使飞轮各部分的温差过大，局部受热程度过高而急剧膨胀，产生了很大的膨胀应力，超过了局部的结构强度，结果裂开成两半。
避免局部过热及升温速度过快的主要预防措施是：首先要选择合适的加热方法，如需进行预热，不能在炉外局部加热，一定要在合适的炉内进行整体预热；装炉时，要停放平稳，并使各部位支承点受力均匀；特别要均匀缓慢地加热，升温速度应小于50℃/h。
二、缩孔、缩松
1.产生缩孔、缩松缺陷的主要原因
大型飞轮的结构特点之一是壁厚，最厚大断面的厚度达400～600mm，且壁厚相差悬殊，在壁的连接部位形成“热节”。铸件在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，而未得到充分有效的补缩，将在“热节”或最后凝固部位形成缩孔、缩松缺陷。
图8-11所示为大型飞轮铸造工艺示意图。此飞轮的轮廓尺寸为φ4300mm×260mm（外径×高度），材质为HT300，毛重约11t。其轮辐板厚70mm，轮缘及其局部A的厚度为260mm，壁厚相差很大。铸齿砂芯6由10件组合而形成整圆。浇注系统设置在飞轮的中央部位，铁液由10道内浇道引入型腔中。飞轮经机械加工后，在图中B处出现了局部缩松缺陷。
图8-11 大型飞轮铸造工艺示意图（三）
1—直浇道（2×φ65mm） 2—横浇道
3—内浇道（共10道，
4—冒口 5—外冷铁（厚度50mm，石墨板） 6—铸齿砂芯（共10块）
2.防止产生缩孔、缩松的主要对策
凝固温度间隔宽的铸铁合金具有“糊状”凝固特性，并伴随着石墨析出而引起体积膨胀，补缩困难。如仅用加大冒口的方法来克服缩松缺陷，是不容易获得预期效果的。设置外冷铁（如图8-11中的件5），适当加快该部位的冷却速度，增加铸件断面的温度梯度，更能有效地克服缩松缺陷。同时，还应注意控制浇注温度等其他因素对缩松的影响。
大型厚壁飞轮的质量大、凝固速度缓慢，如果铁液的纯净度较低、挡渣措施不力等，还会产生渣孔、夹杂及气孔等缺陷，应针对这些问题采取有效的预防措施。
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