10.2铸钢件产品的检验与控制

浅谈车辆用铸钢件产品的质量检验与控制轨道车辆用铸钢件的质量要求很高，它除了要求其良好的使用性能外，还更加要求其安全性能。铸造缺陷的重要程度和严重程度是表明铸件质量好坏的重要指标之一。影响铸钢件质量的因素很多，如：铸件结构的合理性、铸造工艺编制的合理性、钢水的冶炼质量（去杂质、除渣、除气等）、型砂的性能（耐火度、强度、透气性等）、造型紧实度控制、配箱、合箱时型腔质量控制、浇注温度、浇注速度、开箱温度、热处理（炉内温度场分布、铸件的放置）等等，上述因素若有其中一个环节控制不当就会产生缺陷，造成铸件质量的降低甚至报废。气候也会影响铸件质量，如夏季雨水多空气湿度大易造成铸件产生气孔等缺陷。轨道车辆用铸钢件多为定型批量生产，需要严格的铸造工艺验证环节，而铸造工艺的合理编制，理论知识和实践经验都是很重要的依据。如目前国铁公司生产的三大件产品（构架、摇枕、托梁）其浇注温度高（可达1580℃），且采用较为落后的水浴落砂方法，因此在砂型铸造生产中铸钢件总是存在一些铸造缺陷。所以这些铸造缺陷就需要我们在检验中特别注意。一、常见缺陷的特征和主要形成原因简析（以构架、摇枕、托梁为例）：1、气孔、缩孔构架、摇枕、托梁表面气孔缺陷其特征呈圆形、内壁光滑有氧化色。产生的原因很多，通常为浇注系统中的金属液流裹携着气泡进入型腔或砂型未烘干透所致。构架横梁部位的憋气缺陷是较为严重的气孔，产生原因主要是构架从侧梁两端同时浇注后，两股液流流头汇合到横梁中间部位，且砂型（芯）受热后产生的气体发气量大，发气速度快，气体来不及排出所致。摇枕侧面浇冒口底部缩孔，其特征为内表面呈氧化铁黑褐色的空洞，形状不规则，孔壁粗糙。产生的原因主要是冒口高度或者是浇注时钢水液面高度不够，或者是浇注（冲型）速度过快所致。2、夹渣、砂眼摇枕簧碗面和托梁弹簧座面机加工后夹渣缺陷，其特征为低熔点的氧化夹杂物和玻璃状的硅酸盐夹杂物。主要形成原因为底注式浇包浇注过程中，包内钢水中的非金属夹杂未来得及上浮或者是浇注系统卷入产生二次夹杂进入铸型，铸件凝固过程中夹杂物上浮至铸件上表面所致。构架导柱面机加工后砂眼缺陷其目视特征为缺陷中存在小团状未熔型砂。主要形成原因为型腔未清理干净浇注系统中带入型砂或者铸型紧实度不均匀浇注过程中钢水冲刷型腔所致3、冷隔、粘砂、摇枕两端圆弧曲面和斜面部位以及托梁梁身下表面冷隔，其目视特征为“裂纹”状缝隙，但缝隙带有圆角的棱边。主要形成原因为钢水冲型时由于型腔温度低或者浇注温度低，流在前面的钢水液冷却快，两股液流流头汇合处产生了固相壳堵塞。铸件表面粘砂有机械粘砂和化学粘砂，其目视特征表面（含内表面）全部或部分覆盖着金属或金属氧化物与造型材料的混合或化合成的一层烧结物，使铸件表面粗糙。机械粘砂主要形成原因砂型紧实度不够、砂型表面粗糙、涂料涂刷不均匀所致；而化学粘砂主要形成原因是钢水浇入型腔后，由于氧化作用形成的氧化铁与造型材料中的石英、粘土等化合成硅酸铁，硅酸铁布满于砂粒空隙而形成。构架、摇枕、托梁内、外表面粘砂多为这两种情况综合作用的结果。4、裂纹、预热不当热裂纹：裂缝为不规则曲线，内表面比较粗造且呈氧化铁黑褐色。冷裂纹：线条较直、裂缝内表面洁净且呈金属光泽。摇枕侧面浇冒口热裂纹，产生的原因属于钢水在凝固过程中铸件的收缩应力造成。构架导柱面机加工后内部热裂纹，产生原因是补缩不足引起的热裂纹。构架内浇口处裂纹和摇枕内腔筋板连接根部热裂纹，产生的原因为铸件凝固收缩时受型砂的阻力所致。铸钢件表面龟裂，其目视特征为裂纹分布如龟壳花纹。产生的原因主要是开箱过早、快冷所致。构架制动吊座放置冷铁部位裂纹和冷铁根部冷裂纹，产生的主要原因为铸造应力未完全消除。托梁减震器座八字筋部位和构架枕吊座根部裂纹缺陷属于圆弧过小或者开箱过早造成。铸造工艺拉筋与工件本体交接处易产生热裂纹主要为工艺拉筋尺寸不当或拉筋不连续所致。预热不当产生的裂纹，其目视特征属于冷裂纹。产生于铸造缺陷焊补时预热不均匀、预热方法不当所致。二、铸钢件质量检验控制根据车辆用铸钢件的使用特点，铸钢件受弯曲应力的支配，其高应力的部位都在外表面和近表面，而不是在材料厚度的中间部位。因此，检验中除了铸钢件的材质应符合规范要求外，对表面和近表面的缺陷应特别加以关注。铸钢件常见的缺陷有：裂纹、气孔、夹砂、夹杂、缩孔、冷隔等。1、审查铸造工艺、了解生产过程铸件检验前应熟悉所检产品的标准、技术要求（或技术协议）、铸造工艺，审查熔炼浇注记录、热处理记录、缺陷修复记录等影响铸钢件质量的重要工艺文件和过程控制记录，了解所检产品生产过程中的控制情况，关注关键工序和特殊过程如：造型工序、冶炼工序、浇注工序、开箱水浴工序、探伤工序、热处理过程、焊修过程等，并重点检验所检产品易出现铸造缺陷的部位。2、外观质量目视和磁粉探伤检查现场检验中，对容易产生铸造缺陷的部位我们要重点关注。根据我在检验中的体会，如车辆用铸钢件重点关注的部位有：所有圆弧部位、浇冒口根部、铸造工艺拉筋处、夹渣夹砂部位、有气割和碳弧气刨痕迹处、焊补修复处、使用中有可能承受高应力部位等，铸钢件还应注意缺陷焊补后的焊缝表面缺陷。高应力区域应作目视和磁粉探伤检查，夹砂和裂纹性缺陷不允许存在。影响产品使用性能的其他缺陷（如密集型气孔、夹渣、缩孔、冷隔等）也不允许存在。目前磁粉探伤执行的标准为GB9444-2007，铸钢件表面的验收等级按供货技术协议规定进行验收。磁粉探伤时应仔细观察，不能放过可疑的磁痕。有些缺陷隐藏在皮下，若不经反复磁化仔细察看磁痕是不易被发现的。特别是在铸钢件非加工表面的检验中磁粉探伤环节非常重要，这是因为这些表面探伤后不再机械加工、而铸件形状复杂、圆弧曲面较多，其近表面缺陷难于被发现。为了保证车辆用铸钢件的安全性能，建议这类铸钢件重要部位表面必须打磨干净并露出金属本色使缺陷充分显露。这是因为有些铸造缺陷存在于皮下，目视和磁粉探伤检测均难于发现，铸造毛坯表面粗糙度影响磁粉探伤人员的判定。3、内在质量检查铸钢件的化学成分、机械性能、密实度、金相及夹杂报告必须符合标准要求。4、缺陷的修复铸钢件与锻钢件不同，其含碳量较低焊接性能较好，有缺陷的部位允许焊补。焊补过程的控制主要与铸件材料的碳当量、焊补区域面积、缺口深度、使用的焊条等有关，更重要是与生产企业的修复能力有关。对于铸钢件缺陷修复质量的检验控制，本人认为应从以下几个方面着手：1）铸钢件生产企业应进行铸钢件缺陷修复工艺认可。此项工艺认可应作为对铸钢件生产企业进行工厂认可和对其生产的铸件开展检验工作的必要条件之一，否则应视为企业过程能力不足。原因如上所述，铸钢件总是存在一些铸造缺陷，如果铸钢件缺陷修复质量不能保证，应视为铸钢件质量不能保证。2）将缺陷分为轻微缺陷和严重缺陷，均应有相应的修复工艺。3）重要部位焊补过程控制，对其重要环节应进行确认。如①坡口质量：缺陷一定要清除干净，表面呈金属光泽，坡口尺寸便于焊补。②预热：使用气体火焰时，火焰不得集中，应由外围向焊补中心区域均匀加热，预热面积应不小于焊补区域面积的两倍。预热区内温度梯度应平缓，以避免局部急剧加热而产生裂纹。③层间温度和层间焊补质量。既要防止连续焊补层间温度过高，又要防止电流过大产生裂纹。检验中曾经发现焊补过程中因电流过大，收弧时焊缝产生发丝状裂纹。4）修复后的铸件再次探伤检查和热处理：轻微缺陷可在修复冷却12小时后再次进行磁粉探伤检查，合格后的铸件可不进行热处理；严重缺陷应在修复保温冷却12小时后进行磁粉探伤检查，合格后还应进行消除应力回火，然后再次进行磁粉探伤检查。综上所述，铸钢件的特点就是其不可避免的存在或多或少的一些铸造缺陷，这就要求检验人员不仅严格把控产品质量交验关，更要抓好生产过程的质量控制，这样才能确保铸钢件产品质量。质管部外协二组2010-9-28