降低铸造牵引梁表面探伤裂纹铸造工艺攻关与实践

降低铸造牵引梁表面探伤裂纹铸造工艺攻关与实践

王纪涛 谭铎 范广

中车齐齐哈尔车辆有限公司 , 黑龙江 齐齐哈尔 161002

摘要：本文通过对98t级运煤敞车车铸造牵引梁易发生裂纹部位裂纹产生的机理和原因进行研究和分析，针对冒口补缩不够、冷铁激冷不足、收缩受阻、内应力较大等原因，制定了有针对性的工艺攻关措施。通过铸造工艺攻关，探伤裂纹数量由原来的7.6条/件降低到0.5条/件，基本消除了攻关部位的探伤裂，大幅提高了铸造牵引梁铸件质量，提高了产品安全性、可靠性。

关键词：铸造牵引梁；裂纹；工艺攻关；实践

牵引梁是铁路货车的关键承载部件，主要承受货车的纵向冲击载荷和垂向载荷。目前我国铁路货车基本采用焊接结构牵引梁，而我公司研制的载重98t级运煤敞车首次在国内采用铸造牵引梁^[1]。该产品为U型结构的薄壁铸钢件，浇注冷却过程收缩较大，裂纹倾向较大，因此对裂纹的研究与工艺改进，对提高其安全性、可靠性意义重大。

铸造牵引梁采用酯硬化水玻璃砂工艺造型、制芯。材质为B+级钢，碱性电弧炉冶炼，漏包浇注，包口塞直径60mm，浇注温度控制在不大于1580℃，浇注速度20到30秒，落砂时间大于4小时，干法落砂。采用正火+回火热处理工艺。

98t级运煤敞车牵引梁在小批量生产过程中，发现在铸件表面存在较多的探伤裂纹，有的甚至为开口裂纹，为降低铸件裂纹水平，提高铸件质量，开展了铸造工艺攻关。

1铸造牵引梁表面探伤裂纹情况分析

1.1裂纹情况统计

我们对第一批生产的10件铸造牵引梁表面进行了磁粉探伤检查，对产生裂纹的部位和数量进行了统计：

表1 铸造牵引梁表面探伤裂纹统计表

统计结果显示：10件牵引梁平均探伤裂纹数量为：8.1条，而在前后从板两侧根部、工艺拉筋根部、尾端发生裂纹几率最高，尾端裂纹都集中在下部两侧直角弯处，存在共性特征。这7个位置的裂纹数量总共为7.6条/件，占牵引梁总裂纹数量的93.8%，因此对这7个位置进行工艺攻关，力求消除这几个部位的探伤裂纹。

1.2典型裂纹：

图1 前从板两侧弯角根部裂纹 图2 后从板两侧弯角根部裂纹

图3 尾端下部两侧直角弯处裂纹 图4 工艺拉筋根部裂纹

1.3裂纹产生的原因分析

我们对这7个易产生裂纹的部位进行归类，前后从板左右两侧根部为一类，尾端下部直角弯处裂纹为一类，工艺拉筋根部裂纹为一类。

1.3.1前后从板根部裂纹产生的原因

前后从板根部区域位于从板与侧壁交叉地带，都属于铸造工艺中所谓的热节部位，其上方都设置了冒口，在铸件凝固过程中最后凝固。前后从板弯角下部2#芯圆角位置放置了长条冷铁，但由于冷铁横截面较小，激冷作用不明显，下部区域仍是同时凝固，由于从板较长，在凝固过程中先凝固的的一端会对后凝固的一端产生拉应力，在拉应力的作用下，产生热裂纹源，而此时冒口补缩量不足，得不到钢水的有效补充，裂纹无法弥合，最后就产生裂纹。

1.3.2尾端裂纹产生的原因

由于内浇口在尾端引入，尺寸较大，凝固过程中对铸件产生较大的拉应力，尾端下部直角弯处属于收缩受阻碍处，加上此处圆角过小，容易在直角弯处产生裂纹。

1.3.3工艺拉筋根部裂纹产生的原因

由于拉筋较长，凝固过程中对铸件产生较大的拉应力，而拉筋根部与铸件垂直相连，没有圆角，属于薄弱处，易产生裂纹，裂纹扩展，延伸至铸件本体。

2工艺攻关过程

2.1前后从板两侧根部裂纹攻关

针对前后从板根部由于下部冷铁激冷不足，上部冒口补缩量不够，在从板收缩拉力作用下根部易产生裂纹的情况，制定了以下工艺措施：

2.1.1针对2#芯4个圆角位置长条冷铁尺寸较小，激冷作用差的情况，采用了K6摇枕上腰冷铁代替，此冷铁横截面积大，长度增加，激冷效果好。

图5 2#芯弯角冷铁对比（下为改前上为改后）

2.1.2前从板两侧热节比后从板两侧更大，因此在两个热节下方各放置了一块冷铁，采用心盘处冷铁，以增强此处的激冷作用。

图6前从板两侧热节处新增的冷铁

2.1.3在2#芯前后从板两侧弯角根部各增置了一块冷铁。

图7 2#芯后从板根部弯角增设冷铁

图8 2#芯前从板根部弯角增设冷铁

2.1.4在1#芯两侧直边弯角处各增加了一条长150mm冷铁棍。

图9 1#芯两直边弯角增设冷铁棍

2.1.5合箱后培冒口由原来的水玻璃砂冒口圈改为保温冒口圈，保温冒口能保持冒口内钢水温度，提高冒口补缩效果。

图10改进前（水玻璃砂冒口圈） 图11改进后（保温冒口圈）

⑥浇注结束后，在冒口上撒放覆盖剂，覆盖剂能自发热并隔绝空气，防止冒口上部钢水过快冷去，保持冒口内钢水温度。

图10 改进前的水玻璃砂冒口圈 图11改进后的保温冒口圈

图12 浇注后冒口内撒放覆盖剂

2.2尾端下部两侧直角弯处裂纹攻关

根据结构和形状，在牵引梁下箱相应位置放置了随形冷铁，通过冷铁激冷，让此部位先凝固，防止裂纹产生。

图13增设的随形冷铁

2.3铸造工艺拉筋根部裂纹攻关

设置铸造拉筋是为了防止铸件变形，保证铸件关键部位的尺寸，因此铸造拉筋不能取消。我们改变了铸造工艺拉筋的结构，在拉筋两侧根部各增加了一个Ф50mm高5mm凸台，见下图：

图14 优化后的铸造拉筋结构

这样就把拉筋受力薄弱处转移到拉筋上来，从而在拉筋凝固收缩时，在拉筋上产生裂纹，而不会扩展到铸件本体。

3工艺攻关效果

通过工艺攻关改进，并经过生产验证，工艺攻关改进效果非常明显，基本消除攻关部位的裂纹，达成预期攻关目标。

图

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图21 22 拉筋根部裂纹攻关前后对比

图21 22 工艺拉筋根部裂纹攻关前后对比

表2 20件铸造牵引梁的裂纹统计情况表：

4结论：

通过对98t级运煤敞车车铸造牵引梁易发生裂纹部位裂纹产生的机理和原因进行研究和分析，针对冒口补缩不够、冷铁激冷不足、收缩受阻、内应力较大等原因，制定了有针对性的工艺攻关措施。通过铸造工艺攻关改进，基本消除了攻关部位的探伤裂，大幅提高了铸造牵引梁铸件质量，提高了产品安全性、可靠性。

参考文献：

[1]凌云飞.王哲.孙宝金.铸造牵引梁铸造工艺实践[J].铸造设备与工艺,2015,5:17-19