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概括
使用球墨铸铁冷铁并按规范操作，消除铸件内腔冷铁处出现的皮下气孔缺陷。 在产品生产过程中，将冷铁放置在铸件内腔中，并对灰铸铁冷铁和球墨铸铁冷铁的使用进行了比较。 在保证铸件与冷铁接触面不出现皮下气孔的标准下，球墨铸铁冷铁的使用次数是灰铸铁冷铁的6倍。
在冒口无法补缩的热接缝处，加入冷铁，改变铸件的凝固顺序，减少或消除铸件的局部疏松缺陷。 冷铁所用的材料一般有铸钢、石墨、铸铁等，对于很多产品来说，由于一些热点形状复杂，保形冷铁的制作比较麻烦，所以一般就地取材。 一般铸造厂使用的冷铁材料是灰铁和球墨铸铁。 由于石墨冷铁的抗冲击性能较差，容易损坏，所以一般采用石墨冷铁作为补充。 冷铁的使用地点不同，冷铁的故障寿命也不同。 铸件内腔的冷却排气效果低于外表面使用冷铁的效果。 以下是对客户反馈的质量问题进行汇总分析，发现某产品冷铁铸件内腔皮下气孔占产品总数的22%。 我们对该产品的生产进行了长期的跟踪验证，总结了工艺流程。
1 灰口铸铁冷硬铸铁应用中存在的问题
工厂生产条件：电炉冶炼，Z148造型机成型。 客户反映铸件加工后内腔冷铁芯出现大量皮下气孔（图1）。 根据缺陷特征，判断此类缺陷为侵入孔。 侵入气孔的定义：铸型、型芯、涂层、型芯支撑、冷铁产生的气体侵入铸件内而形成的气孔。 侵入孔特点：多呈梨形或椭圆形，位于铸件表面或近表面处。 它们尺寸较大，孔壁光滑，表面常呈氧化色。
图1 气孔位置
该产品于2013年开发，产品材质为80-55-6（ASTM A536），铸件重量为：对于探伤，最大允许缺陷为II级。 为了保证铸件的内部质量，在隔离热区安装了冷铁。
开始将冷铁的形状设计成1/3的环，用三片冷铁覆盖整个环，之间有10毫米的间隙（如图2所示）。 冷铁的设计厚度与淬火位置的壁厚相同。 材质为灰铸铁冷硬铸铁（铸铁牌号： ）。
图2 冷硬铸铁形状
批量供货后，客户反映缺陷气孔位置均在内浇道对面的冷铁环处。 针对侵入性孔隙缺陷采取了纠正和预防措施。
(1)将浇注温度从1370℃提高到1400℃，防止铸件因冷铁而局部温度过低，造成气孔缺陷。
（二）加强冷铁监测，严格按规定操作。 冷铁的使用原则是：①每天生产前，冷铁管理员根据生产任务清单找到所有需要的冷铁； ②冷铁件进行抛丸处理，抛丸标准以冷铁件表面露出的真实金属颜色为准； ③然后根据冷铁检验单逐项检查、选择； ④ 将合格的冷铁输送至造型制芯车间； ⑤ 冷铁拆箱、打磨后，由管理人员负责收集冷铁，并登记冷铁使用次数； ⑥灰铸铁冷铁的重复使用次数不得超过5次[2]。
(3)改变浇注系统，将内浇口数量由2个(如图3所示)增加到4个(如图4所示)，以提高浇注型腔内铁水温度的均匀性。
图 32 内部门
图 44 内部门
（4）单箱浇注速度控制在30～40秒内完成（正常浇注速度为50～55秒），防止铁水在型腔内对流点冷却过多而产生气孔。
(5)芯材所用呋喃树脂含氮量详见表1，树脂含氮量控制在2%～5%； 以尽可能减少呋喃树脂分解气体进入金属液，减少铸件表面氮的富集。 收集导致皮下毛孔的形成。
表1 树脂砂允许氮含量
（6）生产节拍为每天生产10件，冷铁配备25套循环使用。
按上述措施生产的产品：2016年6月至9月共发货89件，报废24件，其中冷熨斗皮下有气孔18件。 这次的气孔位置不固定（如图5）。 为了保证铸件的内部质量，铸件内腔灰铸铁冷铁的使用次数应不超过3次。 通过本次测试，得出结论：该公司的灰口铸铁冷铁在规定的使用次数范围内能够保证产品质量。 但考虑到灰铸铁冷铁件重复使用次数少，生产频率高，我们对球墨铸铁冷铁件进行了进一步的研究。 分析并尝试。
图5 气孔位置
2球墨铸铁冷硬铁的应用及效果
如何增加冷铁的重复使用性是本次测试的重点，冷铁的冷却能力是次要的。 冷铁的失效是基于铸件表面出现皮下气孔。 下面对铸件表面形成皮下气孔的因素进行理论分析。 铸铁冷铁中侵入孔的形成机理：主要从铸铁的抗氧化性和抗长大性两个方面进行分析：铸铁的抗氧化性与化学成分、石墨形态、石墨数量、基体结构、 ETC。
由铸铁制成的冷硬铁在使用过程中会经历循环的相变过程。 加热时，石墨溶解在奥氏体中，冷却时，石墨从奥氏体中析出，但不是就地析出。 因此，每次加热和冷却时都会留下许多孔洞，导致铸铁的体积增大，相变应力也会增大。 促进铸铁的生长。 当反复加热和冷却时，特别是经过相变点时，石墨与金属之间由于相变应力而产生微裂纹。 这些微裂纹成为铸件在成型凝固过程中形成侵入孔的主要条件：球墨铸铁中的球状石墨相互分离，与片状石墨铸铁相比，在高温下阻碍了氧的扩散。 因此，球墨铸铁的抗氧化性和抗长大性比灰口铸铁好。 表2为球墨铸铁与灰铸铁的抗氧化性和抗生长性的比较。 从这个理论可以确定，球墨铸铁冷铁的重复使用次数大于灰铸铁冷铁。
表2 球墨铸铁和灰口铸铁的抗氧化性和抗生长性比较
鉴于上述理论分析，自2016年10月起将再次采取整改措施，具体步骤如下。
(1)冷铁材质由-10材质变更。 为了解决球墨铸铁冷铁的变形问题，冷铁增加了拉杆反形设计（如图6所示）；
图 6 冷硬铸铁形状
(2)球墨铸铁冷铁件的使用次数设定为20次和30次，并进行两批试验验证；
(3)抛丸后的冷铁应浸或涂酒精基漆并及时点燃;
(4)其余措施同上。
经过这次改进，加工后反馈发现球墨铸铁件重复使用20次未发现皮下气孔缺陷。 随后，规定冷铁使用次数为20次，以便批量生产。 到目前为止，尚未有客户报告因冷铸铁件引起的皮下气孔缺陷。 。 这验证了-10材质的球墨铸铁冷铁如果在20次内重复使用，与冷铁接触的铸件内腔不会出现皮下气孔缺陷。 采用球墨铸铁冷硬铁和灰铸铁冷铁的优缺点如表3所示。
表3 铸铁冷硬铸铁性能比较
3结论
在该铸造厂的生产条件下，在保证与冷铁接触的铸件内腔不出现皮下气孔的前提下，球墨铸铁冷铁的使用量是灰铸铁冷铁的6倍铁; 球墨铸铁冷铁的使用和管理成本优于灰铸铁冷铁。
