船用铸钢件的铸造工艺分析及技术改造

赵旭

中船澄西船舶修造有限公司江苏江阴214400

摘要：为了实现国家的长期经济增长和可持续发展，铸造技术是必须掌握的主要技术之一，在机械制造业等多个领域有着不可或缺的地位，尤其是在船舶业，铸造技术更是一大难点和重点。铸钢技术有着诸多优点，近几年得到了广泛的应用于创新，并且正在推动着我国相关领域的发展与进步，使我国造船业和国际间的竞争力得到提升。

船用铸钢件的铸造工艺与造型工艺一直以来是船舶业的一大难点，在铸造与造型过程中，钢件极易出现龟裂等情况，并且对原材料回收的工艺也有所欠缺，容易造成资源的浪费，并且对船舶安全性产生不好的影响。只有在按合适的正火热处理和制作工艺的改进后，才能保证铸钢件的标准力学性能。

为此，优化铸造工艺，把握生产制造中各个阶段的重点难点是提升船用铸钢件性能的重要步骤。之前二氧化碳水玻璃造型工艺为船用铸钢件的必要生产步骤，现在已有厂家进行工艺改造，初步进行采取树脂自硬沙工艺的实验，从而使之成为性能最好的船用铸钢件。分析使用频率最大的“挂舵臂，艉舳架”的制造工艺中的关键点，来介绍船用钢铸件的铸造工艺及技术改造。

关键词：船用铸钢件；工艺分析；技术改造

艉舳架作为船用铸钢件中使用频率最高的，也是船用铸钢件中较为典型的，其形态结构较为复杂，在生产的过程中难以准确控制其行位尺寸，并且在生产铸造过程中极易产生暗伤等内部缺陷。在后期的清理打磨过程中，对规格的要求比较严格，这些问题也成为了铸造船用铸钢件的难点。

1.船用铸钢件行位尺寸的控制

1.1制造26t挂舵臂时，采用的铸造工艺为平浇，让铸件的实体平躺，由铸件的高度方向把其分为一个对称面，进行上、下型的浇注方式。使用较大宽度的坭芯，避免分芯过多造成的铸钢件外部尺寸的误差。

1.2制造81t挂舵臂时，立浇技术是我们常常采用的，就是把已经处于平躺状态下的铸件旋转九十度，让其成为测力状态，让铸件在此状态下进行浇注制造。同样也是采用较大的坭芯消除外部误差【1】。

1.3制造艉舳架时，绝大部分的艉舳架表面轮廓呈扭曲的鱼体型圆滑过度曲面，关键断面的多少是有严格控制的，这也增加了制作时的难度。为了解决这一难题，采用在关键断面是分芯，对其造型的操作同时采用关键断面的尺寸测量，这样能更好地让水平芯头借助圆滑过渡曲面进行定位。同时进行测高仪的制作，为准确制作砂型的各点尺寸高度。

1.4在铸造艉舳架的尾部的过程中，在毛坯将要凝固成型的的时候，变形时就收到了机械的阻力和热应力的双重性影响，但是两者的作用是相反的。在此时，机械的阻力是占据主导地位，也导致了向外张口的形变是肯定的。此铸造工艺中，利用反变形量，较好的解决了尾部尖的问题。

1.5耐压测试，是为了让船在行驶的过程中无渗透现象。这就要求尽量少开工艺空，最好不要用芯撑。但是如果为了减少一定尺寸的偏差，尽可能的提升铸件品质，可以采用比较大的芯来代替。为了解决大芯的漂浮和出气问题，可以使用硬度较大的芯并尽力压紧芯头；采用的芯可为螺旋式。

2.预防铸造过程中的铸件缺陷

2.1因为铸钢件的铸造过程工艺较为复杂，产品的生产周期比较长，工序也较多，所以在铸造过程中不免出现冶金缺陷和铸造方面的缺陷。这些不同程度的缺陷毁形象铸件的外观和质量。但是铸件往往是产品主要的承载和支撑件，并且铸件的尺寸较为巨大，外形较为复杂，并且长时间处在高压高热的环境当中，所以无伤检测是必须的。无伤检测不仅可以保护铸件的原有形态，不对产品产生损伤，而且还能保证铸件的质量。现有的测试铸件缺陷的方法有超声波探伤、磁粉探伤，而且验船师也有着进行UT、MT双探抽测的权利。【2】。

2.2缩孔缩松问题的预防工艺，在铸件铸造的时候，有着顺序凝固的原则，冒口需要安置在最热的部位处，以此来确保补缩的通道的流畅和各铸件之间的致密。为了解决缩松的问题，往往采用使挂舵臂上部的外侧增加凸肩补贴以此来增大在凝固之前的补缩扩张角。艉舳架等位置必须要进行探伤，来提升保险系数。

2.3裂纹及砂眼气孔缺陷，艉舳架和船件处容易出现裂纹。为了解决这一问题，在肋处交接圆角的地方用冷铁，在水平肋的上部制造出小冒口，进行补缩、通气。外冷铁的设计形状合理也可以减少裂纹【3】。

砂眼和气孔缺陷现象铸件表面很容易出现。这是因为船体大、结构复杂在浇注过程中受到钢液烘烤极易产生掉砂现象。针对这一问题可以通过提升砂的紧密程度；砂型的表面采用铬矿砂并且涂刷材质优质的涂料；增加涂刷涂料的次数，一般为一到三次。对于少数出现的表面的龟裂问题，采取电弧炉炼钢法，可以快速高效的消除表面龟裂的问题。并且还要保证铸造前的清洁度，这就可以防止一些杂质进入铸件，防止铸件各个部位磨合组装出现问题。对船用钢铸件进行热处理，检测铸件的韧性等问题[4]。有一些缺陷往往还需要人工的修复，手工电弧焊是最常见人工进行缺陷修补的方法。先对铸钢件进行预热，此时必须要控制预热温度，对不同的铸钢件采用不同的预热温度，并且此时预热必须要缓慢并且均匀的进行，这样可以有效的防止铸钢件产生裂纹和形变。对于间层温度的控制，最低不要低于对铸钢件预热处理的温度，最高要根据不同铸钢件产生热应力裂纹时的温度，防止铸件产生裂纹。这个阶段要不断进行加热，并且缓慢地进行焊接。对焊接成功的铸钢件的焊接区域采用火焰加热到二百到三百摄氏度，进行火岩棉的覆盖，然后让其进行自然冷却。这种制作工序修补的缺陷才能保证铸件的质量和后期的使用。

3.后期打磨处理工作

船用铸钢件后期处理工作主要包括：清理、打磨与检测。清理工作目前采用的工艺为保温后利用剩余温度切割大冒口——清砂——正火——热割浇冒口——回火——打磨并进行修边——划线并进行标记缺陷——矫形并清缺陷——再次打磨——预热焊接——焊后回火——品质检测——进行检测——交货。铸钢件要在铸件的曲面上按照图纸所定位置制造出很多条水线标记。打样冲是一项很困难的的一步，我们要根据尺寸确定经验来表示出逐渐相对高度尺寸，然后在图纸上进行换算。后期处理工作是保证产品性能的最后的保证，态度必须严谨，把握产品生产的最后一关。后期处理工作越严谨，产出的产品回修的频率越小，也就更能提升船舶安全性能[5]。

总结：

船舶业在我国有着不可或缺的地位，船用铸钢件的铸造工艺近几年也在飞速发展，但仍与进步空间。改善制造工艺，提高生产技术，完善生产步骤才能让船用铸钢件品质更好。我们还要学习一些西方铸造工艺的长处，把它运用到我们的制造工艺当中，同时也把我们原有的优势进行进一步提升。只有提升铸件的品质我们才能有更好地经济效益。的竞争力得到提升。

船舶铸钢件的工艺分析和生产的结果表明，采用准确的迟迟难控制、缺陷的预防、后期认真的打磨处理，可确保铸钢件质量且工艺出品率较高。我们只有不断完善工艺步骤，减少铸件中出现的瑕疵，不断地进行铸造工艺的技术改造才能让我们铸造出来的船用刚铸件品质更好。

参考文献：

[1]段伟勋，赵永让，岳宗格.船用铸钢件铸造技术与产品开发[J].铸造技术，2004（07）：518-519.

[2]于学峰.双晶直探头对船用铸钢件的超声波检测[J].无损检测，2012，34（02）：72-74.

[3]向延平，吴妙武.船用铸钢件气孔的分析[J].广船科技，2016，36（01）：32-35.

[4]辛宇.大壁厚船用铸钢件材料性能分析[J].机械工程师，2016（09）：197-198.

[5]李子方，姜宗营.浅谈大型铸钢件后处理工艺[J].中国铸造装备与技术，2013（05）：7-12.