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铸造特殊过程确认 李伟13783184073，0379-63384284 （中国空空导弹研究院 洛阳 471009） 摘 要：铸造特殊过程确认，是对铸造全部过程因素及其允许波动范围，测控方法和效果的确认。对铸件的组批原则，铸件的抽检或者铸造试样代表性条件的确认，是特殊过程确认的核心。铸造过程确认主要是对铸造工艺、设备、检测项目、再确认条件的确认。 关键词：铸造，特殊过程确认，过程因素，代表性，确认方式。 中图分类号：TG247 文献标识码：A 文章编号： Validation of Found Special Process Liwei （China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China） Abstract: The casting special process confirmed that is to the casting complete process factor and the permission fluctuation scope, the observation method and the effect confirmation. To a casting group batch of principle, the casting spot-check or the casting test specimen representative condition's confirmation, is the special process confirmation core. The casting process confirmed that is mainly to the foundry technique, the equipment, the examination project, confirms the condition again the confirmation. Keywords: Casting. Special process confirmation. Process factor. Representation. Fluctuation scope. 将熔化的金属液浇注到一定形状的型腔内，凝固后获得产品的加工方法称为铸造，铸造加工的适应性广泛，适应于铸造的金属材料种类多，适合铸造的产品形状和尺寸大小广泛。铸造的生产效率高，铸造零件毛坯可以减少加工工作量，精密铸造可以铸造出少切削，甚至无切削的零件毛坯，铸件的尺寸精度高，可以达到CT4～6级，表面粗糙度可以达到Ra1.6～3.2μm，而且不受材质限制。该法尤其适用于生产形状复杂的铸件和难以切削的金属材料，可以节省大量的机械加工工时，提高金属材料的利用率，缩短产品制造周期及降低产品成本，提高产品质量。 1 铸造特殊过程确认内容1.1 特殊过程确认的意义直观不易发现、不易测量或不能经济测量的产品内在质量特性的形成过程称之为特殊过程，特殊过程产品是否合格不易或不能经济地验证，或者仅在产品服役时才能表现出来，特殊过程确认就是通过提供客观证据，对产品的质量特性要求已得到满足的认定。 铸件性能是由其材料成分和显微组织结构决定的，而铸件材料成分、显微组织结构是由铸造过程因素的综合作用决定的。铸造包含冶金、结晶过程，同一冶炼炉最先和最后浇注铸件的成分会有所差异，或同一铸件的成分存在区域偏析或组织结构有微小差异，铸件各部分的冷却速率及金属液的补充能力不同，其疏松程度及显微组织结构不同，这些都会使同一熔炼炉的各铸件，或同一铸件各部分的性能有所差异。 铸造的各个过程因素有一个波动范围即公差，铸件各部分的铸造过程因素的差异会导致各个铸件或同一铸件的各区域的显微组织和性能有所差异。 铸件的性能，比如强度、塑性、韧性、显微组织结构等需要破坏性检测，或在产品服役过程中才能表现出来，无法实际检测每个区域的性能，只能用抽检的方式间接检测，所以铸造是特殊过程。 要使间接测量铸件的性能与抽检铸件或试样的性能特性一致，必须使其显微组织结构一致，也就是铸造的各个过程因素均匀一致。 要使铸件特性满足要求，必须保证过程因素在一定的范围内。 铸造后除需证明抽检铸件的特性满足要求外，还要证明间接测量的代表性条件满足要求，也就是证明间接测量铸件与抽检铸件的过程因素一致，这个证明过程就是“铸造特殊过程确认”。 “铸造特殊过程确认”可以保证间接检测的铸件性能在要求的范围内。 铸造特殊过程确认也把对铸造结果的筛选转化为对铸造过程的控制，把对不合格品铸件的筛选转化为控制其形成，可以减少不合格铸件出现的几率，降低生产成本，它不仅是铸件质量的重要保证，也是降低生产成本的一个手段。 1.2 特殊过程确认内容铸件的性能是铸造的各个过程因素共同作用的结果，铸造过程因素就是对铸件性能和质量特性产生影响的铸造因素。可以通过对铸造机理和铸件性能及其质量特性的分析，甄别出铸造过程因素。铸造过程因素因铸造的种类不同而不同，各个过程因素对铸造结果的影响程度也不同。铸造的种类多，铸造的合金牌号多，每种合金又有各自的铸造特点，所以不同合金的不同种类的铸造过程因素不全相同。“确认”是对形成铸件特性的全部过程因素及其允许波动范围及其测控措施的确认。只有充分了解铸件的服役条件和功能、铸造的机理及其作用，才能制订完整的铸造确认内容，准确把握全部需要确认的项目内容，剔除不需要确认的内容，减少确认的工作量和成本，反之，不仅起不到“特殊过程确认”保证质量的作用，反而会使生产进行不下去，也不易保证质量。“铸造特殊过程确认”：一是铸造质量特性的确认；二是铸造过程形成因素及其测控措施的确认，三是抽检铸件代表性条件的确认。 1.2.1 铸造质量特性的确认铸造质量特性确认时除要确认铸件图纸要求的特性项目外，还需要检测确认铸件产品的某些关联特性。使用性能往往是铸件多个特性的综合反映，而铸件的各种性能指标都具有相关性。“特殊过程确认”时应增加隐含的关联指标的检测以确认全部的过程形成因素。比如有的铸件只标注抗拉强度，确认时应增加韧性检测。有的铸件没有标注耐腐蚀要求，而残余应力、过时效组织对耐腐蚀性能的影响要远比对强度的影响大，确认时也应增加耐腐蚀性的检测。铸造特殊过程确认时，需要全面检测铸件的性能和铸造缺陷，铸造过程因素的作用会反映在铸件的性能和铸造缺陷上。确认时对一定数量的铸造铸件取样检测，比如铸件的强度、韧性、显微组织等，或模拟铸件的服役条件检测使用性能，比如耐腐蚀性能、疲劳性能检查。铸件成分的偏析或疏松会影响铸件的耐腐蚀性能和疲劳性能，确认时也可以直接检测铸件的偏析、疏松或铸造裂纹。有些不锈钢铸造后的成分均匀化热处理，也可能对铸件抗晶间腐蚀能力有不利影响，确认时需要测试铸件的抗晶间腐蚀倾向。铸造特殊过程确认的项目之一，就是要证明、验证铸件某些关联特性一致性的过程因素条件。1.2.2 铸造过程因素及其测控方法的确认不同的铸造方法，或不同的铸造合金，其过程因素及其对铸件特性的影响程度不同，铸造产品特性是铸造的各个过程因素相互作用的结果。全部找出这些过程因素并使之被控制在适当的范围内，以便把产品特性控制在要求的范围内，这是特殊过程确认的核心内容。铸造过程因素需要论证和验证才能确定，特殊过程确认时必须甄别出全部的铸造过程因素，并确认其测控方法。一般砂型铸造的过程因素包括型砂的配制、型砂的造型、砂型的烘干、合金的冶炼、浇注温度、浇注速度、铸件落砂等，而砂子的粒度、黏结剂及其量、水分含量等将影响砂型的可塑性、砂型的透气性、砂型的退让性、砂型的强度、砂型的耐火性等，而砂型的这些性能又影响到铸件的性能；在铸铁铸造时，铁水按某种速率冷却，使铸件形成韧性较好、有一定强度的灰口组织，而如果使铁水急冷快速凝固，就会使铸件表面结晶细化生成硬度很高而脆性大的白口组织，所以，所有导致铸件各部分冷却速率不一致的因素均是铸铁铸造的过程因素；钛合金的铸造除了铸造常规的过程因素外，造型材料（包括型壳和熔炼钛坩埚材料）还是重要的过程因素；而金属模铸造的模具结构则是关键的过程因素；低压铸造的升液压力、升液速度、充型压力和加压速度等都是重要的过程因素；压力速度、浇注系统等是压力铸造重要过程因素。要对具体铸件的铸造过程进行分析论证，筛选出其全部过程因素。可以借助于对铸造缺陷形成原因的分析和铸件力学性能、化学性能、表面质量、内部质量、形状尺寸的测量等来确定过程因素，找出铸造过程因素。铸件缺陷种类众多，形成的原因各异，不同的铸造方法、不同的铸造合金，其过程因素及其对铸件性能的影响程度不同，形成的缺陷也各不相同，可以通过对铸件缺陷的检测来筛选出具体的铸造工艺的所有特殊过程因素。有些自动化程度高的铸造不需要固定特定的操作者，操作者就不是过程因素；但对于人工浇注的某些铸造，操作者的技能和操作习惯会使浇注速度有所差异，这种差异又不易量化测控，操作者就是过程因素。对于真空铸造、压力铸造、钛合金铸造等，铸造设备的性能指标是重要的过程因素。 特殊过程确认还要对全部过程因素的测控方法及测控效果进行确认。对于全部铸造过程因素进行测控的难度大，有些过程因素不易量化，可以采用方便适宜的检测方法或固定操作人员或设备。比如配砂的好坏，将直接影响型砂的性能，从而影响铸件的质量。对配制好的型砂要经常用仪器进行测定，以保证型砂的各项性能指标，生产实际中较为简便的检验方法是用手抓起一把型砂，攥紧后放开，如砂团不松散而且不粘手，手印清楚，把它折断时断面平整均匀，则表示型砂的强度、可塑性都比较好[1]。防止铸造缺陷措施的确认。某些铸件和铸造类型的过程因素设定控制不当，易产生缺陷，可以通过对铸造缺陷的检测，对铸造过程因素的控制措施及其波动范围进行确认。1.2.3 抽检铸件代表性的确认铸造包含材料的冶炼、精炼、型腔造型和浇注、结晶过程等主要过程。不同铸件，在浇注速度、充型速度、浇注温度、比浇注速度、浇注时间、凝固温度范围和凝固时间过程因素方面等会有所差异，导致结晶形核量及显微组织结构的差异。由于各元素的挥发损耗量、元素烧损量不同，使得各个熔炼炉铸件，甚至同一熔炼炉先后浇注的铸件成分有所差异。落砂处理时的温度和抛丸处理给有些类铸件的性能造成影响。甚至同一铸件不同区域的结晶组织也会因其结晶时过冷度的不同而有所差异。通常对铸件性能的检查，是通过对附铸试棒或单铸试棒或者本体试样的测试，来间接检测同一批铸件的性能，抽检检测必须使同批次铸造产品的性能在一定的范围内，需要确认铸件的组批原则、抽检或试棒的铸造方式及试棒的代表性成立的条件等，也就是必须使同批次铸造产品的全部过程因素被控制在一定的范围内，才能保证铸件的性能在一定的范围内。确认时抽检一定数量铸件，分析其性能的离散性，结合铸造过程，分析确定铸件性能一致性的铸造各过程因素允许波动的范围即公差，以及铸造批次的组批规则，它是用抽检铸件特性来间接测量其余铸件特性的前提条件，确认完成后就可以通过对过程因素的测控和抽检来控制铸件的质量特性。 2 铸造特殊过程确认方式铸造过程确认主要是对铸造工艺、设备、检测项目、再确认条件的确认。 2.1 铸造工艺规程铸造工艺的主要内容：铸造的全部过程因素及其允许公差；铸造过程因素的检测和控制；铸造合金熔炼、精炼、造型、浇注等的工艺参数；铸造缺陷的防止措施；对操作的注意事项及其要求；对操作人员操作技能和环境条件的要求；铸造设备技术性能；辅助设备性能要求。 2.2 铸造设备性能铸造设备性能满足工艺要求的程度、设备维护和定期检定及其执行情况的监督检查措施。 2.3 检测项目铸造产品性能直接检测或使用性能的实际服役性能或模拟服役条件的性能检测；铸造缺陷检查；抽检铸件性能检测及判据。铸件的组批原则和抽检铸造试样的代表性条件。确认过程当中的检测项目和确认完成后正常生产时的检测项目。 2.4 铸造的再确认时机铸造过程因素的测控发生了更改、铸造工艺更改、铸件的检测项目发生了更改或铸造设备更换或大修，铸造过程需要重新确认。 3 结论（1）铸造特殊过程确认首先要甄别出具体铸造过程的全部的过程因素，这是确认的核心内容，过程因素除铸造的各种工艺参数外，还可能包括设备技术性能、环境、操作者的操作技能和习惯等因素，要依据具体的铸造而定。可通过铸造机理、铸造膜层各种性能特性及其缺陷来分析过程因素。 （2）具体铸造的全部过程因素允许波动范围的确认，是确认结束后采用抽检或检测试样以间接检测其余铸造产品质量特性的前提条件，是抽检或检测试样与间接检测性能一致性的保证条件，这种代表性的条件可以通过对铸造产品质量性能的离散性来分析确定。 （3）特殊过程确认还需要对铸造全部过程因素的测控进行确认。 （4）特殊过程确认完成以后，就可以把对铸造产品质量特性的筛选检查，变为对铸造过程因素的测控和试样检查或抽检。 （5）当铸造工艺更改，或变更检测项目或内容，或更改了组批和抽检规则，变更了合格判据时，铸造过程需要再确认。 参考文献： [1] 袁晓婷 谈铸件缺陷的产生原因及防止措施［J］黑龙江科技信息 [2] 金属材料及铸造［M］机械工业出版杜，1985.5 [3] 王英杰主编金属材料及铸造［M］北京：中国铁道出版社。2007.8 [4] 支道光主编机械零件材料与铸造工艺选择［M］机械工业出版杜，2007.12 [6] 李伟,杜楠.机械加工中的特殊过程识别及其确认［J］.质量与可靠性,2009,4:29-32.
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