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閥門鑄件是鑄件中的主導產品之一，市場年需求量很大。但由于生產原料漲價，使生產成本大幅提高；生產效率相對其他鑄件來說較低及廢品率較高等因素，嚴重影響了閥門鑄件的產出。某廠2005年生產閥門鑄件2000多t，綜合廢品近170t，廢品率8％以上。我們通過對該廠閥門鑄件產生缺陷的情況進行數據分析，找出了主要的致廢原因，并對其進行系列改善，取得了良好效果，確保了閥門鑄件生產的合格率，提高了產品質量。
一、改進前閥門鑄件廢品情況統計
2005年，某廠生產閥門鑄件2083.05t，內廢率為3.54％、外廢率為4.58％。造成閥門鑄件廢品的缺陷類型統計見表1、表2。


從表1可以看出，造成閥門內廢的缺陷相對比較集中，主要缺陷是砂眼、夾砂、渣孔和氣孔，共產生廢品60.79t，占內廢總量的82.44％。
從表2可以看出，造成閥門外廢的缺陷相對比較分散。主要缺陷有縮孔、縮松、砂眼、夾砂、渣孔、氣孔和尺寸不良，共產生廢品75．46t，占外廢總量的79.10％。
從表1和表2綜合來看，造成閥門廢品的主要原因是縮孔、縮松、渣孔、砂眼、夾砂和氣孔，合計致廢149.04t，占廢品總量的88.17％。
二、廢品主要缺陷的成因分析
1.氣孔
這是金屬凝固過程中未能逸出的氣體留在金屬內部形成的小空洞，其內壁光滑，內含氣體，對超聲波具有較高的反射率，但是又因為其基本上呈球狀或橢球狀，亦即為點狀缺陷，影響其反射波幅。鋼錠中的氣孔經過鍛造或軋制后被壓扁成面積型缺陷而有利于被超聲檢測所發現。
2.縮孔與疏松
鑄件或鋼錠冷卻凝固時，體積要收縮，在**凝固的部分因為得不到液態金屬的補充而會形成空洞狀的缺陷。大而集中的空洞稱為縮孔，細小而分散的空隙則稱為疏松，它們一般位于鋼錠或鑄件中心**凝固的部分，其內壁粗糙，周圍多伴有許多雜質和細小的氣孔。由于熱脹冷縮的規律，縮孔是必然存在的，只是隨加工工藝處理方法不同而有不同的形態、尺寸和位置，當其延伸到鑄件或鋼錠本體時就成為缺陷。鋼錠在開坯鍛造時如果沒有把縮孔切除干凈而帶入鍛件中就成為殘余縮孔（縮孔殘余、殘余縮管）。
3.夾渣
熔煉過程中的熔渣或熔爐爐體上的耐火材料剝落進入液態金屬中，在澆注時被卷入鑄件或鋼錠本體內，就形成了夾渣缺陷。夾渣通常不會單一存在，往往呈密集狀態或在不同深度上分散存在，它類似體積型缺陷然而又往往有一定線度。 4.夾雜
熔煉過程中的反應生成物（如氧化物、硫化物等）-非金屬夾雜，或金屬成分中某些成分的添加料未完全熔化而殘留下來形成金屬夾雜，如高密度、高熔點成分-鎢、鉬等。
5.偏析
鑄件或鋼錠中的偏析主要指冶煉過程中或金屬的熔化過程中因為成分分布不均而形成的成分偏析，有偏析存在的區域其力學性能有別于整個金屬基體的力學性能，差異超出允許標準范圍就成為缺陷。
6.鑄造裂紋
鑄件中的裂紋主要是由于金屬冷卻凝固時的收縮應力超過了材料的極限強度而引起的，它與鑄件的形狀設計和鑄造工藝有關，也與金屬材料中一些雜質含量較高而引起的開裂敏感性有關（例如硫含量高時有熱脆性，磷含量高時有冷脆性等）。在鋼錠中也會產生軸心晶間裂紋，在后續的開坯鍛造中如果不能鍛合，將留在鍛件中成為鍛件的內部裂紋。
7.冷隔
這是鑄件中特有的一種分層性缺陷，主要與鑄件的澆鑄工藝設計有關，它是在澆注液態金屬時，由于飛濺、翻浪、澆注中斷，或者來自不同方向的兩股（或多股）金屬流相遇等原因，因為液態金屬表面冷卻形成的半固態薄膜留在鑄件本體內而形成一種隔膜狀的面積型缺陷。
8.翻皮
這是煉鋼時從鋼包向錠模澆注鋼錠時，因為澆注中斷、停頓等原因，先澆入的液態金屬表面在空氣中迅速冷卻形成氧化膜，在繼續澆注時新澆入的液態金屬將其沖破翻入鋼錠體內而形成的一種分層性（面積型）缺陷，它在后續的鋼錠開坯鍛造中是無法鍛合**的。
9.各向異性
鑄件或鋼錠冷卻凝固時，從表面到中心的冷卻速度是不同的，因而會形成不同的結晶組織，表現為力學性能的各向異性，也導致了聲學性能的各向異性，亦即從中心到表面有不同的聲速與聲衰減。這種各向異性的存在，對鑄件超聲波檢測時評定缺陷的大小與位置會產生不良影響。
三、改進措施
(1) 熔化設備對鐵液成分的保障能力較差和混砂設備的穩定性不好。鐵液成分受焦炭、爐型、風量、原料狀況等多種因素制約；樹脂砂受溫度、樹脂和酸加入量等因素影響。如砂子經常不經過再生和冷卻床，使砂子溫度很高，嚴重影響了砂型強度，導致鑄件脹砂嚴重，增加了鑄件產生縮孔、縮松缺陷傾向。
(2)型腔中的散砂和澆注過程中鐵液的沖擊直接導致砂眼和夾砂缺陷。
(3)鐵液在熔化設備中總會有渣生成，澆注時鐵液中的固態和液態渣隨鐵液一起進入型腔形成渣孔。
(4)在生產過程中，鐵液中的氮含量隨著溫度的升高而增加，隨著碳當量的提高而降低，當氮和氫在一起時，便容易形成氣孔，這是氣孔的主要來源。
(5)模底板剛性較差，造型前放置不平而變形，導致砂型分型面不平，合型時上下型分型面處間隙較大，造成分型面處尺寸、形狀不良。
(6)2.2m閥體支腳處砂芯在澆注過程中向下漂移，是支腳處上下壁厚不均的主要原因。　　
根據閥門鑄件缺陷的成因，我們主要從以下幾個方面采取了改進措施：
(1)適當提高鐵液碳當量，利用石墨化膨脹增強材質的自補縮能力。
(2)舂箱時保證型砂的緊實度，提高砂型強度，促進鑄件自補縮能力。
(3)合型前將型腔內的散砂吹干凈，并對型腔內進行仔細檢查。
(4)現場澆注后遺留下未澆注的閥體砂型，其澆口杯和出氣孔要蓋嚴實，防止散砂進入。
(5) 澆注前將鐵液表面的固態渣清干凈；提高鐵液初始澆注溫度，降低鐵液產生二次氧化渣的傾向；閥門鑄件盡量安排在開爐后初期澆注，減少包襯在多次使用后產生大量的稀薄渣；針對610mm(24in)F體閥門，對于橫澆道搭接處，結合澆注時的其他參數，在進出口處均安置過濾網，并將多片搭接式纖維過濾網改進為單片式，以提高澆注系統的擋渣效果。
(6)原料盡量使用碳鋼、普通灰鑄鐵或球墨鑄鐵回爐料；降低鐵液中的合金元素如Cr、Mn等含量，減少鐵液自身含氣量；將下芯前的砂芯全部架空刷涂料且限期存放，以防砂芯吸潮；在陰雨天或濕度較大的季節，下芯前**用噴燈將型腔、砂芯表面烘烤一遍，以減少砂型發氣量；采用高溫澆注小閥門，以利于鐵液自身排氣和減少鑄渣產生。
(7)澆注1067mm(42in)F體閥門時，要求在固定混砂機前的同一個底板上舂上、下型，且底板上不得有任何雜物；不允許在別的地放，以減少變差來源；禁止將砂型和模底板一起吊運，防止底板產生變形。
(8)澆注2.2n，閥體時，在支腳砂芯的芯頭上放適量的樹脂砂，并盡快合型。　　　　
采取上述改進措施后，全年共生產閥門2413.78t，內廢率為1.15％、外廢率為1.73％，綜合廢品率為2.88％。閥門鑄件改進前與改進后產生的廢品率相比，內廢率下降了2.39個百分點，外廢率下降了2.85個百分點，綜合廢品率下降了5.24個百分點，效果顯著。
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