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曲轴的问题解了，缸体的问题跟着来了。
沈阳兵工厂铸造车间的报告不是通过电报发的，是孙技术员亲口带来的。他押运完曲轴零件后没走，林天佑让他留了两天，把铸造车间最近的情况当面汇报了一遍。
“缸体试制从上个月开始，到今天铸了十一件，合格零件。”
孙技术员比了一个手势。
零。
“十一件全废？”沈明坐直了。
孙技术员从随身带的帆布包里掏出一叠照片，黑白的，冲洗得不太清楚，但问题看得见。
V12柴油机缸体，灰铸铁件。总长1100毫米，总高620毫米，重量约1200公斤。十二个气缸孔分两列呈60度夹角排列。两列气缸之间以及气缸外壁与缸体外壳之间是冷却水套，这是关键。
水套的壁厚，设计值是6毫米。
“六毫米。”孙技术员指着照片上一处裂开的截面，“这个厚度的铸铁壁，浇铸的时候铁水流到水套那一段，薄壁冷得快、厚壁冷得慢。快的先凝固，慢的后凝固。后凝固的部分收缩的时候被先凝固的壳子卡住了，拉出缩孔。”
他翻到下一张照片。
“这是第七件的水套截面。您看，这一片全是缩孔，最大的一个能塞进小拇指头。灌水试压，不到两个大气压就漏了。水从缸体里面往外渗，像筛子一样。”
他把十一件废品的共同特征列了出来：水套薄壁区域缩孔率超过百分之十五，砂眼密集，水压试验无一合格。
“废品率百分之百。”沈明把照片翻了一遍，“一件都没过？”
“一件都没过。老师傅们换过三种型砂、调过四次浇注温度、改过两回冒口位置。没用。水套壁太薄，铸铁的流动性又不够好，问题出在凝固顺序上，不是浇注参数能改的。”
陈绍宗坐在后排，一直在翻那叠照片。他翻到第九件的断面照片时，停了。
“这个缩孔的分布很有规律。”他把照片举起来给众人看，“全部集中在水套的弯角处，就是从气缸壁过渡到水套底部的那个拐弯。这里的壁厚突变最大，从气缸壁的25毫米一下子跳到水套的6毫米。”
他在照片上用手指画了个圈。
“壁厚突变处的凝固前沿推进速度不一致，厚壁段形成的固液两相糊状区把液态金属的补缩通道堵死了。后面的薄壁段凝固收缩时没有液态金属可以补进来，只能拉出孔洞。”
孙技术员看了陈绍宗一眼：“你也搞铸造？”
“我搞材料的，铸造原理是相通的。”
林天佑一直没出声，他把十一张照片一字排开，看了两分钟。
然后他翻出五九式动力系统分册里的缸体铸造图，铺在照片上面。
“问题不在型砂，不在浇注温度，也不在冒口。”
他拿起铅笔，在缸体铸造图上标了十几个点。这些点分布在水套壁的各个弯角和壁厚突变位置。
“问题在于铁水凝固的顺序是自由的，哪里冷得快，哪里先凝固。薄壁先凝固、厚壁后凝固，这是自然规律。但自然规律恰好跟我们的需求是反着的。”
“我们需要的是：从远离冒口的薄壁端开始凝固，逐步向冒口方向推进。这样每一层凝固收缩时，后面还没凝固的液态金属可以通过冒口源源不断地补进来，不会留下缩孔。”
“也就是说……”陈绍宗接上了，“要人为控制凝固方向。强迫铁水按照我们规定的顺序，从一头冷到另一头。”
“对。”林天佑在铸造图上画了一个箭头，从水套底部指向冒口。
“定向凝固。”
他放下铅笔，看着老赵和沈明。
“方法很简单。不需要新设备，不需要进口材料。只需要在砂型的特定位置，埋入铜块。”
他拿起粉笔，在黑板上画了一个砂型的截面图。
“铸铁件的砂型是用砂子做的。砂子导热慢，铁水倒进去以后，靠砂子散热，凝固速度取决于砂型的导热能力。”
他在砂型壁的某些位置画了几个小方块，标注“紫铜冷铁”。
“紫铜的导热系数是型砂的一百多倍。在砂型壁上嵌一块铜，铜的那个位置散热就比周围快一百多倍。铁水碰到铜块的地方，率先凝固。”
“所以……”他在水套底部的弯角处密集地画了一排铜块，“在我们希望最先凝固的位置，水套薄壁的弯角处，密集地排布铜冷铁。这些位置的铁水最先冷下来，最先凝固。”
然后他在从弯角到冒口的中间区域，减少了铜块的密度。
“越靠近冒口的地方，铜冷铁越少，凝固越晚。”
最后，冒口附近完全不放铜块。
“冒口是最后凝固的。它的作用就是提供液态金属，补偿其他部分凝固收缩的体积差。只要凝固方向是从远端向冒口单向推进的，缩孔就只会出现在冒口里，而冒口是要切掉的废料。”
他在黑板上画完了全部的铜冷铁分布图，退后一步。
“原理就是这些。关键在于铜冷铁的位置、大小和间距。”
他从草稿纸上撕了一张，开始写公式。
“每一块铜冷铁的尺寸，取决于它需要带走的热量。热量等于铁水在该处的体积乘以密度乘以比热容乘以温差，再加上凝固潜热。铜冷铁吸收这些热量后自身温度升高，但不能超过铁水的凝固点，否则铜会被焊死在铸件表面上。”
他列了一个方程，解出了铜冷铁的最小尺寸。
“以水套弯角处为例。该处壁厚6毫米，弯角内径30毫米，弯角段长40毫米。计算得每块冷铁尺寸：30×20×15毫米的紫铜块。弯角段共需8块，间距12毫米均布。”
他把数据写在图旁边。
“其他位置的冷铁按同样的方法算。整个缸体的砂型里，总共需要大约一百四十块冷铁。紫铜用量大约三十公斤。”
“三十公斤紫铜。”沈明在本子上记了一笔，“有吗？”
“后勤科小张上个月收了一批旧电缆。”纪尚功在旁边忽然开口了，“里面有铜线。化了能出五六十公斤铜。”
“够了。”
老赵站在工作台前，盯着黑板上那张冷铁分布图看了很久。
“所长，这些铜块要嵌在砂型壁里，砂型合箱的时候不能移位。怎么固定？”
“用铁丝。铜块底部焊一根铁丝，铁丝的另一头插在砂型壁里锚住。浇铸的时候铁丝被铁水包裹，不影响铸件质量，铁丝本身就是铁，融进去了。”
老赵琢磨了一下，点了头。
陈绍宗把照片收起来，塞回帆布包里。他的脸上没有了平时那种吊儿郎当的神情。
“所长。”
“嗯。”
“这一百四十块冷铁的位置，你是算出来的，还是凭经验估的？”
“算出来的。”
“公式是现成的还是你自己推的？”
“推的。但原理不复杂，传热学的基本方程，加上铸铁凝固动力学的经验修正系数。你学过传热学。”