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消失模鑄鋼件氣孔缺陷及解決措施

返回列表 來源:無錫市鑄造廠 瀏覽:- 發(fā)布日期:2018-10-11 13:27:30【

     消失模鑄造是一種近無切削加工鑄造工藝,具有鑄件精度高、設(shè)計靈活、無砂芯、生產(chǎn)環(huán)境清潔、投資和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。此項技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展十分迅速,各項相關(guān)技術(shù)都取得了長足進(jìn)步。消失模鑄造技術(shù)在鑄鋁、鑄銅、鑄鐵等材料上得到較好的應(yīng)用,但在鑄鋼生產(chǎn)的應(yīng)用上則相對滯后。雖然在高錳鋼、耐磨鋼等鋼種上也有成功應(yīng)用的報道,但在實際的生產(chǎn)過程中,由于鑄件在澆注充型過程中,金屬液的流動前沿是熱解的消失模產(chǎn)物(氣體和液體),會與金屬液發(fā)生反應(yīng)并影響到金屬液質(zhì)量,如果熱解產(chǎn)物不能順利排出,就容易引起氣孔、增碳、增氫等缺陷,使該技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制。

        消失模鑄鋼件的常見缺陷就是氣孔,因此對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的防止措施,為消失模鑄造技術(shù)更好地應(yīng)用于鑄鋼件的生產(chǎn)提供指導(dǎo)是十分必要的。 1.侵入性氣孔的成因   侵入性氣孔是消失模鑄鋼件氣孔產(chǎn)生的主要形式,其形成原因有以下幾方面。(1)澆注過程中,澆注時間過短,充型過快,泡沫塑料模樣不能被迅速汽化,裂解的液態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入金屬液中,鑄件凝固后,氣體不能被排出,而在鑄件中形成氣孔。  ?。?)泡沫塑料模樣的發(fā)氣量隨澆注溫度的升高而急劇增大,圖2為澆注時氣體壓力隨澆注時間的變化,可以看出,澆注的瞬間氣體壓力急劇升高,由于鑄鋼澆注溫度較高,澆注時瞬間發(fā)氣量很大,氣體不能被及時排出,特別是鋼液在紊流狀態(tài)時將氣體卷入其中,形成氣孔。(3)粘接泡沫塑料模樣用粘結(jié)劑使用不當(dāng)是形成侵入性氣孔的重要原因。實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),鑄鋼件在泡沫塑料模樣粘接處往往產(chǎn)生大量的氣孔。如果用插接或鋼釘連接泡沫塑料模樣,該處就不會產(chǎn)生氣孔。這是由于連接處使用了較多的粘結(jié)劑,無論用851強(qiáng)力膠還是AB膠,其密度是泡沫塑料的幾倍甚至幾十倍,其汽化速度遠(yuǎn)比泡沫塑料慢且汽化溫度高,當(dāng)膠還沒有汽化時金屬液上升而將膠裹住,在隨后的冷卻過程中不斷汽化,從而在鑄件中形成氣孔。(4)水分也是形成鑄鋼件氣孔的因素之一,澆注時水分的來源主要有以下幾方面:一是涂料沒有徹底烘干,或是由于水基涂料中含有CMC、聚乙烯醇、白乳膠、淀粉等有機(jī)粘結(jié)劑,如果掛有涂料的模樣烘干后不能及時澆注,就會吸收空氣中的水分。

        另外,涂料的膨潤土等懸浮劑多含有結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水,由于模樣烘干溫度一般只有40℃左右,其結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水一般仍存留于涂料中,這部分水分在高溫鋼液的作用下汽化;二是泡沫塑料模樣由于干燥不充分,泡沫粒珠中仍殘留較多的水蒸氣;三是來自型砂中的水分。   2.析出性氣孔的成因   析出性氣孔是指在熔煉過程中金屬液吸氣,在金屬凝固過程中,多金屬中析出而形成氣孔。當(dāng)金屬液吸入水蒸氣時,在高溫金屬液的熱作用下,水裂解產(chǎn)生氫氣,氫氣溶解后裂解成氫原子,這些原因在金屬液的凝固過程中重新聚合,生成氫氣,無法排出,就形成了析出性氣孔缺陷。這種氣孔特點:氣壁比較光滑,有金屬光澤,氣孔比較小但數(shù)目較多。   二、解決鑄鋼件氣孔的措施   由以上分析可知,澆注過程中,澆注時間過短,充型過快,泡沫塑料模樣不能被迅速汽化,粘接泡沫塑料模樣用粘結(jié)劑使用不當(dāng),是造成鑄鋼件氣孔的主要原因。另外,澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理,還有模樣、涂料及澆注等方面的因素。   1.減少泡沫塑料模樣的發(fā)氣量,降低發(fā)氣速度  ?。?)在保證模樣強(qiáng)度、剛度的前提下,盡量減少模樣的密度,從而減少發(fā)氣量;將直澆道、冒口及厚大部位做成空心塑料模樣(目前我廠采用的泡沫塑料密度為0.018~0.020g/cm3)。      (2)減少澆注系統(tǒng)的尺寸,內(nèi)澆道由原來的20mm×15mm改成15mm×15mm,使?jié)沧r間增加到20s左右。降低澆注速度從而降低聚苯乙烯的發(fā)氣速度,使產(chǎn)生的氣體通過涂料層得以及時排出而不進(jìn)入鋼液。模樣充足的汽化時間也使其汽化率提高,減少了聚集在鋼液與涂料層界面的液態(tài)殘留物,避免在輪緣的側(cè)面形成氣孔。   2.使用發(fā)氣量低的粘結(jié)劑   粘結(jié)劑用量越少越好,最好冒口與產(chǎn)品整體一次成形,或使用插接或鋼釘連接,或粘結(jié)劑與鋼釘聯(lián)合使用。   3.保證涂料質(zhì)量  ?。?)選用高溫透氣性好的涂料,增加涂層的透氣性和潤濕性,降低氣隙空腔的氣壓,以保證金屬液平穩(wěn)充型。在干砂消失模鑄造中,由于使用干砂造型,干砂透氣性遠(yuǎn)高于涂料的透氣性,涂料的透氣性主要取決于涂料透氣性的大小。當(dāng)涂料透氣性較小時,涂料的透氣性遠(yuǎn)小于模樣的熱解速度,合金液流前的氣隙中的壓力很高,合液態(tài)金屬流動前沿很不穩(wěn)定,造成卷氣與吸氣。  ?。?)涂料掛涂要均勻,具有高的高溫強(qiáng)度,以減少涂層厚度,一般控制在0.5~1mm即可。  ?。?)涂層應(yīng)充分烘干,烘干的模樣應(yīng)及時澆注,避免受潮。   我們通過上述三種措施對原有的涂料進(jìn)行了改進(jìn):硅砂的粒度由原來的0.071mm(200目)改成0.080mm(180目);乳膠由原來的25kg改成了20kg;纖維素由原來的4kg改為5kg。改進(jìn)后的涂料增強(qiáng)了高溫強(qiáng)度與透氣性,且不易開裂。4.設(shè)置集渣與排氣冒口   聚苯乙烯泡沫塑料模樣的氣體分解產(chǎn)物都要通過涂層逸出型腔,由于金屬液充型速度很快,液態(tài)熱解產(chǎn)物來不及充分裂解汽化,使液態(tài)產(chǎn)物或殘留物往往積聚在鑄件的死角或頂部,使這些部位易形成氣孔。因此,應(yīng)在這些部位設(shè)置小冒口,冒口頂部涂料用細(xì)物扎多個小孔,以利于積聚的液態(tài)產(chǎn)物最后汽化時將氣體排出。冒口尺寸可根據(jù)產(chǎn)品的大小來設(shè)置,小冒口也較容易清理。實踐證明,這些小冒口可有效地消除鑄件的夾渣及氣孔缺陷。 5.選擇正確的澆注工藝  ?。?)澆注位置應(yīng)盡量使重要的大表面處于豎直或傾斜狀態(tài),有利于金屬液的平穩(wěn)充型和塑料模樣的逐漸汽化,使氣隙壓力較小及保持平衡。(2)澆注系統(tǒng)優(yōu)先選用封閉式的底注、階梯澆注或側(cè)注,保證金屬液的平穩(wěn)流動及避免澆注過程中大量空氣進(jìn)入型腔。(3)提高金屬液的澆注溫度,減小澆注速度,有利于泡沫塑料模樣的充分汽化和迅速地排出。實踐證明提高澆注溫度可有效地減小氣孔等一系列鑄造缺陷。鑄鋼件澆注溫度應(yīng)在1600℃以上,此時應(yīng)保證涂料有較高的高溫強(qiáng)度,否則會導(dǎo)致較嚴(yán)重的粘砂。  ?。?)堅持“慢-快-慢”的澆注原則。先用小流量金屬液點通直澆道,在用大流量快速充滿澆口杯封閉直澆道,保證真空度,直到澆口杯金屬液不在下沉?xí)r為止。由澆入的鋼液量估計液面快達(dá)到鑄件頂面時,放慢澆注速度,減少金屬液流量,保證金屬液中的或可能侵入的氣體逸出涂層或從金屬液析出。   6.澆注前應(yīng)對鋼液進(jìn)行充分除氣  ?。?)清潔爐料,特別是鐵銹嚴(yán)重的爐料應(yīng)經(jīng)除銹處理。  ?。?)快速熔煉,縮短高溫熔煉時間。  ?。?)充分脫氧,用鋁量一般為0.04%~0.06%,不超過0.15%。   另外,型砂要干燥,不使用含水分或潮濕的型砂。鑄鋼件的真空負(fù)壓度一般應(yīng)控制在0.05~0.06MPa為宜。

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