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铸造中金属液体过滤产生缺陷的分析及处理方法

一、金属夹杂物分类

1、各种液态铸造合金在熔炼和浇注过程中均会产生夹杂物,金属夹杂物依据其来源可以分为两大类:

(1) 外来夹杂物。来源于炉衬、浇包耐火材料的侵蚀,熔渣或与空气反应形成的浮渣, 型砂的冲蚀, 或其它任何与金属熔体接触的材料的侵蚀。

(2) 内生夹杂物。这类夹杂物是由金属熔体内的反应形成, 如镁硫夹杂物。镁硫夹杂物是由于球化处理过程中加入镁硅铁合金后在铁液内反应而形成。

2、夹渣产生的原因

(1) 硅:硅的氧化物也是夹渣的主要组成部分,因此尽可能降低含硅量。

(2) 硫:铁液中的硫化物是球铁件形成夹渣缺陷的主要原因之一。硫化物的熔点比铁液熔点低,在铁液凝固过程中,硫化物将从铁液中析出,增大了铁液的粘度,使铁液中的熔渣或金属氧化物等不易上浮。因而铁液中硫含量太高时,铸件易产生夹渣。球墨铸铁原铁液含硫量应控制在0.06%以下,当它在0.09%~0.135%时,铸铁夹渣缺陷会急剧增加。

(3) 稀土和镁:近年来研究认为夹渣主要是由于镁、稀土等元素氧化而致,因此残余镁和稀土不应太高。

(4) 浇注温度:浇注温度太低时,金属液内的金属氧化物等因金属液的粘度太高,不易上浮至表面而残留在金属液内;温度太高时,金属液表面的熔渣变得太稀薄,不易自液体表面去除,往往随金属液流入型内。而实际生产中,浇注温度太低是引起夹渣的主要原因之一。

(5) 浇注系统: 浇注系统设计应合理,具有挡渣功能,使金属液能平稳地充填铸型,力求避免飞溅及紊流。

(6) 型砂:若型砂表面粘附有多余的砂子或涂料,它们可与金属液中的氧化物合成熔渣,导致夹渣产生;砂型的紧实度不均匀,紧实度低的型壁表面容易被金属液侵蚀和形成低熔点的化合物,导致铸件产生夹渣。

3、防止夹渣措施

(1) 控制铁液成分:尽量降低铁液中的含硫量(<0 06%),适量加入稀土合金(0 1%~0 2%)以净化铁液,尽可能降低含硅量和残镁量。

(2) 熔炼工艺:要尽量提高金属液的出炉温度,适宜的静置,以利于非金属夹杂物的上浮、聚集。扒干净铁液表面的渣子,铁液表面应放覆盖剂(珍珠岩、草木灰等),防止铁液氧化。选择合适的浇注温度,最好不低于1350℃。

(3) 浇注系统要使铁液流动平稳,设置集渣包和泡沫陶瓷滤片挡渣装置。

(4) 铸型紧实度应均匀,强度足够;合箱时应吹净铸型中的砂子。

三、气孔缺陷

气孔通常是铸件中常见的缺陷,往往占铸件废品的比例很高。在现代生产条件下,反应性气孔与析出性气孔较为少见,较为多见的是侵入性气孔。

1、气孔产生原因 

(1) 型腔排气不充分,排气总截面积偏小; (2) 浇注温度较低; (3) 浇注速度太慢;铁液充型不平稳,有气体卷入; (4) 型砂水份偏高;型砂内灰份含量高,型砂透气性差; (5) 浇注系统设计不当,铁水卷进气体; (6) 孕育剂未经干燥且粒度不当;铁液未充分除渣,浇注时未挡渣,引起渣气孔; (7) 浇注时未及时引火。 

2、防止气孔对策 

(1) 模型上较高部位设置数量足够、截面恰当的出气针或排气片,通常排气截面应为内浇道总截面积1.5—1.8倍左右。

(2) 浇注系统按半开放半封闭原则设置为宜,并在浇道内增加泡沫陶瓷过滤片装置,泡沫陶瓷过滤片有整流作用,铁液充型时比较平稳,不会冲击铸型或产生飞溅或卷人气体。浇注系统的截面大小以8-10kg/s浇注速度来计算较为适宜。

(3) 铁液的熔炼温度应不低于1500℃,而手工浇注时末箱的浇注温度应控制在1400~C左右(视铸件大小与壁厚可适当调整)。最好能采用自动浇注,浇注温度误差应在20℃以内。

(4) 一个好的适于高压造型的砂处理系统,型砂水分应控制在2.8-3.2%,其紧实率应在36-42%之间,而温压强度应达180-220kpa(均指在造型机处取样检测)。为达这些指标,需监控型砂的灰份,辅助材料的添加量,合适的原砂粒度、循环砂的温度及混砂效率。

(5) 注意做好铁液去渣,浇注时挡渣引火以及孕育剂的干燥等工作。

四、冷隔缺陷

1、冷隔缺陷产生原因

(1) 浇注温度过低,铁水充型能力变弱;(2) 砂型的透气性差,型砂内气体压力过大,铁水不能及时充型;(3) 浇注系统设计不合理,横浇道及内浇道截面积小;(4) 浇口杯上粘附残渣,使浇注温度降低。

2、冷隔缺陷对策

(1) 优化浇注系统设计,增大泡沫陶瓷过滤片面积,增加铁水的过流量;(2) 改进型砂的透气性能,增加排气道;(3) 提高铸件浇注温度;(4) 清理浇口杯部位。