铸造常见缺陷及控制措施研究

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  [摘 要]本文主要分析了低压铸造常见缺陷及预防控制措施,希望对相关人员具有参考价值。
  [关键词]铸造;缺陷;预防
  中图分类号:O77+1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)36-0034-01
  前言
  铸造工艺过程复杂,影响铸件质量的因素很多,往往由于原材料控制不严,工艺方案不合理,生产操作不当,管理制度不完善等原因,会使铸件产生各种铸造缺陷,对于这些缺陷,需要采取正确的防控措施。
  1.气孔
  1.1 气孔缺陷的特征
  (1)氣孔:铸件内部由气体形成的孔洞类缺陷。其表面一般比较光滑,主要呈梨形、圆形或椭圆形。一般不在铸件表面露出,大孔常孤立存在,小孔则成群出现。(2)皮下气孔:位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型(铸型、湿芯、涂料、表面不干净的冷铁)之间发生化学反应产生的反应性气孔。形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。大小不一,深度不等。通常在机械加工或热处理后才能发现。(3)气窝:铸件表面凹进去一块较平滑的气孔。(4)气缩孔:分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷。(5)针孔:一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。铝合金铸件中 常出现这类气孔,对铸件性能危害很大。(6)表面针孔:成群分布在铸件表层的分散性气孔。其特征和形成原因与皮 下气孔相同,通常暴露在铸件表面,机械加工1~2mm后即可去掉。(7)呛孔:浇注过程中产生的大量气体不能顺利排出,在金属液内发生沸腾,导致在铸件内产生大量气孔,甚至出现铸件不完整的缺陷。
  1.2 气孔的防治措施
  (1)严格执行熔炼操作规程,避免金属液吸气,并认真除气。(2)尽量减少涂料、砂芯、金属型(芯)等的发气量。选择质量好的发气量小的涂料,铸型和型芯涂料后要充分烘干。(3)改善铸型和型芯的排气条件。可根据铸件的特点,综合考虑铸件的充 型情况,选择合理的排气位置及不同的排气措施:排气槽、排气片、排气针、排气塞、排气孔等进行排气。(4)选择合适的充型速度,力求金属液平稳充型,防止卷入气体。金属液上升速度一般控制在50mm/s。即重力铸造所讲的合理的浇注工艺:浇注温度、模具 温度、浇注速度、浇注时间等。
  2.缩孔和缩松
  2.1 缩孔和缩松的特征
  ①缩孔:在铸件上有形状极不规则的孔,孔壁粗糙并带有枝状晶,称缩孔缺陷。多出现在铸件最后凝固部位。②缩松:铸件断面上有分散而细小的缩孔,有时借助放大镜,称缩松缺陷。如用低压铸造生产铝活塞时,有时在活塞顶部出现缩松。③疏松:铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞。分布在枝晶内和枝晶间,是弥散性气孔、显微缩松、组织粗大的混合缺陷,使铸件致密性降低,易造成渗漏。④缩陷:铸件的厚端面或断面交接处上平面的塌陷现象。缩陷的下面有时有缩孔,缩陷有时也出现在内缩孔的附近。⑤缩沉:使用水玻璃石灰石砂型生产铸件时产生的一种铸件缺陷,其特征为铸件断面尺寸胀大。⑥缩裂:由于铸件补缩不当、收缩受阻或收缩不均匀而造成的裂纹。可能出现在刚凝固之后或在更低的温度。
  2.2 产生原因
  缩孔和缩松形成的原因是:金属液在凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩,即体积收缩造成的体积亏损得不到补偿,即得不到补缩,往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞。与一般重力浇注不同,低压铸造是从下向上充型,浇口在下部。为使铸件得到足够的补缩,就必须形成自上而下的顺序凝固,即远离浇道处先凝固,浇道处最后凝固,否则就会产生缩孔、缩松缺陷。
  2.3 防止措施
  由于低压铸造、差压铸造都是反重力铸造,重力时刻都在妨碍补缩,因而无论对于砂型铸造还是金属型铸造、无论对于同时凝固还是顺序凝固的铸件,液面加压控制系统质量的好坏,都是决定铸件致密性的关键环节。尤其是对于薄壁件金属型铸造,凝固时间本来就不长。当充型到型顶时液态金属中固相分数已经占有相当大的比例,此时应立即急速升压,以便克服重力的负作用,进行补缩。这时铸件致密性是极为关键的时刻。具体防止措施:(1)对大中型有色合金和黑色金属铸件,壁厚悬殊大,设置冒口,并从冒口加压来加强补缩,防止缩孔、缩松。(2)适当降低浇注温度或浇注速度。
  3.夹杂
  3.1 特征
  (1)夹杂类缺陷:铸件中各种金属和非金属夹杂物的总称。通常是氧化物、硫化物、硅酸盐等杂质颗粒机械地保留在固体金属中,或凝固时在金属内形成, 或凝固后的反应中在金属内形成。包括夹杂物、冷豆、内渗豆、夹渣、砂眼等。(2)夹杂物:铸件内或表面上存在的与基体金属成分不同的质点。包括:渣、砂、涂料层、氧化物、硫化物、硅酸盐等。(3)内生夹杂物:在熔炼、浇注和凝固过程中,因金属液与炉气(还可以 包括铸型)之间发生化学反应而生成的夹杂物,以及因金属液温度下降,溶解度 减小而析出的夹杂物。(4)外生夹杂物:由熔渣及外来杂质引起的夹杂物。(5)夹渣:因浇注金属液不纯净,或浇注方法和浇注系统设计不当,由裹在金属液中的熔渣、低熔点化合物及氧化物造成的铸件中夹杂类缺陷。由于其熔点和密度通常都比金属液低,一般分布在铸件顶面或上部,以及型芯下表面和铸件死角处,断口无光泽呈暗灰色。
  3.2 产生原因
  低压铸造的铸件常出现氧化夹渣。氧化夹渣的来源分析起来:(1)连续生产时往坩埚中补加铝液时,将液面上的氧化夹渣冲进升液管,在浇注时又被带入铸型中;所以在补加铝液后,应在升液管上端伸入工具,将升液管内的渣子瓢出来;(2)升液管的液面反复升降造成的氧化皮;(3)加压速度过快,造成喷溅产生氧化皮。另外,可能因铸型材料和涂料脱落而引起的非金属夹渣。
  3.3 防治措施
  (1)严格控制充型速度,保证金属液平稳上升,无冲击、喷溅现象。(2)彻底清除合金液中的氧化渣。(3)在升液管口或铸型内浇道部分采用过滤网。但是,过滤网不是所有的 产品都可以使用,有些大而复杂,且壁厚较薄,重量较重的产品,使用过滤网后 会充型不起,只有一些小而简单,且壁厚较厚,重量较轻的产品,方便使用。(4)检查涂料层是否有脱落,型腔中的灰尘、砂粒、杂物要彻底清扫干净。
  4.裂纹
  4.1 形成原因
  裂纹可以分为热烈和冷裂。液态金属冷却凝固过程中,由于种种原因造成的应力若发生在固相骨架刚刚形成不久时,则形成的裂纹称之为热裂;反之,则称为冷裂。
  4.2 防治方法
  (1)增加铸型及型芯中阻碍收缩部分的退让性,增加涂料厚度。(2)增加对产生热裂部分的补缩。因为热裂部位大部分是最后凝固处,加强对这一部分的补缩,自然会减少热裂。(3)增大热烈部位铸型的散热能力,可能使热裂部位转移或不发生热裂。(4)在与裂纹处相对应的金属型(芯)的两侧上开设与裂纹方向平行的浅 沟道以分散凝固时的收缩应力,达到克服热裂的目的。(5)尽早开模取出铸件可有效地减少热裂。(6)提高型温和浇注温度,有利于同时凝固,对减少热裂有良好的作用。关于冷裂可以从结构设计上加以考虑,也可以将生产出得铸件立即进行缓冷或退火处理,这有利于减少残余热应力,可有效地减少冷裂,也可以在零件上增设拉 筋去防裂。
  5.结束语
  除了上述缺陷外,还包括粘砂、变形、飞边、毛刺、表面粗糙、渗漏等。总之,铸件缺陷种类繁多,产生缺陷的原因也十分复杂。它不仅与铸型工艺有关,而且还与铸造合金的性制、合金的熔炼、造型材料的性能等一系列因素有关。因此,分析铸件缺陷产生的原因时,要从具体情况出发,根据缺陷的特征、位置、采用的工艺和所用型砂等因素,进行综合分析,然后采取相应的技术措施,防止和消除缺陷。
  参考文献
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