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    鑄鐵件常見鑄造缺陷的防止方法


    鑄鐵件經常會發生各種不同的鑄造缺陷,如何防止這些缺陷發生,一直是鑄件生產廠關注的問題。本文介紹了筆者在這方面的一些認識和實踐經驗。

    1  氣孔

    特征:鑄件中的氣孔是指在鑄件內部,表面或接近表面處存在的大小不等的光滑孔洞?妆谕帶有氧化色澤,由于氣體的來源和形成原因不同,氣孔的表現形式也各不相同,有侵入性氣孔,析出性氣孔,皮下氣孔等。

    1.1  侵入性氣孔

    這種氣孔的數量較少,尺寸較大,多產生在鑄件外表面某些部位,呈梨形或圓球形。主要是由于鑄型或砂芯產生的氣體侵入金屬液的未能逸出而造成。

    防止措施:

    1)減少發氣量:控制型砂或芯砂中發氣物質的含量,濕型砂的含水量不能過高,造型與修模時脫模劑和水用量不宜過多。砂芯要保證烘干,烘干后的砂芯不宜存放太長時間,隔天使用的砂芯在使用前要回爐烘干,以防砂芯吸潮,不使用受潮、生銹的冷鐵和芯撐等。

    2)改善型砂的透氣性,選擇合適的型空緊實度,合理安排出氣眼位置以利排氣,確保砂芯通氣孔道暢通。

    3)適當提高澆注溫度,開排氣孔和排氣冒口等,以利于侵入金屬液的氣體上浮排出。

    1.2  析出性氣孔

    這種氣孔多而分散,一般位于鑄件表面往往同批澆注的鑄件大部分都發現有。這種氣孔主要是由于在熔煉過程中,金屬液吸收的氣體在凝固前未能全部析出,便在鑄件中形成許多分散的小氣孔。

    防止措施:

    1)采用潔凈干燥的爐料,限制含氣量較多的爐料使用。

    2)確!叭伞保杭闯鲨F槽、出鐵口、過橋要徹底烘干。

    3)澆包要烘干,使用前most好用鐵液燙過,包中有鐵液,一定要在鐵液表面放覆蓋劑。

    4)各種添加劑(球化劑、孕育劑、覆蓋劑)一不定期要保持干燥,濕度高的時候,要烘干后才能使用。

    1.3  皮下氣孔

    這種氣孔主要出現在鑄件的表層皮下23mm處,直徑為13mm左右。而且數量較多,鑄件經熱處理或粗加工去除外皮后,就會清晰地顯露出來。

    防止措施;

    1)適當提高澆注溫度,嚴格控制各種添加劑的加入量,盡可能縮短澆注時間。

    2)孕育劑的加入量most好控制在(質量分數)0.4%0.6%,同時要嚴格控制孕育劑中A1的質量分數,w(Al)偏高容易和型腔表面的水分發生反應:2Al3H2OAl2O33H2↑,一般情況下孕育劑含Al量不宜超過1.5%。

    3)防止鐵液氧化,適當補加接力焦,嚴格控制進風量。

    4)在保證球化的前提下,盡量減少球化劑的加入量。

    5)澆注時在鐵液表面覆蓋冰晶石粉,防止鐵液氧化。

    6)盡量降低型砂水分。

    7)提高澆注速度。

    2  砂眼、渣孔

    特征:缺陷處內部或表面充塞著型(芯)砂的小孔,稱為砂眼。若缺陷形狀呈不規則,內部是渣或夾雜物,則稱為渣孔。

    砂眼防止措施:

    1)提高型(芯)砂的強度及砂型緊實度,減少砂芯的毛刺和砂型的銳角,防止沖砂。

    2)合型前要吹干凈型腔和砂芯表面的浮砂,合型后要盡快澆注。使用冷芯砂時,盡可能分散進鐵液,避免沖刷造成砂眼。

    3)防止砂芯烘枯及存放時間過長。

    4)合理設計澆注系統,避免鐵液對型壁沖刷力太大;澆口杯表面要光滑,不能有浮砂。

    渣孔防止措施:

    1)提高鐵液過熱溫度,球鐵、蠕鐵、合金鑄鐵應該增加扒渣次數,溫度允許的情況下,澆注前靜止一段時間,以利于熔渣上浮。

    2)防止鐵液氧化,嚴格控制球化劑,孕育劑的加入量(特別是隨流孕育的量),球鐵采用隨流孕育一定要慎重。

    3)合理設計澆注系統,放置濾網片提高檔渣能力,澆注包上most好安置擋渣系統,澆注時保持不斷流。

    4)球鐵鑄件在澆注以及鐵液在型腔內流動過程中,由于鐵液氧化,或者鐵液所含各種元素與鑄型、砂芯材料反應產生的渣,通常稱之為“二次渣”(以區別于澆注前已存在的“一次渣”),這種渣形成的夾渣缺陷往往只能在斷口上發現,成品鑄件加工面上往往要經磁粉探傷才能發現。這種夾雜物主要是由氧化物(MgO、SiO2、Feo…)和硫化物(MgS、FeS、MnS…)及其它的夾雜物組成的。

    “二次渣”的防止措施:

    ①嚴格控制鐵液的殘余鎂量(一般質量分數控制在0.035%0.055%,壁薄宜控制在下限,壁厚可控制在上限)。

    ②降低原鐵液含硫量,有條件的要采取脫硫處理,并提高處理溫度與澆注溫度。脫硫處理可以大幅度降低原鐵液含硫量,能有效地減少“二次渣”。

    ③適當提高球化劑的稀土含量,降低鎂含量,有利于降低鐵液結皮溫度,減少“二次渣”。

    3  縮孔、縮松

    特征:在鑄件的厚斷面,熱節處或軸心等most后凝固的地方形成表面粗糙的孔洞,并且或多或少帶有樹枝狀結晶?锥创蠖械姆Q為縮孔,小而分散的稱為縮松?s孔與縮松主要是由于金屬液在冷卻凝固時所產生的液態收縮與凝固收縮遠大于固態收縮,并在鑄件most后凝固的地方得不到金屬液的補充所造成的。

    防止措施:

    1)根據鑄件壁厚選擇恰當的化學成分,球鐵要嚴格控制鎂的殘留量,盡可能降低澆注溫度,

    2)合理設計冒口和澆注系統,使鑄件得到充分補縮,必要時,在鑄件厚斷面部位設置冷鐵或內冷鐵。

    3)爐前孕育不宜過量,一般情況下一次孕育劑加入量控制在0.4%0.6%,瞬時隨流孕育量控制在0.05%0.15%。

    4)防止鐵液氧化,沖天爐爐渣的氧化鐵含量要低于5%(most好低于3%),電爐鐵液不要在爐內長時間高溫保留。

    5)盡量提高鑄型剛度。

    4  粘砂

    特征:在鑄件的表面粘結著一層很難清理的造型材料。粘砂分機械粘砂和化學粘砂兩種,它們的區別是:機械粘砂是高溫金屬液滲入砂粒間的孔隙中而形成;化學粘砂是金屬氧化和造型材料形成的低熔點化合物,與鑄件牢固地粘結在一起而形成。

    防止措施:

    1)選擇耐火度較高的砂,型砂的SiO2含量(質量分數)應高于92%,most好高于95%。

    2)對要求較高的鑄件可采用鋯砂(ZrSiO4)或鉻鐵礦砂(FeCr2O4),能取得較好的效果。

    3適當降低澆注溫度和提高澆注速度,減弱金屬液對砂型的熱力學作用和化學作用。

    4)砂型緊實度要高(B型硬度計高于85,most好高于90),而且要均勻。砂芯的修補要到位,不能有局部疏松,同時要防止涂料起皮。

    5  裂紋

    特征:澆注好的鑄件表面有直線或彎曲的裂紋。裂紋分熱裂和冷裂兩種。熱裂的裂口多呈曲折和不規則的形狀,其斷口表面呈淺黑色,有較深的氧化色。冷裂的裂口較直,鑄件斷口表面有金屬光澤而且比較干凈,有時出現輕微的氧化色。

    鑄件產生裂紋的主要原因是:冷卻凝固收縮時受到阻礙而產生內應力,當內應力大于金屬材料的強度時,鑄件就開裂形成裂紋。

    防止措施:

    1)嚴格控制鐵液的化學成分。其中硫高能使鑄件產生“熱脆性”,造成熱裂,因此灰鑄鐵中w(S)most好低于0.12%,但也不能太低(不宜低于0.05%),硫太低要影響孕育效果,most適宜的w(S)0.05%0.12%。磷高能使鑄件產生“冷脆性”,造成冷裂,因此灰鑄鐵中w(P)most好低于0.15%,球鐵中w(P)most好低于0.08%。

    2)調節鑄件各部位的冷卻速度,避免鑄件局部過熱,在鑄件的厚大斷面或熱節處放置冷鐵,內澆道適當分散,使鑄件各部位溫度趨向均勻。

    3)鑄件澆注好以后,開型不要過早,不要用冷水澆噴高溫鑄件,適宜的開型時間是型內鑄件溫度低于600時。

    4)條件允許時,改變鑄件的結構,防止鑄件開裂。如設置加強筋,兩截面交接部位由直角改成圓角,以減少應力集中。

    6  變形

    特征:長的鑄件比較容易產生變形,如機床床身、柴油機的缸體、缸蓋,由于鑄件壁厚相差太多,冷卻不均,容易造成鑄件變形。還有一些鑄件是在加工好以后,存放一段時間后出現變形。

    防止措施:

    1)對于一些容易出現變形的鑄件,除了適當增加加工余量外,還可以把模具做成反向變形(如把模具做成反向彎曲),來糾正鑄件出現的變形。

    2)將鑄件進行去應力退火,消除鑄件的內應力;條件許可時,可采用時效處理。開型時間不要過早,落砂以后的鑄件不要疊放。

    7  硬度不均勻

    特征:鑄件表面經加工后,出現微觀的凹凸,有的局部地方還有“發亮”的硬質點,鑄件的表面硬度相差較大,達3050HB(國外先進水平510HB),硬質點部位的硬度可能超過標準。鑄件的硬度差大容易造成工作面磨損不均勻,導致機床加工精度差,柴油機工作噪聲大。

    防止措施:

    1)提高鐵液的過熱溫度,出爐溫度most好高于1480,以利于消除生鐵遺傳性的影響。

    2)防止C、Si含量因鐵液氧化而降低,嚴格控制孕育劑的加入量及孕育劑的粒度,并且孕育劑加入要均勻,most好用時間可以控制的震動加料裝置,確保孕育時間占出鐵時間的70%以上。

    3)most好使用#20以下的廢鋼,避免使用合金鋼,廢鋼使用前most好作除銹處理。小、輕、薄的廢鋼most好預先壓成團塊后再使用。

    4)對于厚薄不均的鑄件,要合理設計澆注系統,確保鑄件各部位冷卻均勻,特別厚大部位可放置冷鐵或耐火磚。

    8  球鐵件不球化或球化不良

    特征:鑄件斷口呈灰黑色,力學性能明顯偏低,金相檢查可發現石墨呈片狀,鑄件的殘余鎂量和稀土量太低,這種狀況一般是不球化。鑄件斷口仍呈銀灰色,但有分散的灰黑點,力學性能偏低,金相檢查可發現小部分石墨呈片狀或蠕蟲狀,鑄件的殘余鎂量和稀土量比正常含量偏低,這種狀況一般為球化不良。

    防止措施:

    1)根據原鐵液的含硫量以及球化劑的的鎂和稀土含量來決定球化劑的加入量,例如采用w(Mg)7%9%,w(RE)2%5%的球化劑,處理溫度不超過1500時,表1的加入量可供參考,具體加入量應根據各廠的情況作適當調整。

    2)球化處理要確保球化劑與鐵液有足夠的反應時間,一般情況下反應時間在80100秒為most好。處理好的球鐵要盡快澆注。

    3)盡量降低原鐵液含硫量,如使用高碳低硫焦炭,有條件的話可采用脫硫處理,原鐵液出鐵時要避免出到出爐渣(爐渣中硫是鐵液的34倍)。

    4)嚴格控制生鐵中的反球化元素(如砷、鉛、鈦、鉍、鋁等的含量)。

    5)防止鐵液氧化,處理球鐵時溫度要適中,根據鐵液溫度的高低,來選擇球化劑的化學成分。

    6大斷面件應適當降低稀土含量,必要時可加入少量銻中和稀土使球墨畸變的作用。

    9  球化衰退

    特征:同包鐵液澆注的鑄件中,前期澆注的球化良好,后期澆注的鑄件球化不良,或者不球化。

    防止措施:

    1)處理好的鐵液盡快澆注,鐵液表面要覆蓋保溫材料,避免鐵液表面氧化。

    2)確保鐵液有足夠的殘余鎂量,厚大斷面的球鐵件可采用衰退能力較弱的球化劑(釔基重稀土鎂球化劑)。

    10  石墨漂。ê_花狀石墨)

    特征:在鑄件斷口的上表面可見到一層清晰、密集的黑斑,金相檢查可發現斷面頂部石墨球聚集,聚集層下部有時有連續的或者個別的開花狀石墨。石墨漂浮嚴重削弱球鐵的力學性能,使強度、硬度、伸長率和沖擊韌度都明顯降低。

    防止措施:

    1)嚴格控制碳當量,這是解決石墨漂浮的根本途徑,一般情況下,碳當量控制在4.3%4.7%。薄小件偏上限,厚大件偏下限。

    2)加快鑄件的冷卻速度,在厚大部位處放置冷鐵。有時候可加入一些反石墨化元素(如鉬)。

    3)球化劑的稀土含量不宜太高。

    1  原鐵液硫量與球化劑加入量的關系(球化劑w(Mg)7%9%,w(RE)2%5%

    原鐵液w(S)

    0.030.04

    0.040.05

    0.050.06

    0.060.07

    0.070.08

    0.080.09

    0.090.10

    球化劑加入量

    1.3

    1.4

    1.5

    1.6

    1.7

    1.8

    1.9

    11  反白口

    特征:鑄件斷面心部出現白口(碳化物),而在冷卻相對較快的外層部位,組織反而正常。產生這種缺陷的主要原因是:灰鑄鐵鐵液含硫高,含錳量過低,不符合Mn1.7S0.3的關系。另外,鐵液吸收氫氣或鐵液中的石墨核心過少。硫、氫都容易向鑄件中心偏析,而它們又是反石墨化元素,阻礙石墨的生長,使鑄件中心過冷到產生白口的溫度才結晶,從而使鑄件中心產生白口。球鐵小件出現反白口的原因往往是由于熱節部位稀土和鎂偏析,含量偏高。厚大球鐵件心部出現碳化物則往往是由于心部凝固時間較長,石墨核心容易被熔解消失所致。

    防止措施:

    1)降低原鐵液的w(S)量,有條件的可采取脫硫處理,這是防止反白口的有效防止措施。

    2w(Mn)量要符合(Mn1.7S0.3)的關系,同時要嚴格控制鐵液中的殘余鎂量和稀土量,根據鑄件壁厚確定合適的碳當量。

    3)嚴格控制原輔材料及添加劑的水分,確!叭伞钡轿。

    4)加強爐前孕育處理或采用復合孕育劑,(如含Ba、Ca的孕育劑)以增加鐵液的結晶核心。




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