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铸件气孔产生原因及防治方案

2022-01-21  一兵个人...
阳光铸材 2022-01-21 09:46

 一、气体在金属中的溶解和析出是一个可逆过程,随着温度的升高气体的溶解度增大,温度下降,其溶解度减小,气体析出增加。气体的外界环境分压力降低时,气体在金属中的溶解度降低,气体也将析出。

气体的析出有三种形式:

第一种气体原子从金属内部扩散到金属表面,脱离吸附状态。这种形式由于金属液的冷却速度快,粘度大,很难进行。

第二种气体原子与金属内部某元素形成化合物,以非金属夹杂物的形式析出。第三种气体原子在金属内部形成气体分子,以气泡的形式析出。

如果气泡不能逸出金属液的表面,则将在金属内部形成气孔。铸件中的气泡就是这样形成的。

在铸造过程中,气孔是由于型壳的透气性不良(没有烧透,材料选择错误,透气性差等),浇注时产生的大量气体不能及时排出,留在铸件内形成孔洞。气孔不仅减少铸件的有效截面积,且使局部造成应力集中,成为裂纹源,尤其是成串存在的小气泡群,不仅增加缺口的敏感性,使金属强度下降,而且降低零件的疲劳强度。气孔通常分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。

1、 析出性气孔。

金属液在冷却和凝固的过程中,因气体溶解度下降,析出的气体来不及排除,铸件由此而产生的气孔,称为析出性气孔。

这类气孔的特征是:在大型铸件截面上呈大面积分布,而靠近冒口、热节等温度较高区域则分布较密集。通常金属含气量较多时,气孔形状呈裂纹状;含气量较多时,气孔较大,圆球状。常发生在同一炉或同一浇包浇注的一批铸件中。产生析出性气孔的气体,主要是氢气,其次是氮气。

影响析出性气孔形成的因素有:

(1)金属液原始含气量。金属液原始含气量越高,气孔越易形成,静置时间过短,金属溶液内的气体来不及排到熔液表面。

(2)冷却速度。铸件冷却速度越快,气孔越不易形成。

(3)合金成分。合金液态收缩大、结晶温度范围大的合金,则容易产生气孔或气缩孔。

(4)气体种类。气体的扩散速度越快,气孔越不易形成。

2、 反应性气孔。

金属液与铸型之间或在金属液内部发生化学反应产生的气体来不及排出,所产生的气孔,称为反应性气孔。

导致铸件产生反应性气孔的因素有:

(1)型壳水分含量过高及透气性太低;

(2)金属液原始气体含量高;

(3)合金中含有易氧化成分,如铁液中含有AL、Mg及稀土元素,钢液中含有Cr、Ca,铜 液中含AL、Mn,Zn等;

(4)熔点较高的合金铸件(如铸钢件,铸铁件及铜合金铸件)中易出现反应性气孔。

3、 外来型气孔。

铸型在金属液的热作用下所产生的气体,进入金属液后造成的气孔,称为外来型气孔。它的特征是气孔的数量较少,尺寸较大,孔壁光滑,表面有光泽或轻微的氧化色,形状多成椭圆形或梨形,一般位于铸件浇注位置的中上部或上部。

造成外来型气孔的因素有:

(1)浇注时气体被熔液裹挟进入浇口、型腔,导致气孔的产生。

(2)烧壳不透,含有水化物,在金属液的热作用下汽化、分解或燃烧产生的气体,侵入金属液形成气孔。外来型气孔大多是由于这种原因造成的。

二、皮下气孔的产生,是铸造过程中各个环节和工序操作不当的综合反应。形成原因复杂,影响因素很多,牵涉到每个人,每到工序,应引起大家的高度重视。

1、原材料方面

(1)含钛(Ti)、含铝(AI)高的原材料以及高合金钢、不锈钢等禁止使用。

(2)锈蚀、氧化严重,油污、煤泥、废砂多的原材料,清理干净后使用。

(3)潮湿、带水的原材料,干燥后使用。

(4)小于3mm的薄铁皮(管件)等,禁止使用。

(5)原材料长度要控制在300~400mm左右。

2、铁水熔炼方面

(1) 原材料装炉时,一定要紧实,尽量减少空间,以减少铁水吸气和氧化。

(2) 在每炉铁水熔化过程中,彻底清渣至少2~3次,并且,清渣后要及时覆盖聚渣和保温材料覆盖铁水,避免铁水长时间与空气接触吸气和氧化。

(3)  熔化好的铁水,高温等待时间不超过10~15分钟,否则,铁水质量会严重恶化,成为“死水”。

(4) 出铁温度不低于1540±10℃,出铁后,要及时除渣,同时覆盖聚渣保温剂,防止铁水降温和氧化。

(5) 禁用不符合标准的增碳剂。

3、孕育剂方面

(1)使用前应经300~400℃烘烤,去除其吸附的水分和结晶水。

(2)孕育剂粒度5~10mm.

(3)孕育剂含铝量<1%

4、浇注方面

(1)大、小包一定要烘干烘透,湿包禁止使用,严禁用铁水烫包代替烘干。

(2)提高浇注温度,高温快浇。浇注原则:慢-快-慢。实践证明,浇注温度提高30-50℃,可使气孔发生率大大降低。浇注时要让铁水始终充满直浇道,中间不断流,以迅速建立铁水静压力,抵制界面气体侵入。

(3)小包铁水温度低于1,350℃禁用,应回炉提温后使用。

(4)加强挡渣、蔽渣,及时清除氧化皮,防止其带入型腔。

5、混砂方面

(1)严格控制型砂水分不大于3.5%.

(2)型砂透气性控制在130~180,湿压强度120~140kPa,紧实率35%~38%,型砂表面硬度>90. 

(3)选用优质膨润土和煤粉。

(4)按规定配入新砂。

(5)每天混砂结束,要将多余型砂回收,并彻底清理和打扫混砂机。

6、模具和造型方面

(1) 模具分型面要设排气孔槽或排气道及暗气室,以减轻气体压力。

(2) 在模具上增设暗气室,以减轻气体压力。

(3) 在横浇道或砂芯上面洒冰晶石粉(用量多少,通过试验后确定)。

7、制芯方面

(1) 硅砂含水要求<0.2%,含泥量<0.3%。

(2) 制芯工艺:混砂前,硅砂需加热至25~35℃,先将组分1加入砂中,混制1~2分钟,再加入组分2,继续混制1~2分钟。两组分加入量各为砂的质量分数的0.75%.

(3) 由于聚异氰酸脂对水的敏感度较高,制好的砂芯存放时间不应超过24小时。

(4) 三乙胺浓度和残留量过高,易使铸件产生皮下气孔。

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