灰铸铁缺陷及预防措施Word下载.docx
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8
粘
在铸件表面上,全部或部分覆盖着一层金属(或金属氧化物)与砂(或涂料)的混(化)
合物或一层烧结构的型砂,致使铸件表面粗糙。
减少砂粒间隙。
适当降低金属的浇注温度。
提高
型砂、芯砂的耐火度。
9
夹
在铸件表面上,有一层金属瘤状物或片状物,在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂。
严
格控制型砂、芯砂性能。
改善浇注系统,使金属液流动平稳。
大平面铸件要倾斜浇注。
10
隔
在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑,其交界边缘是圆滑的。
提高浇注温度和浇
注速度。
改善浇注系统。
浇注时不断流。
11
浇不到
由于金属液未完全充满型腔而产生的铸件缺肉。
提高浇注温度和浇注速度。
不要断流
和防止跑火。
夹砂、鼠尾、沟槽
形成原因:
1)金属流股的热量在被烘烤的砂型表层形成低强度高湿度水份凝聚层,翘起的砂层体
积增大由两边向金属流股延伸。
金属液充满型腔后未能将翘起的砂层压平,就形成鼠尾。
2)在充型金属液的热作用下,型腔上表面或下表面膨胀拱起的砂层未开裂或裂口较小,
使金属液未能进入拱起砂层背面的空腔内,形成沟槽。
沟槽实际是夹砂结疤的早期阶段。
3)铸件上表面夹砂结疤称为上型面夹砂结疤,由下型面沟槽发展变化而成。
4)铸件下表面的夹砂结疤称为下型面夹砂结疤,其形成有二:
一种似鼠尾,但砂层翘
曲程度和铸件表面凹陷程度比鼠尾严重,由鼠尾发展变化而成,称为夹砂结疤;
另一种类似上型
面夹砂结疤,由两平行金属流股间的下型面表层拱起开裂而成。
5)出现在铸造的铸件内角和外角的夹砂结疤称为角部夹砂结疤,由位于角部的上、下
型面表层膨胀翘曲,脱离水分凝聚层伸入型腔所致。
6)湿型铸造的铸件上表面或下表面为大平面,型砂膨胀率大,湿强度低,水份过多,
透气性差,铸型排气不良,浇注温度过高,浇注时间过长,易产生夹砂类废品。
防止方法:
1)降低砂型的膨胀应力,加入:
煤粉、沥青、重油、木粉、等补偿砂粒膨胀降低膨胀
应力。
2)提高型砂湿强度
提高煤粉的加入量到
5%,增加型砂热变形量。
提高膨润土加入量到
7.5%,增加型砂热湿拉强度。
3)提高透气性,加强排气孔通气。
4)用干型、自硬砂代替湿型。
5)适当降低浇注温度,缩短浇注时间。
6)浇注过程中对砂型吹气冷却。
7)铸造工艺修改。
球铁皮下气孔对策
影响因素
(1)碳当量:
适当增加含硅量有助于皮下气孔的减少。
同时,在硅量保持不变的情况下,随着含碳
量的增加,球铁中皮下气孔的个数呈现出单峰曲线,且峰值点总保持在共晶点左右,因此,最好
将碳硅含量选择得高一些,以使球铁的碳当量稍大于共晶点。
(2)硫:
硫高会引起皮下气孔等缺陷,这是因为产生H2S气体而形成。
当含硫量超过
0
.094%时就
会产生皮下气孔,含硫量越高,情况越严重。
(3)稀土:
铁液中加入稀土元素能脱氧、脱硫,提高铁液表面张力,因此有利于防止产生皮下气孔。
但稀土含量太高,会增加铁液中氧化物的含量,使气泡外来核心增加,皮下气孔率增加。
残余稀
土量应控制在
0.
043%以下。
(4)镁:
过高的镁将会加剧铁液的吸氢倾向,大量的镁气泡和氧化物进入型腔,增加气泡的外来核
心;
此外镁蒸汽直接与砂型中的水分作用,产生MgO烟气及氢气,也会产生皮下气孔。
试验表
明,残镁量大于
.05%后便易出现皮下气孔,残镁越高越严重。
因此在保证球化基础上,尽量降
低残留镁量。
(5)铝:
铁液中的铝是铸件产生氢气孔的主要原因。
据报道,当湿型铸造球墨铸铁的残留铝量为
0.030%~0
.050%时,将产生皮下气孔。
E.R.Kaczmarek
等人研究认为,铁液与铸型中的水反应生
成FeO与H2,由于铝的脱氧作用,又生成Al2O3,其即为气泡生成的核心而又能吸附一定的
气体,增加了球铁产生皮下气孔的倾向。
但是在减少渣中的FeO成分时,镁的存在使得铝显得
多余,故铝的敏感含量是有一定范围的。
(6)壁厚:
皮下气孔还有“壁厚效应”特征,即气孔的产生在一定壁厚范围内,实际上这与铸件的
凝固速度有关。
铸件壁厚大时,其凝固结皮时间推迟,有利于气泡逸出。
因此,一般来说壁厚小
于
6mm或大于
25mm时不易产生皮下气孔。
(7)浇注温度:
浇注温度类似于壁厚效应,也有一个温度范围,在
1285~1304℃时,皮下气孔相当
严重。
笔者进一步研究认为,不同的壁厚其危险温度也不相同,因此,应根据铸件壁厚共同确定
浇注温度。
当然,提高浇注温度能延缓氧化膜的生成,防止熔渣进入型腔,同时对砂型烘烤时间
加长使水分向外迁移。
(8)型砂含水率:
铸型产生皮下气孔的倾向按下列顺序依次减小:
湿型、干型、水玻璃型、壳型。
司乃潮的研究也证明了这一点,即随着型砂水分的提高,球铁产生皮下气孔的倾向增大,而当型
砂水分小于
.8%时,皮下气孔率接近于零。
(9)型砂紧实度与透气性:
型砂的透气性太低,导致型壁所产生的气体不能排出型外,而向金属侵
入,致使铸件产生气孔;
随着型砂紧实度的增加,皮下气孔的倾向也加大,但当紧实度相当高时,
倾向又减小,这可能是由于表层砂紧实度高,增大了水分向铸件方向的迁移阻力,但若型砂水分
也高,将使水蒸气爆炸的可能性增加。
(10)浇冒口:
合理设计浇冒口,使铁液平稳浇注,并具有较强的挡渣功能;
同时,适当增加直浇
道和冒口的高度,以增加金属液的静压力。
2 防止措施
(1)严格控制铁液化学成分,使碳当量稍大于共晶点成分,含硫量不大于
.094%;
残余稀土小于
0.043%;
残留镁含量不大于
0.05%;
铝含量在
0.03%~0.05%范围以外。
(2)合理设计铸件结构,使壁厚不小于
25mm;
根据壁厚确定浇注温度,薄壁小件不得小于
1320℃;
中件不得小于
1300℃;
大件不得小于
1280℃。
(3)金属炉料、孕育剂和所用工具应干燥,表面无锈蚀和油污。
同时型砂水分不宜过高,尽量小于
4.8%,煤粉、重油等发气物质的含量要适当控制,减少粘土含量,并可附加一些增加透气性的物质,
如木屑等。
(4)合理设计浇注系统,使之为开放式,可在型腔的最高处设置出气孔,同时应保证浇冒口高度,
以提高液态金属的静压力。
缩孔缩松影响因素
提高碳量,增大了石墨化膨胀,可减少缩孔缩松。
此外,提高碳当量还可提高球铁的
流动性,有利于补缩。
但提高碳当量时,不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷:
铁液中
含磷量偏高,使凝固范围扩大,同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给,以及使铸件外壳变
弱,因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。
一般工厂控制含磷量小于
08%。
(3)稀土和镁:
稀土残
余量过高会恶化石墨形状,降低球化率,因此稀土含量不宜太高。
而镁又是一个强烈稳定碳化物
的元素,阻碍石墨化。
由此可见,残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向,使石墨膨胀减
小,故当它们的含量较高
时,亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚:
当铸件表面形成硬壳以后,内部的金属液温度越高,
液态收缩就越大,则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加,其相对值也增加。
另外,若壁厚变化太
突然,孤立的厚断面得不到补缩,使产生缩孔缩松倾向增大。
(5)温度:
浇注温度高,有利于补
缩,但太高会增加液态收缩量,对消除缩孔、缩松不利,所以应根据具体情况合理选择浇注温度,
一般以
1300~1350℃为宜。
(6)砂型的紧实度:
若砂型的紧实度太低或不均匀,以致浇注后在金
属静压力或膨胀力的作用下,产生型腔扩大的现象,致使原来的金属不够补缩而导致铸件产生缩
孔缩松。
(7)浇冒口及冷铁:
若浇注系统、冒口和冷铁设置不当,不能保证金属液顺序凝固;
另
外,冒口的数量、大小以及与铸件的连接当否,将影响冒口的补缩效果。
1.2 防止措施
(1)控
制铁液成分:
保持较高的碳当量(>
9%);
尽量降低磷含量(<
08%);
降低残留镁量(<
07%);
采
用稀土镁合金来处理,稀土氧化物残余量控制在
02%~0
04%。
(2)工艺设计要确保铸件在凝固
中能从冒口不断地补充高温金属液,冒口的尺寸和数量要适当,力求做到顺序凝固。
(3)必要时
采用冷铁与补贴来改变铸件的温度分布,以利于顺序凝固。
(4)浇注温度应在
1300~1350℃,一
包铁液的浇注时间不应超过
25min,以免产生球化衰退。
(5)提高砂型的紧实度,一般不低于
90;
撞砂均匀,含水率不宜过高,保证铸型有足够的刚度。
2 夹渣
.1 影响因素
(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
06%以下,当它在
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。
此外,浇注温度的选取还应考虑碳、硅含量的关系。
(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。
2.2 防止措施
(1)控制铁液成分:
尽量降低铁液中的含硫量(<
06%),
(2)熔炼工艺:
要尽量提高金属液的出炉
温度,适宜的镇静,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,应设有集渣包和挡渣装置(如滤渣网等),避免直浇道冲砂。
(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。
3 石墨漂浮
3.
1 影响因素
(1)碳当
量:
碳当量过高,以致铁液在高温时就析出大量石墨。
由于石墨的密度比铁液小,在镁蒸汽的带
动下,使石墨漂浮到铸件上部。
碳当量越高,石墨漂浮现象越严重。
应当指出,碳当量太高是产
生石墨漂浮的主要原因,但不是唯一原因,铸件大小、壁厚也是影响石墨漂浮的重要因素。
(2)
硅:
在碳当量不变的条件下,适当降低含硅量,有助于降低产生石墨漂浮的倾向。
(3)稀土:
稀
土含量过少时,碳在铁液中的溶解度会降低,铁液将析出大量石墨,加重石墨漂浮。
(4)球化温
度与孕育温度:
为了提高镁及稀土元素的吸收率,国内试验研究表明,球化处理时最适当的铁液
温度是
1380~1450℃。
在此温度区间,随着温度升高,镁和稀土的吸收率增加。
(5)浇注温度:
一般情况下,浇注温度越高,出现石墨漂浮的倾向越大,这是因为铸件长时间处于液态有利于石墨
的析出。
若缩短凝固时间,随着浇注温度升高,石墨漂浮倾向降低。
(6)滞留时间:
孕育处理后
至浇注完毕之间的停留时间太长,为石墨的析出提供了条件,一般这段时间应控制在
10min以
内。
2 防止措施
严格控制碳当量,不得大于
6%;
铁液的含碳量不得大
0%,可用废钢来调整铁液的含碳量;
采用低硅(<
2%)生铁;
改进孕育处理,增强孕育效果,
这样可降低孕育硅铁量。
(2)控制稀土的加入量:
在保证球化的前提下,加入量要少。
(3)改进
铸件的结构,使壁厚尽量均匀,且小于
60mm;
若壁厚相差很大、热节很大,可在厚壁或者热节
处加放冷铁;
若是热节或厚壁位置在铸件顶部,可在此处加冒口。
(4)严格控制温度:
通常要求
在
1380~1450℃进行球化处理,1360~1400℃进行浇注。
同时,尽量缩短铁液出炉到浇注之间的
滞留时间。
(5)必要情况下,可以加入钼等反石墨化元素,提高碳在铁液中的溶解度,从而减少
石墨析出。
4 皮下气孔
4.
同时,在硅量保持不变的情况下,随着含碳量的增加,球铁中皮下气孔的个数呈现出单峰曲线,
且峰值点总保持在共晶点左右,因此,最好将碳硅含量选择得高一些,以使球铁的碳当量稍大于
共晶点。
硫高会引起皮下气孔等缺陷,当含硫量超过
.094%时就会产生皮下气孔,含硫
量越高,情况越严重。
(3)时,亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚:
稀土:
但
稀土含量太高,会增加铁液中氧化物的含量,使气泡外来核心增加,皮下气孔率增加。
(4)镁:
过高的镁将会加剧铁液的吸氢倾向,大量的镁气泡和氧化物进入型腔,增加气泡的外来核心;
此
外镁蒸汽直接与砂型中的水分作用,产生MgO烟气及氢气,也会产生皮下气孔。
(5)铝:
铁液
中的铝是铸件产生氢气孔的主要原因。
据报道,当湿型铸造球墨铸铁的残留铝量为0.030%~0
皮下气孔还有“壁厚效应”特征,即气孔的产生在一定壁
厚范围内,实际上这与铸件的凝固速度有关。
铸件壁厚大时,其凝固结皮时间推迟,有利于气泡
逸出。
因此,一般来说壁厚小于
(7)浇注温度:
浇注
温度类似于壁厚效应,也有一个温度范围,在
1285~1304℃时,皮下气孔相当严重。
笔者进一步
研究认为,不同的壁厚其危险温度也不相同,因此,应根据铸件壁厚共同确定浇注温度。
当然,
提高浇注温度能延缓氧化膜的生成,防止熔渣进入型腔,同时对砂型烘烤时间加长使水分向外迁
移。
(8)型砂含水率:
湿型、干型、水玻璃型、
壳型。
司乃潮的研究也证明了这一点,即随着型砂水分的提高,球铁产生皮下气孔的倾向增大,
而当型砂水分小于
型砂的透气性太低,
导致型壁所产生的气体不能排出型外,而向金属侵入,致使铸件产生气孔;
随着型砂紧实度的增
加,皮下气孔的倾向也加大,但当紧实度相当高时,倾向又减小,这可能是由于表层砂紧实度高,
增大了水分向铸件方向的迁移阻力,但若型砂水分也高,将使水蒸气爆炸的可能性增加。
(10)浇
冒口:
同时,适当增加直浇道和冒
口的高度,以增加金属液的静压力。
。
5 球化衰退及球化不良
5.1 影响因素
铁
液的碳当量太高时(尤其是硅含量也高时)将使石墨球化受到影响。
试验表明,对于厚壁铸件,当
碳当量超过共晶成分时就有可能产生开花状石墨。
但是提高铁液的含碳量有利于镁回收率的提高。
因此生产中大多采用高碳低硅的原则,通常含硅量控制在
2%左右。
此外,碳当量的选取还与铸件
壁厚有关:
当壁厚为
6.5~76mm时,碳当量为
4.35%~4.7%;
当壁厚>
76mm,碳当量为
4.3%~4
.35%。
(2)硫:
当铁液中的含硫量太高时,硫与镁和稀土生成硫化物,因其密度小而上浮到铁液表
面,而这些硫化物与空气中的氧发生反应生成硫,硫又回到铁液,又重复上述过程,从而降低了
镁与稀土含量。
当铁液中的硫大于
0.1%时,即使加入多量的球化剂,也不能使石墨完全球化。
(3)稀
土与镁:
稀土与镁含量过低时,往往产生球化不良或球化衰退现象。
一般工厂要求球化剂的加入量
为
1.8%~2.2%。
铸件壁太厚也容易产生球化不良及衰退缺陷,主要是因为铁液在铸型
中长时间处于液态,镁蒸汽上浮,造成镁含量降低;
共晶时大量石墨生成而释放出的结晶潜热使
奥氏体壳重新熔化,石墨伸出壳外而畸形长大,形成非球状石墨。
(5)温度:
若铁液温度过高,铁
液氧化严重,由于镁与稀土易与氧化物产生还原反应,而使得镁、稀土含量降低,同时高温也将
增加镁的烧损和蒸发;
铁液温度太低,球化剂不能熔化和被铁液吸收,而上浮至铁液表面燃烧或
被氧化。
铁液中镁的含量是随孕育处理后停留时间的增加而减少,其主要原因是
因硫及镁、稀土的氧化与蒸发造成的。
一般情况下,滞留时间不超过
20min。
(7)浇冒口:
浇冒口
若设计不合理,会产生浇注时间太长、铁液飞溅以及卷入空气,使镁、稀土氧化严重。
5.2 防
止措施
(1)严格控制铁液成分:
选择合适的碳当量;
铁液中的含硫量应小于
08%(其中生铁含硫
不得大于
03%,焦碳含硫不得大于
08%),可采用小苏打进行脱硫。
(2)加入足够的球化剂,
(3)合理设计铸件结构,避免壁厚过大,也可在壁厚处加冷铁以提高凝固速度,缩短液态时间,从
而防止球化衰退及不良。
(4)注意处理温度。
出炉温度应低于
1460℃,以防球化剂严重烧损;
要
防止高温下的氧化现象,盖好覆盖球化剂的铁板(厚度应>
3mm);
铁液扒渣后应用草木灰等盖好;
当铁液温度>
1350℃出现球化不良及衰退时,可补加球化剂;
而当<
1350℃时就不能补加球化剂,
也不得浇注球铁件,只能补加其它铁液浇注不重要的灰铸铁件或芯骨等。
(5)铁液出炉后应及时
浇注,滞留时间不得超过
(6)合理设计浇冒口,,采用型内和型上球化处理,加强孕育。
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铸造技术支持
铸造铸件常见缺陷分析
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。
常见的铸件缺陷名称、特征
和产生的原因,见表。
常见铸件缺陷及产生原因
缺陷名称特征产生的主要原因
气孔
在铸件内部或表面有
大小不等的光滑孔洞
①炉料不干或含氧化物、杂质多;
②浇注
工具或炉前添加剂未烘干;
③型砂含水过
多或起模和修型时刷水过多;
④型芯烘干
型砂透气性差;
⑥浇注温度过低或浇注速
度太快等
缩孔与缩松
缩孔多分布在铸件厚
断面处,形状不规则,
孔内粗糙
厚壁处未放冒口或冷铁;
②浇注系统和冒
口的位置不对;
③浇注温度太高;
④合金
化学成分不合格,收缩率过大,冒口太小
或太少
砂眼
型砂充塞的孔眼
①型砂强度太低或砂型和型芯的紧实度不
够,故型砂被金属液冲入型腔;
②合箱时
砂型局部损坏;
③浇注系统不合理,内浇
口方向不对,金属液冲坏了砂型;
④合箱
时型腔或浇口内散砂未清理干净
粘砂
铸件表面粗糙,粘有
一层砂粒
①原砂耐火度低或颗粒度太大;
②型砂含
④湿型铸造时型砂中煤粉含量太少;
⑤干
型铸造时铸型未刷涂斜或涂料太薄
夹砂
铸件表面产生的金属
片状突起物,在金属
片状突起物与铸件之
间夹有一层型砂
①型砂热湿拉强度低,型腔表面受热烘
烤而膨胀开裂;
②砂型局部紧实度过高,
水分过多,水分烘干后型腔表面开裂;
③浇注位置选择不当,型腔表面长时间
受高温铁水烘烤而膨胀开裂;
④浇注温
度过高,浇注速度太慢
错型
铸件沿
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