【doc】消失模鑄鋼件氣孔缺陷的分析及解決措施

1、消失模鑄鋼件氣孔缺陷的分析及解決措施經(jīng)驗(yàn)交流鑄造技術(shù)12/2004消失模鑄鋼件氣孔缺陷的分析及解決措施廖希亮,范金輝,姜青河(1.山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東濟(jì)南250061;2.河北科技大學(xué)材料學(xué)院,河北石家莊050054)摘要:分析了消失模鑄鋼件氣孔缺陷的形成原因,提出了綜合解決的措施,實(shí)踐證明這些措施可有效地解決鑄鋼件的氣孔缺陷.關(guān)鍵詞:消失模鑄造;鑄鋼件;氣孔analysisofblowholedefectsofsteelcastingsinlostfoamcastinganditspreventivemeasuresliaoxiliang.fanjinhui.jiangqinghe(1

2、.schoolofmechanicalengineering,shandonguniversity,jinan250061,china;2.hebeiuniversityofscienceandtechnology,050054.china).abstract:theformingcauseofblowholedefectofsteelcastingsinlostfoamcastingwasanalyzed,andsyntheticallymeasureswereproposed.thatthesemeasurescansolveavailablyblowholedefectofsteelca

3、stingwasprovedbypracticalproduction.keywords:lostfosmcasting;steelcastings;blowhole中圈分類(lèi)號(hào):tg249.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b文章編號(hào):10008365(2004)12096002消失模鑄造技術(shù)在鑄鋁,鑄銅,鑄鐵等材料上得到較好的應(yīng)用.但在鑄鋼生產(chǎn)的應(yīng)用上則相對(duì)滯后.雖然在高錳鋼,耐磨鋼等鋼種上也有成功應(yīng)用的報(bào)道引,但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,由于鑄件的氣孔,增碳,增氫等缺陷使該技術(shù)的應(yīng)用受到一定的限制.因此,對(duì)消失模鑄鋼件的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行探討,為消失模鑄造技術(shù)更好地應(yīng)用于鑄鋼件的生產(chǎn)提供指導(dǎo)是十分必要的.圖1是某廠生產(chǎn)的

4、挖掘機(jī)上一輪轂零件,生產(chǎn)條件為:每箱一件,聚苯乙烯泡沫塑料的密度為22g/cm.,采用水基涂料,烘干室溫度為45左右,烘干時(shí)間為48h,冒口用ab膠粘結(jié),水平放置,底注,負(fù)壓度為0.05mpa,澆注溫度為l550,澆注時(shí)間20s,澆注3rain后停止抽真空,30min后落砂.圖1輪轂上的氣孔缺陷fig.1blowhotedefectonthewheelhub機(jī)加工后在補(bǔ)縮冒口處發(fā)現(xiàn)大量分散性氣孔,出現(xiàn)在鑄件內(nèi)部和鑄件表面上,見(jiàn)圖1.最大的直徑達(dá)3mm,深度達(dá)4mm,廢品率達(dá)80.對(duì)氣孔缺陷進(jìn)行了分析,認(rèn)為形成的氣孔主要是侵入性氣孔和析出性氣孔,并對(duì)產(chǎn)生的原因進(jìn)行了較深入的探討.1侵入性氣孔侵入

5、性氣孔是消失模鑄鋼件氣孔產(chǎn)生的主要形式,其形成原因有以下幾方面.(1)澆注過(guò)程中,泡沫塑料模樣不能被迅速氣化,裂解的液態(tài)產(chǎn)物被卷入金屬液中,鑄件凝固后,氣體不能被排出,而在鑄件中形成氣孔.(2)泡沫塑料模樣的發(fā)氣量隨澆注溫度的升高而急劇增大,圖2_3為澆注時(shí)氣體壓力隨澆注時(shí)間的變化,可以看出,澆注的瞬時(shí)氣體壓力急劇升高.由于鑄鋼澆注溫度較高,澆注時(shí)瞬間發(fā)氣量很大,氣體不能被及時(shí)排出,特別是鋼液在紊流狀態(tài)時(shí)將氣體卷入其中,形成氣孔.(3)粘結(jié)泡沫塑料模樣用粘結(jié)劑使用不當(dāng)是形成侵入性氣孔的重要原因.實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),鑄鋼日蛙圖2澆注時(shí)的氣體壓力變化fig.2changeofgaspressureon

6、pouring鑄造技術(shù)12/2004經(jīng)驗(yàn)交流件在泡沫塑料模樣粘結(jié)處往往產(chǎn)生大量的氣孔.如果用插接或鋼釘連接泡沫塑料模樣,該處就不會(huì)產(chǎn)生氣孔.這是由于在連接處使用了較多的粘結(jié)劑,無(wú)論用851強(qiáng)力膠還是ab膠,它們的密度是泡沫塑料的幾倍甚至幾十倍,其氣化速度遠(yuǎn)比泡沫塑料慢且氣化溫度高,當(dāng)膠還沒(méi)有氣化的時(shí)候金屬液上升,將膠裹住,在隨后的冷卻過(guò)程中不斷氣化,從而在鑄件中形成氣孔.(4)水分也是形成鑄鋼件氣孔的因素之一.澆注時(shí)水分的來(lái)源主要有以下幾方面:一是涂料沒(méi)有徹底烘干,或由于水基涂料中含有cmc,聚乙烯醇,白乳膠,淀粉等有機(jī)粘結(jié)劑,如果掛有涂料的模樣烘干后不能及時(shí)澆注,就會(huì)吸收空氣中的水分.另外,

7、涂料中的膨潤(rùn)土等懸浮劑多含有結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水,由于模樣烘干溫度一般只有40左右,其結(jié)構(gòu)水和結(jié)合水一般仍存留于涂料中,這部分水在高溫鋼液的作用下汽化二是泡沫塑料模樣由于干燥不充分,泡沫粒珠中仍殘留較多的水蒸氣;三是來(lái)自型砂中的水分.2析出性氣孔析出性氣孔是指在熔煉過(guò)程中金屬液吸氣,在金屬凝固過(guò)程中,從金屬中析出而形成氣孔.當(dāng)金屬液吸入水蒸氣時(shí),在高溫金屬液的熱作用下,水裂解產(chǎn)生氫氣,氫氣溶解后裂解成氫原子.這些原子在金屬液凝固過(guò)程中重新聚合,生成氫氣,無(wú)法排除,就形成了析出性氣孔缺陷.這種氣孔特點(diǎn):氣壁比較光滑,有金屬光澤,氣孔比較小但數(shù)目較多.3解決的措施3.1減少泡沫塑料模樣的發(fā)氣量,降低發(fā)氣

8、速度(1)在保證模樣強(qiáng)度,剛度的前提下,盡量減小模樣的密度,從而減小發(fā)氣量;將直澆道,冒口及厚大部位做成空心塑料模樣.目前該廠采用的塑料模密度約0.0180.020g/cm.(2)減小澆注系統(tǒng)的尺寸,降低澆注速度從而降低聚苯乙烯的發(fā)氣速度,使產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出.3.2使用發(fā)氣量低的粘結(jié)劑粘結(jié)劑用量越少越好,最好使用插接或鋼釘連接,或粘結(jié)劑與鋼釘聯(lián)合使用.3.3保證涂料質(zhì)量(1)選用高溫透氣性好的涂料,增加涂層的透氣性和潤(rùn)濕性,降低氣隙空腔的氣壓,以保證金屬液平穩(wěn)充型.在干砂消失模鑄造中,由于使用干砂造型,干砂透氣性遠(yuǎn)高于涂料的透氣性,故整個(gè)系統(tǒng)的透氣性主要取決于涂料透氣性的大小.當(dāng)涂料透氣性較

9、小時(shí),涂料的透氣速度遠(yuǎn)小于模樣的熱解速度,合金液流前的氣隙中的壓力很高,使液態(tài)金屬流動(dòng)前沿很不穩(wěn)定,造成卷氣與吸氣.(2)涂料掛涂要均勻,具有高的高溫強(qiáng)度,以減小涂層厚度,一般控制在0.51mm即可.(3)涂層應(yīng)充分烘干,烘干的模樣應(yīng)及時(shí)澆注,避免受潮.3.4設(shè)置集渣與排氣冒口聚苯乙烯泡沫塑料模樣的氣體分解產(chǎn)物都要通過(guò)涂層逸出型腔,由于金屬液充型速度很快,液態(tài)熱解產(chǎn)物來(lái)不及充分裂解氣化,使液態(tài)產(chǎn)物或殘留物往往積聚在鑄件的死角或頂部,使這些部位易形成氣孔.因此,應(yīng)在這些部位設(shè)置小冒口,冒口頂部不刷涂料.以利于積聚的液態(tài)產(chǎn)物最后汽化時(shí)將氣體排出.冒口尺寸為20film10mm20mm,清理方便.實(shí)

10、踐證明,這些小冒口可有效地消除鑄件的夾渣及氣孔缺陷.3.5選擇正確的澆注工藝(1)澆注位置應(yīng)盡量使重要的大表面處于豎直或傾斜,有利于金屬液的平穩(wěn)充型和塑料模樣的逐漸氣化,使氣隙壓力較小及保持平衡.(2)澆注系統(tǒng)優(yōu)先選用封閉式的底注,階梯澆注或側(cè)注,保證金屬液的平穩(wěn)流動(dòng)及避免澆注過(guò)程中大量空氣進(jìn)入型腔.(3)提高金屬液的澆注溫度,減小澆注速度,有利于泡沫塑料模樣的充分汽化和迅速地排出.實(shí)踐證明提高澆注溫度可有效地減少氣孔等一系列鑄造缺陷.鑄鋼件澆注溫度應(yīng)在1600以上,此時(shí)應(yīng)保證涂料有較高的高溫強(qiáng)度,否則會(huì)導(dǎo)致較嚴(yán)重的粘砂.3.6澆注前應(yīng)對(duì)鋼液進(jìn)行充分地除氣3.7型砂要使用干燥的干砂,不使用含水分或潮濕的型砂3.8鑄鋼件的真空負(fù)壓度一般應(yīng)控制在0.050.06mpa范圍內(nèi)較好通過(guò)以上綜合措施的實(shí)施,基本解決了挖掘機(jī)上輪轂零件的氣孔缺陷,成品率達(dá)90%以上.參考文獻(xiàn)1杜其新,厲三于,章舟.消失模鑄造高錳鋼彎管j.鑄造技術(shù),2003(6):563564.2劉立中,付通順,曹延德,等.耐磨鋼彎管的實(shí)型鑄造j.鑄造199