法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估

1、課題名稱(chēng)法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估課次授課日期授課班級(jí)授課地點(diǎn)教學(xué)目的與要求學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.熟悉立式離心鑄造常見(jiàn)缺陷2.能運(yùn)用常用檢查手段進(jìn)行鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)3.通過(guò)實(shí)施過(guò)程觀察，能進(jìn)行鑄造過(guò)程評(píng)估能力目標(biāo)：能夠根據(jù)離心鑄造過(guò)程及生產(chǎn)的鑄件，進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量評(píng)估重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：鑄件質(zhì)量評(píng)估難點(diǎn)：鑄造過(guò)程評(píng)估教學(xué)設(shè)計(jì)（方法、教具、手段、內(nèi)容）方法：講授教具：無(wú)手段：多媒體內(nèi)容：1.熟悉立式離心鑄造常見(jiàn)缺陷2.能運(yùn)用常見(jiàn)檢查手段進(jìn)行鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)3.通過(guò)實(shí)施過(guò)程觀察，能進(jìn)行鑄造過(guò)程評(píng)估課外作業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍等方法了解立式離心鑄造缺陷?法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估授課內(nèi)容授課時(shí)間法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估一、離

2、心鑄造常見(jiàn)缺陷分析二、鑄件檢驗(yàn)三、討論與評(píng)估 20min50 min30 min法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估授課內(nèi)容備注法蘭盤(pán)鑄件質(zhì)量評(píng)估一、立式離心鑄件的常見(jiàn)缺陷及預(yù)防方法（1）淋落1）特征臥式離心鑄造時(shí)出現(xiàn)金屬液如雨淋落下（圖3-20a），金屬液強(qiáng)烈被氧化，使鑄件內(nèi)表面不光，尺寸不符，甚至難于成形。2）產(chǎn)生原因鑄型轉(zhuǎn)速過(guò)低，金屬液自由表面最高點(diǎn)a處，見(jiàn)圖3-1b，質(zhì)點(diǎn)的離心力m2r小于重力mg，故出現(xiàn)金屬液淋落現(xiàn)象。3）防止措施圖3-1 金屬液淋落a)金屬液淋落 b)金屬液受力分析1-鑄型 2-金屬液提高鑄型轉(zhuǎn)速。鑄型轉(zhuǎn)速是離心鑄造的重要工藝因素。轉(zhuǎn)速過(guò)低除臥式離心鑄造時(shí)產(chǎn)生淋落現(xiàn)象，立式離心鑄造會(huì)

3、發(fā)生金屬液充型不良外，鑄件內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)疏松、夾渣等缺陷。但轉(zhuǎn)速過(guò)高，鑄件又易出現(xiàn)裂紋、偏析等缺陷，砂型離心鑄件外表面還會(huì)形成脹型等缺陷。鑄型轉(zhuǎn)速太高也會(huì)使機(jī)器出現(xiàn)大的振動(dòng)、磨損加劇、功率消耗過(guò)大。鑄型轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)是在保證鑄件成形和質(zhì)量的前提下，選取最小的轉(zhuǎn)速。實(shí)際生產(chǎn)中，通常是用一些經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算鑄型的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)實(shí)踐情況進(jìn)行適當(dāng)修正。一般鑄型轉(zhuǎn)速在小于15轉(zhuǎn)的偏差時(shí)，也不會(huì)對(duì)澆注過(guò)程和鑄件質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。（2）冷隔1）特征離心鑄件上有互不結(jié)合或結(jié)合不好的金屬層及冷紋，稱(chēng)冷隔缺陷，又稱(chēng)重皮。用金屬型生產(chǎn)離心鑄管時(shí)，管外表面上?？梢?jiàn)到不連續(xù)、近似螺旋線(xiàn)分布的冷隔疤痕，痕有寬有細(xì)。嚴(yán)重時(shí)外層和內(nèi)層分

4、層形成重皮，把外層薄皮 (13mm)撬開(kāi)，兩層交界面很不平滑，有粒狀的凸起和凹坑。2）產(chǎn)生原因當(dāng)離心鑄造鑄型溫度或金屬液溫度過(guò)低、澆注速度過(guò)慢時(shí)，澆入的金屬液迅速冷卻，從而使后澆入的金屬液無(wú)法與先澆入的金屬液熔合，在鑄件上形成冷隔。鑄管金屬液或螺旋線(xiàn)形流動(dòng)因金屬液從落點(diǎn)向鑄型兩端流動(dòng)充型時(shí)，與慣性引起的轉(zhuǎn)動(dòng)速度滯后合成造成的。在管型溫度或金屬液澆注溫度低時(shí)，先澆入已分散的金屬液，冷卻快而表面凝固，與隨后澆入的金屬液不能熔合，則鑄管外壁形成螺旋線(xiàn)形冷隔疤痕，嚴(yán)重時(shí)形成重皮。3）防止措施鑄型溫度應(yīng)合適 鑄型溫度又可分為預(yù)熱溫度和工作溫度。預(yù)熱目的是使鑄型充分干燥、凈化。預(yù)熱溫度應(yīng)滿(mǎn)足上涂料和工作溫

5、度要求。上涂料后如鑄型溫度己低于工作溫度應(yīng)重新預(yù)熱。溫度過(guò)低易產(chǎn)生冷隔、澆不到和白口；但溫度過(guò)高會(huì)使鑄件粘型、結(jié)晶粗大，并可能影響凝固條件造成縮松，也會(huì)影響鑄型壽命。澆注溫度應(yīng)合適 澆注溫度與合金種類(lèi)、鑄件結(jié)構(gòu)和重量、鑄型冷卻條件等有關(guān)。澆注溫度低會(huì)產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷，但澆注溫度過(guò)高有可能引起縮松、晶粒粗大等缺陷，并會(huì)降低鑄型使用壽命。澆注速度應(yīng)合理 澆注速度太低也會(huì)造成冷隔、澆不足等缺陷。高熔點(diǎn)的合金澆注速度應(yīng)稍高些，對(duì)于薄件、特別是較長(zhǎng)的鑄件澆注速度應(yīng)相應(yīng)大些。實(shí)際上，開(kāi)始澆注時(shí)應(yīng)使金屬液盡快布滿(mǎn)鑄型表面，而后再勻速澆注。選擇合適涂料。涂料選擇要合適，噴涂要均勻，防止金屬液冷卻速度過(guò)快

6、。（5）裂紋1）特征離心鑄件表面有縱向或橫向裂紋。2）產(chǎn)生原因產(chǎn)生裂紋的原因可歸納為三類(lèi)。離心鑄件如鑄管其端面形成飛翅而引起的。當(dāng)飛翅強(qiáng)度較高時(shí)，阻礙鑄管自由線(xiàn)收縮，則在溫度較高、強(qiáng)度較低的插口端產(chǎn)生撕裂型的橫裂，或造成縱向裂紋。在離心鑄件各處因種種原因造成溫度不均勻，使鑄件各處收縮不均勻，造成的裂紋。因金屬液澆入鑄型后，鑄件外部迅速凝固結(jié)殼收縮，或鑄型壁薄溫度迅速上升而膨脹，造成鑄件與鑄型間產(chǎn)生間隙，凝固的薄殼在較大的離心力作用下產(chǎn)生大于其強(qiáng)度的應(yīng)力，殼發(fā)生縱裂。有時(shí)內(nèi)部尚未凝固金屬液由裂縫中溢出，在縱裂外表形成金屬凝塊。3）防止措施鑄型端蓋要封嚴(yán)，防止離心鑄件端部出現(xiàn)飛翅。確保鑄件各處溫度

7、均勻。鑄型預(yù)熱時(shí)應(yīng)力求均勻；涂料噴涂要特別注意各處均勻；澆口位置要適當(dāng)，防止局部過(guò)熱等。轉(zhuǎn)速不應(yīng)過(guò)高、澆注溫度也不應(yīng)過(guò)高。鑄型模具壁厚應(yīng)合理，不可太薄。鑄型璧厚除從強(qiáng)度和剛度方面考慮外，不用水冷的鑄型其壁厚還應(yīng)保證型有足夠的吸熱能力，以免工作時(shí)型溫上升太快，鑄型壁厚選擇可參考表3-18。鑄型壁厚與鑄件壁厚有一定關(guān)系倍數(shù)。鑄件較薄，而其金屬熱容量較小時(shí)，可采用較小的倍數(shù)，反之倍數(shù)應(yīng)較大。小型單層鑄型壁厚不應(yīng)小于15mm，大型單層鑄型壁厚不應(yīng)小于25mm。離心鑄件結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)合理。帶法蘭的鑄件，法蘭根部應(yīng)有圓角等。（4）氣孔1）特征 離心鑄件的氣孔有幾種形式：表面氣孔、皮下氣孔和喇叭孔。在鑄件外表

8、面有大小不等，有的大如半個(gè)豆粒狀凹坑，坑內(nèi)光滑，稱(chēng)表面氣孔，俗稱(chēng)豆皮孔。一般加工余量稍大時(shí)可以去掉。皮下氣孔則是在鑄件加工后外表面上發(fā)現(xiàn)的大小不一的氣孔，有的小如針狀，孔內(nèi)表面光滑。有的能加工去除，有的則不能去除。喇叭孔則是存在于離心鑄件內(nèi)表面，形如圓錐形，從內(nèi)向外逐漸縮小，有時(shí)穿透，有時(shí)不穿透鑄件，因形狀像喇叭俗稱(chēng)喇叭孔。主要發(fā)生在錫青銅鑄件上。2）生產(chǎn)原因 氣體可能來(lái)源于金屬液、或來(lái)自鑄型和涂料。鑄型內(nèi)表面有銹和油，遇熱后會(huì)形成氣體，或鑄型型腔表面小裂紋窩有氣體，或涂料不干發(fā)氣。當(dāng)金屬液澆入離心鑄型后，由于鑄型多為金屬型無(wú)透氣性，鑄型和涂料發(fā)的氣體或鑄型窩的氣體受熱體積膨脹就可能進(jìn)入鑄件外

9、表層。另外，隨著金屬液溫度下降，其中溶解的氣體也將析出。因金屬鑄型的激冷作用，鑄件外層金屬液澆后處于半凝固狀態(tài)，侵入或析出的氣體如無(wú)法浮到內(nèi)表面被排出，就形成氣孔缺陷。如澆注溫度很低，鑄型與涂料產(chǎn)生的氣體又多，則可能形成表面氣孔。如果鑄型溫度和澆注溫度較高則可能形成皮下氣孔。在生產(chǎn)凝固溫度范圍較大的合金如錫青銅鑄件時(shí)，金屬液中的氣泡在離心力場(chǎng)中應(yīng)向內(nèi)表面浮，但已開(kāi)始凝固的金屬粘度增大，開(kāi)始形成分叉樹(shù)枝晶，這些都對(duì)內(nèi)浮的氣泡產(chǎn)生阻力。鑄件外表面先凝固，溫度低，故阻力最大；越向鑄件內(nèi)表面金屬液溫度越高，阻力也越小。氣泡由外向內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中，離心壓力逐漸減小，而溫度逐漸升高，則氣泡體積不斷增大，金屬液

10、沿著氣泡的邊緣結(jié)晶，就形成圖3-24b中的穿透性刺叭孔1。在氣泡內(nèi)壓力大于金屬凝固層的表面阻力時(shí)，氣泡放出后，凝固層在強(qiáng)大的離心力作用下，又彌合在一起，于是形成非穿透性刺叭孔。3）防止措施為防止離心鑄件出現(xiàn)氣孔，應(yīng)從下列各方面加以注意：嚴(yán)格遵守熔煉工藝，注意除氣；鑄型內(nèi)表面要干凈，無(wú)油、無(wú)銹和無(wú)裂紋；鑄型在使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱 (120300)，以去除水、氣；澆注錫青銅件時(shí)鑄型型溫不應(yīng)過(guò)高，以4090為宜。鑄型上應(yīng)鉆排氣孔，排氣孔徑為56mm，孔間距5060mm。排氣孔可用水玻璃砂或粘土砂填塞，或用石棉繩填塞；涂料要充分干燥，如上涂料后鑄型較低，涂料末完全干燥，則應(yīng)再加熱使其干透；涂料發(fā)氣量應(yīng)小，

11、特別是生產(chǎn)大型長(zhǎng)鋼管時(shí)，必須使用發(fā)氣量小的涂料。耐火材料應(yīng)經(jīng)過(guò)高溫焙燒去除發(fā)氣物質(zhì)及結(jié)晶水，并要盡量降低涂料中粘結(jié)劑用量；金屬液澆注溫度要適當(dāng)，不得過(guò)高或過(guò)低，可參考表3-16；澆注方法正確，防止氣體卷入；當(dāng)鑄件內(nèi)部氣孔較多時(shí)，可適當(dāng)提高鑄型轉(zhuǎn)速。（5）縮松1）特征 離心鑄件斷面上有分散而細(xì)小的縮孔，有時(shí)需借助放大鏡才能發(fā)現(xiàn)，稱(chēng)縮松缺陷?？s松是錫青銅軸瓦常見(jiàn)的缺陷，鑄件內(nèi)表面經(jīng)粗加工后可看到有顏色不同的色彩，在放大鏡下為一片縮松，缺陷少則一處，多者幾處，縮松片域面積的最大尺寸約1060mm。薄壁鋼管和鐵管截面上也常會(huì)發(fā)現(xiàn)縮松，試壓時(shí)出現(xiàn)滲漏報(bào)廢。2）產(chǎn)生原因 在離心力場(chǎng)中凝固時(shí)，大多數(shù)情況下離

12、心鑄件是由外向里順序凝固，由于補(bǔ)縮加強(qiáng)，不易形成縮孔、縮松，鑄件組織致密。但在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝固順序不理想的情況，而形成雙面凝固。如果金屬液凝固時(shí)析出的晶粒重度比金屬液小時(shí)，這些晶粒會(huì)以較大的速度浮向內(nèi)表面，混在鑄件內(nèi)表層的金屬液中，加速了內(nèi)表面金屬液凝固。在已凝固的內(nèi)表面下的金屬液，在隨后凝固過(guò)程中由于體積收縮，而使鑄件內(nèi)部形成縮孔和縮松缺陷。如過(guò)共晶鋁合金在離心鑄造時(shí)就可能出現(xiàn)這種情況。又如，在離心澆注時(shí)如果鑄型冷卻條件較差，像使用涂料生產(chǎn)鋼管和鐵管時(shí)，鑄件的中間層尚未凝固時(shí)，內(nèi)層可能已開(kāi)始凝固，形成雙向凝固。對(duì)于有糊狀凝固特點(diǎn)的合金，如錫青銅，它的凝固溫度區(qū)間寬，順序凝固程度不夠

13、，補(bǔ)縮不完全，便會(huì)形成縮松?？傊?，形成雙面夾層凝固，將使鑄件形成縮松。3）防止措施消除離心鑄件縮松的措施是創(chuàng)造和加強(qiáng)離心鑄件由外向內(nèi)的順序凝固條件。加速鑄型冷卻。使用水冷金屬型等加強(qiáng)鑄型冷卻；涂料金屬型的涂層不可過(guò)厚。做鑄態(tài)球墨鑄鐵管時(shí)，涂層以0.5lmm為宜，做鋼管時(shí)涂層以11.5mm為宜；對(duì)凝固溫度間隔寬的合金，可適當(dāng)提高鑄型轉(zhuǎn)速；生產(chǎn)鋼背錫青銅軸瓦時(shí)，可適當(dāng)降低鋼套出爐溫度，降低過(guò)熱度，以提高冷卻速度。對(duì)壁厚大于15mm的鋼背套可加大冷卻水壓力，加強(qiáng)水霧冷卻。澆完金屬后在內(nèi)表面掛渣或加些草灰，以減緩內(nèi)表面冷卻速度。（6）偏析1）特征 在鑄件各部分出現(xiàn)化學(xué)成分、金相組織不一致現(xiàn)象稱(chēng)偏析缺陷

14、。鑄鐵離心缸套機(jī)械加工后從內(nèi)表面或端面會(huì)發(fā)現(xiàn)弧狀或帶狀白亮物，有時(shí)突起、較硬。2）產(chǎn)生原因 在離心鑄件中成分偏析比一般鑄造方法加重的根本原因是：離心力場(chǎng)使金屬液中重度不同的質(zhì)點(diǎn)沉浮速度增大重力系數(shù)G倍，從而加重偏析。具體分析離心力場(chǎng)引起的金屬液成分偏析有兩方面。一是液體偏析，如鉛青銅液中鉛是機(jī)械混合物，鉛重度大將會(huì)向外表層沉積；另一種是金屬液結(jié)晶時(shí)的初生晶偏析，如過(guò)共晶鑄鐵、過(guò)共晶鋁硅合金等石墨、硅初生相重度較小，易浮向內(nèi)表面。離心鑄造時(shí)，鑄型轉(zhuǎn)速愈高則偏析就愈嚴(yán)重。3）防止措施在離心鑄造中防止鑄件成分偏析是很重要的，生產(chǎn)中常根據(jù)不同合金采取相應(yīng)措施。如盡量降低鑄型轉(zhuǎn)速，用各種措施使鑄件快冷，

15、加少量合金元素抑制偏析等。具體措施如下：在保證鑄件質(zhì)量的條件下，盡量降低鑄型轉(zhuǎn)速，減小重力系數(shù)G，以減小易偏析質(zhì)點(diǎn)沉浮動(dòng)力；提高鑄型吸熱能力和鑄型涂料導(dǎo)熱能力，以提高鑄型的激冷能力；降低鑄型溫度、澆注溫度及澆注速度，以提高金屬液凝固速度；對(duì)鑄型采用強(qiáng)烈水冷等方法防止偏析。如生產(chǎn)高鉛青銅軸瓦和雙金屬軸瓦時(shí)，常采用強(qiáng)烈型外水冷，使富銅晶體很快形成骨架，來(lái)阻止鉛偏析。冷卻水壓常在0.150.2MPa，有時(shí)打入壓縮空氣以提高壓力。在合金中加入少量合金元素抑制偏析。如在高鉛青銅中加少量S、Ni、Ag來(lái)減少偏析。S能提高鉛在銅中的溶解度；同時(shí)S和Cu液會(huì)互溶，固態(tài)時(shí)形成CuS能成為結(jié)晶核心，故能阻止偏析，

16、加入量在015%0.25%。Ni和Ag均能起到結(jié)晶骨架作用以阻止偏析，但Ag很貴。S和Ni有工廠曾進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，效果較好。將離心鑄造與懸浮澆注結(jié)合起來(lái)，如離心澆注鋼管時(shí)，在澆注過(guò)程中加入14.5%的鐵粉末，使其懸浮于鋼液中起微冷鐵作用，加快凝固速度，可防止偏析，并能提高鑄件力學(xué)性能。（7）夾雜1）特征鑄件內(nèi)或表面存在有和金屬成分不同的物質(zhì)，如渣、涂料層、氧化物、硫化物等，稱(chēng)夾雜缺陷。生產(chǎn)鋁青銅和鋁合金離心鑄件、鑄鐵缸套等時(shí)常產(chǎn)生夾雜。鋼管表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖3-27的夾雜，經(jīng)12mm的切削加工，夾雜可以去除，但嚴(yán)重影響鑄件表面質(zhì)量。2）產(chǎn)生原因澆入離心鑄型的金屬液中帶有未被去除的渣和氧化物等，或因涂

17、料與鑄型粘結(jié)不牢被澆入金屬液局部沖下，而鑄型溫度和金屬液澆注溫度偏低、鑄型轉(zhuǎn)速也低，使金屬液中的渣、氧化物、涂料等來(lái)不及浮到內(nèi)表面，金屬液就已凝固，從而形成夾雜缺陷。3）防止措施嚴(yán)格熔煉工藝。鋁合金熔化時(shí)要嚴(yán)格控制溫度，用六氯乙烷除氣精煉，除凈熔劑渣。對(duì)缸套等鐵液也要施行有效地精煉，以去除夾雜和脫氣。注意澆注時(shí)擋渣和聚渣。澆注前應(yīng)徹底清除澆包中熔劑渣。另外，可在澆注鐵液時(shí)向液流申均勻撤入精煉劑，由于精煉劑主要組元熔點(diǎn)較低，它能使夾雜物聚合，覆蓋在鑄件內(nèi)表面，延緩內(nèi)表面凝固，使夾雜物能不斷浮出。鑄型內(nèi)應(yīng)清潔干凈。涂料應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，噴涂或滾掛工藝應(yīng)合理，確保涂料能牢固地粘附在鑄型上，不被金屬液沖

18、到金屬液中。噴涂時(shí)鑄型溫度應(yīng)合適，噴涂層厚度不可過(guò)厚。滾掛時(shí)涂料應(yīng)有一定粘稠程度，涂料要均勻、不分層。對(duì)易產(chǎn)生夾雜的合金，澆注溫度和鑄型溫度要適當(dāng)高些，鑄型轉(zhuǎn)速也應(yīng)適當(dāng)高些。二、鑄件檢驗(yàn)（1）檢查計(jì)算是否正確，轉(zhuǎn)速的確定有無(wú)過(guò)大偏差；（2）鑄型安裝是否平穩(wěn)正常；（3）檢查配料、熔煉工藝計(jì)算有無(wú)差錯(cuò)、爐前檢驗(yàn)是否合格；（4）對(duì)鑄件進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容包括尺寸精度和表面精度等。尺寸精度根據(jù)工件設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行；表面精度主要通過(guò)目測(cè)檢驗(yàn)其表面是否存在麻點(diǎn)、縮松、氣孔及飛邊等缺陷。這些檢驗(yàn)作為鑄件評(píng)分的主要標(biāo)準(zhǔn)。采用金相檢驗(yàn)對(duì)鑄件顯微組織進(jìn)行分析檢驗(yàn)；用化學(xué)分析檢驗(yàn)鑄件的化學(xué)成分是否符合要求；采用力學(xué)性能試驗(yàn)檢驗(yàn)銅環(huán)的強(qiáng)度、硬度等指標(biāo)是否合格。檢驗(yàn)內(nèi)容包括尺寸精度和表面精度等。 尺寸精度根據(jù)工件設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行； 表面精度主要通過(guò)目測(cè)檢驗(yàn)其表面是否存在麻點(diǎn)、縮松、氣孔及飛邊等缺陷。這些檢驗(yàn)作為鑄件評(píng)分的主要標(biāo)準(zhǔn)。采用金相檢驗(yàn)對(duì)鑄件顯微組織進(jìn)行分析檢驗(yàn)；