鑄鋼縮孔氣孔系統(tǒng)分析改善

鑄鋼縮孔氣孔不

良

分

析

改

善1為何氣孔不良高一次因二次因三次因四次因熔解澆注熔解原物料熔冶及出湯砂模澆注廢鋼品質(zhì)鋼水除氣澆注吸氣生銹.鍍鋅.油脂硅鋁攪拌及靜置不足斷續(xù)澆注/澆不滿管澆注系統(tǒng)工藝設計砂芯設計鋼水靜壓力澆口比設計芯頭尺寸/排氣澆口杯/冒口高澆口比設計不合理尺寸小排氣孔太少冒口高度低位能不足砂箱治具砂箱選用一模多穴距布置砂箱尺寸偏小各模穴間距離砂箱砂型壁距離太近各模穴之間距離太近造型泥芯砂芯涂料砂型涂層砂芯排氣合箱貯存冷鐵烘烤涂層厚度及表面砂型含水或酒精排氣孔及數(shù)量合箱過久未澆注冷鐵外觀及烘烤涂層過厚或破損吸潮烘烤后干燥層不足排氣孔少或堵塞砂型吸潮或烘烤不足冷鐵生銹或烘烤不足2鑄鋼件氣孔的成因及防治1.鑄鋼氣孔的形態(tài)及類型:鑄件中的氣孔根據(jù)其氣體來源分為：侵入性氣孔.析出性氣孔.反應性氣孔。這些氣孔有圓球狀、扁圓形和不規(guī)則形狀。針狀氣孔和縮松可認為是析出性氣孔的一種變態(tài)形式。不同類型的氣孔分布位置不同。一般來說，因鋼水含氣量大而產(chǎn)生的析出性氣孔分布于鑄件的厚大部位、熱節(jié)處和冒口下等處，且分布密集，由于其分布的特點，這種缺陷往往難于消除和修復。因型砂干燥不良、含水量高而產(chǎn)生的侵入性氣孔分布于鑄件表面下一定深度的地方。這類氣孔是由水蒸汽(H20)和金屬液內(nèi)的炭(C),合金元素以下金屬液自身含有的氣體，這種氣體有的以原子狀態(tài)存在(O)，有的以分子狀態(tài)存在(C02,CO,H,0,02)發(fā)生化學反應后形成的。這種氣體在鋼液中能夠穩(wěn)定存在，由于沒有及時上升排除，進而形成氣孔。帶有皮下氣孔的鑄件可用消除后焊補的辦法修復，但由于這種缺陷分布面積大，往往給清理修復工作帶來很大麻煩，增加了鑄件的成本。32.氣孔缺陷的形成原因:①工藝及設計方面的原因:芯頭設計過小，排氣不暢，氣體進入型腔形成氣孔。因為來自砂芯的氣體沒有通過芯頭排除，而是富集于芯子周圍的鑄件中。另外，鑄件本身形狀扁薄，澆注位置低，直澆口不夠高，金屬液靜壓頭小，氣體不易外排而外界氣體易進入金屬液，就會形成氣孔。②砂箱及附具方面的原因:箱帶及箱壁距型壁過近，即吃砂量小，或一箱多件，相互太近，都會造成砂型太薄，妨礙氣體流動，排氣困難。如果上箱太淺，金屬液壓頭不夠，也容易發(fā)生氣孔。因為金屬液對型壁與芯子的壓力與金屬液的內(nèi)部靜壓力成正比，即與直澆口或冒口的高度成正比。如金屬液的靜壓力小于型壁界面處氣體對它的浸透壓，氣體就會進入型腔，形成侵入性氣孔。③砂型、泥芯和造型方面的原因:砂型烘干層不夠厚、含水量高或合箱后不能立即澆注，型腔返潮是鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔的最主要原因。澆注時高溫金屬液進入型腔，使砂型內(nèi)水份蒸發(fā)，產(chǎn)生大量水蒸汽。如這種水蒸氣的壓力大于金屬液對型壁的壓力，水蒸氣就會進入型腔形成氣孔。許多鑄件的下箱大面積氣孔其來源主要是未烘干的地坑砂型中水蒸汽。4鑄鋼為何縮孔不良高一次因二次因三次因四次因五次因5鑄鋼件縮孔的一般常識:液態(tài)收縮的大小與澆注溫度有關,鋼液每降低100℃,體積約縮小0.78%~1.2%,因此澆注溫度越高,液態(tài)收縮越大。1.凝固溫度間隔窄的合金具有逐層凝固的特性,在順序凝固條件下易形成集

中縮孔

2.澆注溫度過高易產(chǎn)生縮孔

3.澆注系統(tǒng).冒口.冷鐵.補貼等設置不當,使鑄件在凝困時得不到有效補縮

4.鑄件結(jié)構不合理,壁厚變化突然,孤立的熱節(jié)得不到補縮

5.冒口數(shù)量.尺寸.形狀.設置部位以及冒口與鑄件連接不合理,補縮效果差

6.內(nèi)澆道尺寸或位置不當,使鑄件不能順序凝固或在鑄件中形成局部熱節(jié)

7.砂箱.芯骨剛度差,型.芯緊實度和強度低而不均,使鑄件同時產(chǎn)生脹型.縮

沉和縮孔缺陷。改善的對策方向(1)盡量降低注溫度和澆注速度,澆注后期的補澆要充分到位。(2)合理設計澆冒系統(tǒng),壁厚小且均勻的鑄件要采用同時凝固,壁厚大且不均

勻的鑄件采用由薄向厚的順序凝固,使鑄件得到充分補縮。

(3)在鑄件厚斷面部位,合理放置內(nèi),外冷鐵。(4)盡量減少鑄件的熱節(jié)部位。6

鑄鋼件冒口的設計原則鋼水從液態(tài)冷卻到常溫的過程中，體積發(fā)生收縮。在液態(tài)和凝固狀態(tài)下，鋼水的體積收縮可導致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松。冒口的作用就是補縮鑄件，消除縮孔、縮松缺陷。另外，冒口還具有出氣和集渣的作用。以下就冒口設計的原則和位置設置說明1.冒口設計的原則1-1.冒口的凝固時間要大于或等于鑄件（或鑄件被補縮部分）的凝固時間。1-2.冒口所提供的補縮液量應大于鑄件（或鑄件被補縮部分）的液態(tài)收縮、

凝固收縮和型腔擴大量之和。1-3.冒口和鑄件需要補縮部分在整個補縮的過程中應存在通道。1-4.冒口體內(nèi)要有足夠的補縮壓力，使補縮金屬液能夠定向流動到補縮對

象區(qū)域，以克服流動阻力，保證鑄件在凝固的過程中一直處于正壓

狀態(tài)，既補縮過程終止時，冒口中還有一定的殘余金屬液高度。72.冒口設計的步驟:2.1.對于大、中型鑄鋼件，分型面確定之后，首先要根據(jù)鑄件的結(jié)構劃

分補縮范圍，并計算鑄件的模數(shù)（或鑄件被補縮部分的模數(shù)）M鑄。2.2.根據(jù)鑄件（或鑄件被補縮部分）的模數(shù)M鑄，確定冒口模數(shù)M冒。2.3.計算鑄件的體收縮ε。2.4.確定冒口的具體形狀和尺寸。2.5.根據(jù)冒口的補縮距離，校核冒口的數(shù)量。2.6.根據(jù)鑄件結(jié)構，為了提高補縮距離，減少冒口的數(shù)量，或者使冒口

的補縮通道暢通，綜合設置內(nèi)外冷鐵及冒口增肉。2.7.校核冒口的補縮能力，要求ε（V冒+V件）≤V冒η。83.設計冒口尺寸的方法3-1.模數(shù)法在鑄件的材料、鑄型的性質(zhì)和澆注條件確定之后，鑄件的凝固時間決

定于鑄件的模數(shù)。模數(shù)M=V/A（cm）

V---體積（cm3）

A---散熱面積（cm2）。模數(shù)計算方法是：用繪圖軟件畫出鑄件（或鑄件被補縮部分）的立體圖，計算出鑄件的體積和散熱面積，然后用公式M=V/A計算模數(shù)。冒口的凝固時間大于鑄件的凝固時間，冒口的模數(shù)一般是鑄件模數(shù)的1.1～1.2倍，M冒=1.1～1.2M鑄對于厚實鑄件，如：圓柱體、塊狀鑄件，用模數(shù)法確定的冒口往往偏大，故必須采取一些方法加快鑄件的凝固，同時延長冒口的凝固時間。通常采用以下方法：①加放內(nèi)、外冷鐵；(對要求比較高的鑄件、探傷件，盡量不放內(nèi)冷鐵)。②補澆冒口；③采用保溫冒口。93-2.熱節(jié)圓法根據(jù)鑄件壁厚部位熱節(jié)圓的大小來確定冒口尺寸的一種方法。熱節(jié)圓法主要適用于輪形鑄件，一般冒口與熱節(jié)不連通，需要用滾熱節(jié)圓的方法確定冒口增肉，然后確定冒口尺寸?？捎美L圖軟件畫出鑄件熱節(jié)的形狀，然后畫出熱節(jié)的內(nèi)切圓即為熱節(jié)圓。采用以上措施后，M冒=KM鑄，K按下表進行選擇。104.鋼的體收縮率碳鋼的體收縮率εC的大小與碳鋼的含碳量和澆注溫度有關。如下圖：合金元素WNiMnCrSiAl修正系數(shù)Ki-0.53-0.03540.05850.121.031.7合金鋼的體收縮率

ε

=εC+∑KiXi，Xi為合金元素的含量注:以上修正系數(shù)只適用于低于1600℃時的體收縮。115.冒口的有效補縮距離冒口區(qū)與末端區(qū)之和稱為冒口補縮距離，超出該距離，在鑄件中間區(qū)產(chǎn)生軸線縮松。5-1.板件和桿件的補縮距離通常把斷面的寬厚比為5:1以上的稱為板型件；斷面的寬厚比為5:1以

下的稱為桿型件。下圖為碳鋼（C=0.20～0.30%），板型件的厚度≤175mm、桿型件的厚度≤200mm的冒口有效補縮距離。12在鑄件的末端區(qū)和冒口之間放外冷鐵，冒口有效補縮距離如下：從以上可以看出：①冒口對板型件的有效補縮距離大于桿型件的有效補縮距離。②桿型件的末端區(qū)長度遠大于冒口區(qū)長度。③使用外冷鐵，可以有效的提高冒口的有效補縮距離。另外，冒口的有效補縮距離還受以下因素的影響：①厚實鑄件的凝固區(qū)域變寬，冒口的有效補縮距離相對較小。②結(jié)晶溫度范圍較寬的鑄鋼，冒口的有效補縮距離較小；結(jié)晶溫度范圍較

窄的鑄鋼，冒口的有效補縮距離較大。例如，含碳量為0.15%的碳素鋼

比含碳量為0.30%的碳素鋼的結(jié)晶溫度范圍較窄，冒口的有效補縮距離

較后者大30%。③使用發(fā)熱冒口，可以增加冒口的有效補縮距離。135-2.輪型件冒口的有效補縮距離輪型件講究冒口的延續(xù)度。冒口的延續(xù)度為冒口根部長度（沿輪型周

向）之和與輪形周長的比率，稱為冒口的延續(xù)度。延續(xù)度的大小取決

于輪緣的厚度與其內(nèi)在質(zhì)量的要求程度。如銑齒齒輪、缸體其延續(xù)度

適當增加，不重要的且厚壁輪型件可適當減少。①一般小件（φ600mm）不銑齒的輪型件，冒口的延續(xù)度取25～35%。②中等高度和大小齒輪和齒圈（銑齒深度不超度4/10輪緣厚度），冒口的

延續(xù)度取36～40%。③輪緣較高的雙輻板、三輻板齒輪，冒口的延續(xù)度取38～42%。④高壓缸類的受壓與有探傷要求件，冒口延續(xù)度可取100%。6.冒口補貼對于致密度要求高的鑄件，當冒口的補縮距離達不到時，應在冒口處設置補貼造成向冒口方向的順序凝固，以增加冒口的補縮距離。6-1.水平補貼水平補貼可以按下圖進行計算，

M

n=A

x

b/

2(a

+

b

-c)146-2.垂直補貼對于壁厚≤100mm碳素鋼板狀鑄件，澆注系統(tǒng)為上注時，鑄件的補貼厚

度如下圖2：根據(jù)鑄鋼件的形狀、澆注位置和鋼種的不同，補貼厚度=K1K2a，K1為桿狀件補貼的補償系數(shù)，K2為鑄件材質(zhì)和澆注方式的補償系數(shù)。桿狀件補貼的補償系數(shù)K115橫斷面的寬厚比4.0:1.03.0:1.02.0:1.01.5:1.01.0:1.0補償系數(shù)1.01.251.51.72.0圖1鑄件材質(zhì)和澆注方式的補償系數(shù)K2材質(zhì)和澆注方式碳鋼及低合金鋼高合金鋼上注底注上注底注補償系數(shù)1.01.251.251.5616厚實鑄件的軸線縮松是很難消除的，對于一般鑄件，軸線縮松只要不被切削加工所顯露，則不影響它的使用性能。對于壓力容器鑄件和用于承受疲勞沖擊應力的鑄件，一般均隨其工礦壓力、溫度、應力狀況和鑄件壁厚的不同，分別允許存在射線探傷等級1～3級的軸線縮松。一般鑄鋼件的軸線縮松允許4～5級。據(jù)厚度為100～150mm介于桿-板之間的鑄鋼試驗件的試驗結(jié)果，射線探傷質(zhì)量等級與補貼斜率存在如下關系：對大型汽輪機缸體、泵體類薄壁型打壓、探傷鑄件的補縮，根據(jù)日本室蘭的經(jīng)驗，UT按ASTM標準，RT按ASME標準對不同補縮斜度的鑄件進行無損檢測的結(jié)果，補縮斜度可按：補縮斜度8%（1:12.5）可達1級補縮斜度6%（1:16.6）可達2級補縮斜度3%（1:33.3）可達3級射線探傷質(zhì)量等級12345補貼斜率（%）10～119～108～96～85～717冒口類型明冒口、邊冒口暗頂冒口球形暗冒口保溫冒口η（%）14152025～458.保溫冒口保溫套主要分成：珍珠巖復合型保溫套、纖維復合型保溫套、空心微珠復合型保溫套和陶粒保溫套。后兩種可以做較大鑄鋼件的保溫套。保溫套的堆密度一般控制在0.6～0.8g/cm3。保溫套的厚度一般取保溫冒口模數(shù)的1～1.5倍，保溫效果好的取下限。保溫劑的用量約為冒口重量的1.0～1.7%，冒口的上部不見紅時，保溫效果比較理想。在此條件下，保溫冒口的模數(shù)約為普通冒口模數(shù)的1.3～1.4倍，補縮效率為25