鑄鋼件縮孔及縮松缺陷的消除 【摘要】 通過(guò)分析鑄鋼件縮孔及縮松產(chǎn)生的機(jī)理, 總結(jié)出鑄件產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷的部位, 提出從改進(jìn)澆注系統(tǒng)、改變鑄件結(jié)構(gòu)、適當(dāng)提高澆注溫度及控制澆注速度等幾個(gè)方面消除鑄件中的縮孔及縮松。 縮孔及縮松缺陷是鑄鋼件生產(chǎn)中的一大難題, 長(zhǎng)期以來(lái)困擾著廣大鑄造工作者。這兩種缺陷多發(fā)生在鑄件內(nèi)部, 通過(guò)機(jī)械加工或X 射線檢查可以發(fā)現(xiàn), 要進(jìn)行挽救比較困難, 也有發(fā)生在表面上的, 通過(guò)安放冒口可以消除。這兩種缺陷很相似, 危害都很大, 可以歸為一類。由于縮孔及縮松缺陷的消除需要綜合考慮澆注系統(tǒng)、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)、冒口及冷鐵等工藝因素, 在實(shí)際生產(chǎn)中難以控制。本文擬對(duì)鑄鋼件生產(chǎn)中出現(xiàn)的縮孔、縮松缺陷的消除作一探討, 供有關(guān)人員參考。) M/ O6 ~& n$ B 一、縮孔及縮松缺陷產(chǎn)生的機(jī)理 鐵液在鑄型內(nèi)冷凝的過(guò)程中, 體積要發(fā)生三次收縮: 次是合金液從澆注溫度冷卻到開(kāi)始凝固的溫度, 稱為液態(tài)收縮; 第二次是從開(kāi)始凝固的溫度冷卻到金屬液全部凝固的溫度, 稱為凝固收縮; 第三次是從全部凝固的溫度冷卻到室溫, 稱為固態(tài)收縮。液態(tài)收縮的大小與澆注溫度有關(guān), 鐵液每降低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。一般情況下, 在能保證流動(dòng)性的前提下, 應(yīng)盡量降低鐵液的澆注溫度。液態(tài)及凝固收縮受合金成分的影響較大, 比如, 在其他成分相同的情況下, 碳、硅含量越大, 收縮就越小; 而錳、硫含量越多, 則收縮量越大。一般鑄鋼件在凝固收縮階段的線收縮率為2. 0 % ~3. 5 % , 因此在砂型鑄造中制造模樣時(shí),除了加放一定的加工余量外, 還要按鑄造合金的收縮特性, 加上一定量的合金收縮率。 當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔后, 靠近型壁的金屬液散熱快,冷卻速度快, 而后向鑄件中心逐次凝固。鑄件在冷卻凝固的過(guò)程中, 一般液態(tài)收縮時(shí)可以得到澆包中液態(tài)金屬的補(bǔ)縮, 這個(gè)階段的收縮對(duì)鑄件質(zhì)量影響不大; 固態(tài)收縮對(duì)形成縮孔、縮松缺陷的影響也不大, 但如果在凝固收縮時(shí)得不到補(bǔ)縮, 就會(huì)在鑄件z后凝固的部位( 如溫度z高的中心處) 形成細(xì)小或分散的孔洞, 即縮孔、縮松缺陷。! ?! g O) V4 A0 {& Y 二、縮孔及縮松缺陷產(chǎn)生的部位 實(shí)際生產(chǎn)中, 有時(shí)候要區(qū)分是縮孔還是氣孔或是夾渣缺陷, 并不是很容易, 需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)因素來(lái)判斷??偨Y(jié)起來(lái), 縮孔及縮松缺陷在鑄件上產(chǎn)生的部位肯定是z后凝固的地方, 而導(dǎo)致z后凝固主要有以下兩種情況:* G( c) h8 Q4 x& F ( 1) z常見(jiàn)是發(fā)生在鑄件斷面突增或鑄件幾何熱節(jié)的部位, 因?yàn)檫@些地方金屬液的散熱z慢, z后凝固而形成缺陷。* ~8 e: a6 L4 ]' ~; c4 }4 D* x ( 2) 并非是鑄件的幾何熱節(jié), 而是因?yàn)榻饘僖洪L(zhǎng)時(shí)間流經(jīng)某處, 使該處過(guò)熱, 也會(huì)產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷,通常稱之為物理熱節(jié)。 三、縮孔及縮松缺陷的防止措施 要使鑄鋼件在凝固過(guò)程中不產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷,必須將鑄件z后凝固的部位引出鑄件本體, 這就需要在鑄件內(nèi)形成順序凝固的溫度梯度, 使金屬液從較低溫度開(kāi)始凝固, 而z后凝固的部位在冒口中。生產(chǎn)中常用的方法有以下幾種。$ |6 l, L x h! t' }9 c7 k& X9 z 1. 使用冒口
在澆注一般的小鑄鋼件或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小型鑄件時(shí),有無(wú)冒口影響不大, 因?yàn)殍T鋼件自身有一定的補(bǔ)縮能力。而當(dāng)鑄鋼件較復(fù)雜時(shí), 冒口的作用就比較明顯。冒口有明冒口和暗冒口兩種。明冒口暴露在空氣中, 冷卻速度快, 澆注一段時(shí)間后就凝固了, 使冒口中的金屬液與外界隔離, 降低了冒口的補(bǔ)縮效率, 對(duì)此可在澆注的z后階段, 將一部分金屬液由冒口澆入, 以強(qiáng)化冒口的補(bǔ)縮效果。冒口的位置需根據(jù)鑄件壁厚和冷卻的情況而定, 應(yīng)設(shè)置在鑄件z后凝固的部位。冒口的斷面一般為被補(bǔ)縮斷面的1. 5 ~2 倍, 冒口的高度應(yīng)為其直徑的1. 5 ~2. 5 倍, 才能保證補(bǔ)縮效果。實(shí)際上, 冒口的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題, 鑄造工作者提出了多種不同的方法, 各有利弊, 需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 2. 選擇合適的內(nèi)澆口位置1 E1 Q( h8 Q( t 內(nèi)澆口的位置對(duì)鑄件是否產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷的影響很大, 因?yàn)楹线m的內(nèi)澆口位置能夠形成順序凝固, 避免缺陷的產(chǎn)生。 0 [1 l5 X/ V2 m% m3 h ( 1) 鑄件高度較小而水平尺寸較大時(shí), 導(dǎo)入位置一般應(yīng)保證鑄件橫向的順序凝固, 內(nèi)澆口應(yīng)設(shè)于鑄件厚處, 使合金液從厚處導(dǎo)入。 : w2 l. [( J: I( _: O9 d2 G! J8 H( J ( 2) 鑄件壁厚較大且均勻時(shí), 為了保證鑄件整體的同時(shí)凝固和避免澆不足, 合金液應(yīng)從鑄件四周通過(guò)較多內(nèi)澆口均勻地導(dǎo)入, 在鑄件各區(qū)域的z后凝固處設(shè)置冒口, 以便補(bǔ)縮。
( 3) 鑄件有一定高度時(shí), 則應(yīng)首先保證自下而上的順序凝固, 而水平方向上同時(shí)凝固, 內(nèi)澆口位置應(yīng)盡可能使水平方向的溫度分布均勻, 通常把內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件的薄壁處, 且在厚壁部分放置冷鐵。另外, 在不破壞鑄件順序凝固的前提下, 內(nèi)澆口數(shù)量宜多些且均勻分布, 以避免局部過(guò)熱。
( 4) 對(duì)于熔模鑄造中的小型簡(jiǎn)單鑄鋼件, 應(yīng)盡量選擇通過(guò)內(nèi)澆口補(bǔ)縮鑄件, 以提高澆注系統(tǒng)的金屬利用率, 即將內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件熱節(jié)部位, 以利于補(bǔ)縮。澆注系統(tǒng)一般采用頂注式或側(cè)注式, 如某鑄件采用圖1a方案時(shí), 熱節(jié)A 處產(chǎn)生縮松, 而采用圖1b 方案時(shí), 通過(guò)內(nèi)澆口向熱節(jié)A 處補(bǔ)縮, 消除了縮松。 |