灰铸铁件可能出现的缺陷分析

2020-03-20 13:43:23 586

  

  在灰铸铁件生产中,常见的铸件缺陷有:气孔、成分与性能不合格、热裂与冷裂、缩孔与缩松、渣眼与铁豆、冷隔与浇不足、砂眼与夹砂、多肉与错辐、变形等。通常,产生这些缺陷的原因不单是造型制芯问题,有时还有熔炼浇注、配砂质量、落砂清理等许多生产工序的问题,因此必须具体分析,以便采取相应的合理措施加以解决。

  一、砂芯和砂型的刚性

  砂型浇注后,由于铁液的静压力或凝固而引起的膨胀力,常导致型壁移动和砂芯溃散,这就会使铸件产生内部缩孔和表面缩陷。因此为使铸件尺寸稳定,要最大限度地使铸型紧实。

  为了节约造型材料,造芯时广泛采用了空心砂芯,它比实体芯轻,故热容量小,凝固速度慢,这会导致砂型扩张或砂芯溃散。此外,铁液可能通过芯头或砂芯上的裂纹而渗入其中空部分,这也会使铸件产生缺陷。

  为了提高空心砂芯的刚性,可用湿型砂或水玻璃砂充填;也可将壳芯作成两半,其内部设置加强筋,造芯后粘合可得到坚硬的砂芯。

  二、正确选择浇注温度

  1.浇注温度过低时可能形成的缺陷

  (1)硫化锰气孔 此种气孔位于铸件表皮以下且多在上面,常在加工后显露出来,气孔直径约2~6mm。有时孔中含有少量熔渣,金相研究表明,此缺陷是由MnS偏析与熔渣混合而成,原因是浇注温度低,同时铁液中含Mn和S量高。

  (2)液体夹渣 加工后铸件表皮之下会发现一个个单体的小孔,孔的直径一般为1~3mm。个别情况下只有1~2个小孔。金相研究表明,这些小孔与少量的液体夹渣一起出现,但该处未发现S的偏析。

  (3)砂芯气体引起的气孔 气孔和多空性气孔常因砂芯排气不良而引起。因为造芯时砂芯多在芯盒中硬化,这就常使砂芯排气孔数量不够。为了形成排气孔,可在型芯硬化后补充钻孔。

  浇注温度过低最常见的原因是浇注前,铁液在敞口的浇包中长时间运输和停留而散热。用带有绝热材料的浇包盖,可以显著地减少热损失。

  2.浇注温度过高

  浇注温度过高会引起砂型涨大,特别是具有复杂砂芯的铸件,当浇注温度≥1420℃时废品增多,浇注温度为1460℃时废品达50%。在生产中,利用感应电炉熔炼能较好地控制铁液温度。

  三、晶核的形成

  (1)孕育的影响

  孕育处理有时也会增加铸造缺陷,因为强烈孕育而急剧生核的铸铁件,形成碳化物的倾向增大了。所以建议孕育处理时孕育剂的用量能防止白口就可以了,健全铸件中的晶核比有缩孔的铸件要少的多。

  (2)硫的作用

  由于大多数废钢中含S量低,故电炉熔化废钢时,只能获得含S量低(≤0.05%)的铸铁。此种铸铁对许多孕育剂来说不起作用,原因是孕育衰退的很快,所以用废钢在电炉中熔化时,常常在铸件中产生白口。

  (3)铁液的保温和过热温度

  近年来,人们倾向于用电炉熔化并保温铁液,但提高过热温度和增加保温时间会减少晶核的形成,故有产生白口的危险。考虑到经济和材料性能方面的原因,长时间保温时其温度应尽可能低些。

  四、因砂芯引起的铸件尺寸误差

  砂芯受热时首先是膨胀,然后产生塑性变形,这种在高温下所引起的变化与所用的型砂以及粘结剂的分解有关。

  (1)硬化温度和硬化时间的影响 树脂砂的最初膨胀和热塑性同硬化温度和时间有关。硬化时间长的砂芯,其一次和二次膨胀就大,可能带来变形问题;而硬化时间短时,砂芯膨胀小且分解快。

  (2)砂芯涂料的影响 大部分砂芯表面要刷涂料,经试验发现,耐火涂料渗入砂芯表面的深度对砂芯变形有很大影响,当涂上含有表面活性剂的涂料时、因渗透深度大而防止了二次膨胀。

  灰铸铁缺陷产生的原因分析

  影响灰铸铁力学性能的主要因素:冷却速度,铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等。

  1.关于冷却速度的影响

  影响铸件冷却速度的因素较多:铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件,不能随意改变,故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。

  2.关于铁液过热处理的影响

  提高铁液过热温度可以:

  ①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量,

  ②细化石墨,并使枝晶石墨的形成,

  ③消除铸铁的“遗传性”,

  ④提高铸件断面上组织的均匀性,

  ⑤有利于铸件的补缩。同样,铁液保温也有铁液过热的类似作用。

  3.关于铁液孕育处理的影响

  孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前,把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态,从而可改善铸铁的显微组织和性能。

  对灰铸铁而言,进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织,以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性;对可锻铸铁而言,是为了缩短短退火周期,增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构;对球墨铸铁而言,是为了减少铸件白口倾向,提高球化率和改善石墨的圆整性。

  4.关于炉料特性的影响

  实际生产中往往发现改变金属炉料(例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能,这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质,称为铸铁的:“遗传性”为此,采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”,并改善铸铁的组织和性能。


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