[球铁] 球铁件缩孔、夹渣、石墨漂浮三大缺陷处理

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球铁件缩孔、夹渣、石墨漂浮三大缺陷处理
一、缩孔缩松
1.影响因素
(1)碳当量:提高碳量,增大了石墨化膨胀,可减少缩孔缩松。此外,提高碳当量还可提高球铁的流动性,有利于补缩。生产优质铸件的经验公式为C%+1/7Si%>3.9%。但提高碳当量时,不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷:铁液中含磷量偏高,使凝固范围扩大,同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给,以及使铸件外壳变弱,因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。一般工厂控制含磷量小于0.08%。
(3)稀土和镁:稀土残余量过高会恶化石墨形状,降低球化率,因此稀土含量不宜太高。而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素,阻碍石墨化。由此可见,残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向,使石墨膨胀减小,故当它们的含量较高时,亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚:当铸件表面形成硬壳以后,内部的金属液温度越高,液态收缩就越大,则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加,其相对值也增加。另外,若壁厚变化太突然,孤立的厚断面得不到补缩,使产生缩孔缩松倾向增大。
(5)温度:浇注温度高,有利于补缩,但太高会增加液态收缩量,对消除缩孔、缩松不利,所以应根据具体情况合理选择浇注温度,一般以1300~1350℃为宜。
(6)砂型的紧实度:若砂型的紧实度太低或不均匀,以致浇注后在金属静压力或膨胀力的作用下,产生型腔扩大的现象,致使原来的金属不够补缩而导致铸件产生缩孔缩松。
(7)浇冒口及冷铁:若浇注系统、冒口和冷铁设置不当,不能保证金属液顺序凝固;另外,冒口的数量、大小以及与铸件的连接当否,将影响冒口的补缩效果。
2.防止措施
(1)控制铁液成分:保持较高的碳当量(>3.9%);尽量降低磷含量(<0.08%);降低残留镁量(<0.07%);采用稀土镁合金来处理,稀土氧化物残余量控制在0.02%~0.04%。
(2)工艺设计要确保铸件在凝固中能从冒口不断地补充高温金属液,冒口的尺寸和数量要适当,力求做到顺序凝固。
(3)必要时采用冷铁与补贴来改变铸件的温度分布,以利于顺序凝固。
(4)浇注温度应在1300~1350℃,一包铁液的浇注时间不应超过25min,以免产生球化衰退。
(5)提高砂型的紧实度,一般不低于90;撞砂均匀,含水率不宜过高,保证铸型有足够的刚度。
二、夹渣
1.影响因素
(1)硅:硅的氧化物也是夹渣的主要组成部分,因此尽可能降低含硅量。
(2)硫:铁液中的硫化物是球铁件形成夹渣缺陷的主要原因之一。硫化物的熔点比铁液熔点低,在铁液凝固过程中,硫化物将从铁液中析出,增大了铁液的粘度,使铁液中的熔渣或金属氧化物等不易上浮。因而铁液中硫含量太高时,铸件易产生夹渣。球墨铸铁原铁液含硫量应控制在0.06%以下,当它在0.09%~0.135%时,铸铁夹渣缺陷会急剧增加。
(3)稀土和镁:近年来研究认为夹渣主要是由于镁、稀土等元素氧化而致,因此残余镁和稀土不应太高。
(4)浇注温度:浇注温度太低时,金属液内的金属氧化物等因金属液的粘度太高,不易上浮至表面而残留在金属液内;温度太高时,金属液表面的熔渣变得太稀薄,不易自液体表面去除,往往随金属液流入型内。而实际生产中,浇注温度太低是引起夹渣的主要原因之一。此外,浇注温度的选取还应考虑碳、硅含量的关系。
(5)浇注系统:浇注系统设计应合理,具有挡渣功能,使金属液能平稳地充填铸型,力求避免飞溅及紊流。
(6)型砂:若型砂表面粘附有多余的砂子或涂料,它们可与金属液中的氧化物合成熔渣,导致夹渣产生;砂型的紧实度不均匀,紧实度低的型壁表面容易被金属液侵蚀和形成低熔点的化合物,导致铸件产生夹渣。
2.防止措施
(1)控制铁液成分:尽量降低铁液中的含硫量(<0.06%),适量加入稀土合金(0.1%~0.2%)以净化铁液,尽可能降低含硅量和残镁量。
(2)熔炼工艺:要尽量提高金属液的出炉温度,适宜的镇静,以利于非金属夹杂物的上浮、聚集。扒干净铁液表面的渣子,铁液表面应放覆盖剂(珍珠岩、草木灰等),防止铁液氧化。选择合适的浇注温度,最好不低于1350℃。
(3)浇注系统要使铁液流动平稳,应设有集渣包和挡渣装置(如滤渣网等),避免直浇道冲砂。
(4)铸型紧实度应均匀,强度足够;合箱时应吹净铸型中的砂子。
三、石墨漂浮
1.影响因素
(1)碳当量:碳当量过高,以致铁液在高温时就析出大量石墨。由于石墨的密度比铁液小,在镁蒸汽的带动下,使石墨漂浮到铸件上部。碳当量越高,石墨漂浮现象越严重。应当指出,碳当量太高是产生石墨漂浮的主要原因,但不是唯一原因,铸件大小、壁厚也是影响石墨漂浮的重要因素。
(2)硅:在碳当量不变的条件下,适当降低含硅量,有助于降低产生石墨漂浮的倾向。
(3)稀土:稀土含量过少时,碳在铁液中的溶解度会降低,铁液将析出大量石墨,加重石墨漂浮。
(4)球化温度与孕育温度:为了提高镁及稀土元素的吸收率,国内试验研究表明,球化处理时最适当的铁液温度是1380~1450℃。在此温度区间,随着温度升高,镁和稀土的吸收率增加。
(5)浇注温度:一般情况下,浇注温度越高,出现石墨漂浮的倾向越大,这是因为铸件长时间处于液态有利于石墨的析出。A.P.Druschitz与W.W.Chaput研究发现,若缩短凝固时间,随着浇注温度升高,石墨漂浮倾向降低。
(6)滞留时间:孕育处理后至浇注完毕之间的停留时间太长,为石墨的析出提供了条件,一般这段时间应控制在10min以内。
2.防止措施
(1)调整化学成分,在保证球化级别的前提下,降低铁液的碳当量,夏天高温季节碳当量在4.3%~4.5%,冬天寒冷季节碳当量在4.4%~4.7%,铁液wC≤3.85%、wSi≤2.7%。
(2)严格高温熔炼,低温浇注的原则。铁液球化处理前,将铁液进行一段过热,铁液温度可在1530~1550℃保持3~5min,球化处理时再将温度降至1490~1510℃之间。
(3)严格控制球化剂和孕育剂颗粒度,球化剂粒度在Ø3~Ø15mm,孕育剂粒度在Ø3~Ø10mm以及球化剂和孕育剂的烘烤工序,坚持随流孕育和多次孕育的原则,保证球化剂和孕育剂的吸收率,以及良好的孕育效果。
(4)严格浇包烘烤环节,通过浇包烘烤,保证球化处理过程中所需补充的热量,降低铁液的出炉温度,减少球化剂和孕育剂的烧损,保证球化剂和孕育剂在铁液中的吸收率。
(5)通过培训,提高各工序操作人员的专业知识、质量意识,特别是调高浇注工的熟练程度,缩短球化处理后的浇注时间。
(6)严格控制消失模浇注过程中和浇注后的真空负压,以及浇注后真空负压的保持时间,保证浇注后铸件的凝固时间;及时清理真空管道,保证抽真空时气流畅通,同时,可根据浇注实际情况,调整负压气体流量,尽可能使模样发气量与负压气体流量比接近1:1。
(7)严格控制消失模模样的密度,在保证模样强度的前提下,尽可能降低模样的密度,减少浇注过程中模样的发气量。
(8)高温季节,严格控制干砂(壳型)温度≤35℃,保证铸件的凝固速度,缩短铁液在液体停留的时间。


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