铸造气孔缺陷产生的原因及解决方法合集

2019-06-26

一、术语含义:金属液在凝固过程中陷入金属中的气泡,在铸件中形成的孔洞,称为气孔。还有气眼、气泡、呛火、呛等非正规名称,是孔壁光滑的孔洞类铸造缺陷。

二、目视特征:是指肉眼看到的铸件缺陷的形态特征,是区分气孔、缩孔、砂眼、加渣及确定气孔种类性质的依据。

1、形状:一般为球形或近似于球形、泪滴形、梨形、蠕虫状、长针形等气孔孔洞。

2、表面面貌:在肉眼观察下,气孔孔壁是平滑的,表面颜色有的发亮,有的金属本色,有的发蓝,灰铸铁孔洞表面有的附着一层碳膜。

3、尺寸:由于形成气孔原因复杂,尺寸变动是无规律的,有的大到1020几毫米,有的小到不到1毫米。

4、部位:是指孔洞在铸件截面中的位置,一般可分为表面气孔,一落砂就可发现,内部气孔只有在机加工后才能显示出来,有的皮下气孔在喷砂后或机加工去除表面硬皮后才能发现。多出现在浇注位置的上面。

5、危害性:气孔是铸件常见和多发性缺陷,一般情况下,气孔使铸件报废数量约占铸件废品率的25%-80%

6、气孔种类:从气孔形成原因、形成过程、形成机理来分类,气孔可分为5种,及侵入气孔、裹挟气孔、析出气孔和内外反应气孔。

下面先说一说最常见、发生最多的侵入型气孔。

一、从浇注到铸件凝固成壳期间,砂型、砂芯发生的气体侵入金属液时产生的气孔称为侵入性气孔。

1、它的形状特征:团球形、梨形、泪滴形,小头所指是气体来源的方向

2、表面面貌:孔壁平滑,铸件侵入气体主要成分是CO时,孔壁呈蓝色;是氢气时,孔壁是金属色,发亮;是水蒸气时,孔壁是氧化色,孔壁发暗,灰色。

3、一般尺寸较大,在几毫米以上。

4、部位:按浇注位置来说,常处于铸件上表面,去掉浇冒口或气针后可看到,有的粗加工后表现出来。

5、分布:大多情况下是单个或几个聚集的尺寸较大的气孔,很少成为弥散性气孔或针孔。

二、形成机理:

1、砂型:砂型中的气体侵入金属液,分为两种:①不润湿型:组成砂型型砂粒度细、强度高、紧实度大(硬),如静压线造型。高温铁水遇到湿砂型,表面水分极度气化膨胀,在砂型毛细管内形成较高压力,一部分向外透过砂型排入大气,一部分因压力大,超过铁水静压力,克服表面张力,便进入铁水中,关系式为:PA>Po+PM+PN

PA——表示气体侵入压力

Po——型腔中气体压力,即标准大气压

PM——金属液静压力

PN——金属液表面阻力(表面张力和粘度)

②金属液润湿型壁时也就是型砂组成砂粒较粗、紧实度较低情况,砂粒间孔隙较大,有利于气体排出,但也使铁液容易渗入到砂粒孔隙中,形成机械粘砂,并堵死气体通道,并且湿砂型都有气体迁移问题,砂型表面水分100%气化,要比原水分体积大三倍,1300℃多度铁水能使水份离子化,就是分解成OH,体积又要扩大几倍,并迅速向压力小、湿度低的深层转移,形成水份聚集区,还原成水,堵塞了气体通道,提高了气体压力,向四处扩散,同时一部分侵入到铁水中,当金属液充满型腔时,由于砂粒间隙大,铁水易侵入,不利于上型排气,型腔内气体会聚集在界面上形成气坑或皮下大气孔。总之,金属液不润湿型壁时,有利于防止粘砂,但易使气体侵入形成气孔,润湿型壁时有利于防止侵入气孔,但易形成机械粘砂。

金属液不润湿型壁时侵入气体容易在型壁上形成气泡,从而增大了形成侵入气孔的倾向性,金属液润湿型壁时侵入气体不容易在型壁上形成气泡,从而减小了形成气孔的倾向性。当侵入气体在型壁上形成气泡核或气泡,同时又发生凝固结壳,并且速度相匹配时,产生如下影响:

⑴金属液不润湿型壁时,残留在型壁上的气泡核,可能形成气坑,或表面气孔,润湿时可能产生皮下气孔。

⑵金属铸型界面发生化学反应,使界面金属层富含氢或氮气时,能使铸件产生反应气孔,类似皮下气孔。

⑶气泡在金属液中排出或滞留,侵入金属液中的气泡,如果能从金属液中排出仍然不会形成气孔,反之则形成气孔。

涉及到铁水的几种典型情况:

   铁液浮力和粘度决定气泡上浮速度和大小,气泡上浮过程中还有

大气泡兼并小气泡,气体元素扩散到气泡中,使之变大,如果固体壳内铁液仍有上升,更增大了气泡排出可能。

   如铁液温度降低有枝晶析出,粘度增大,会阻碍气泡上浮,增大

气泡滞留可能性。(缸盖浇温低出气孔)

   凝固范围大合金结壳快的薄壁铸件,气体一旦侵入,气泡无法排出,极易形成气孔。

   如果铁液表面存在氧化膜或凝固结壳,也会阻碍气体排出。

   如果采用顶注式或上雨淋浇注系统,金属液自上而下充满铸型,

液面受液流冲激,上面温度高,并且不平静,气泡就容易排出,浇口上注式优于底注式。

   型腔充满时,金属液不润湿型壁气体在金属液向上的压力下,只

要砂型毛细管不堵塞,浮到铁水面上的气体就容易排出,不形成气孔,如果金属液润湿型壁铁液渗入砂粒间毛细管而将其堵塞,上浮至型面上的气泡不能排出,会形成单个或多个气孔。

砂芯条件比较恶劣,粘结剂等发气量较大,气体四下扩散。

三、防止和消除侵入气孔的对策和措施

1、降低砂粒间毛细管中的气体压力,主要措施是控制型砂湿透气性和湿型表面硬度,湿透气性要有一个范围,透气性过高超过了上限,意味着砂粒间孔隙过大,铁液易渗入形成机械粘砂或表面粗糙,如果湿透气过低,低于下下限,铸件易产生侵入气孔。湿透气性的上下限值应根据具体生产情况而定,高压造型,上限一般在140左右,下限为70-100,一般铸件上限在100,下限在50左右,如果手工造型,只要保证混砂质量,紧实均匀甚至可定为30。表面硬度:一般145造型机65-70,148造型机80-90,高压造型90以上,湿透性高,表面硬度可高些,反之表面硬度也应低些。

2人工增强砂型通气能力,最常用方法是扎通气孔,扎通气孔深度有讲究,一般为不扎通。气孔顶端与型壁工作表面4-5mm扎透了,效果不好,甚至不起作用,扎的太浅是无效的,为什么呢?前面已说过,浇注后型壁被金属液加热,从界面到型壁达到100℃等温面这一区域,水分成为大量水蒸气,向内有侵入铁液倾向,向外扩散到温度低于100℃区域中,水蒸气遇冷又重新凝结成水分,此区域中水分可达原始水分的2-3倍,水分堵塞了砂粒间的孔隙,阻碍了水分的溢出,从而提高了发气区的气体压力,增加了气体侵入金属液的危险性,这种危险直到金属形成足够厚的固体壳后才能排除。

下型发气区中的水汽上升是自然趋势,因此下型更应该多扎出气孔,松软的下型垫层应划出通气道。

3、砂芯的排气

浇注的砂芯被金属液包围,并被剧烈加热,粘结剂分解产生大量气体,并且砂芯只有芯头同砂型芯座相连通,排气系统变的狭窄,形成瓶颈似的通道关隘,因此保持排气系统的通畅极为重要。

浇注时砂芯排气示意图:

如果砂芯涂料有破损,要及时修复,因为金属液淹没砂芯时,砂芯涂料破损处成为过滤气流,流动气流路程最短出口处气体最易在这些部位侵入金属液中,形成气孔。浇注时在气体出口处点燃气体,可增加对气体的抽力,增大排出速度,并可防止气体爆炸振坏砂芯,并防止产生爆炸气孔(呛火)。

4、型砂水分控制

水的临界发气温度最低,型砂发气区域最厚,因此水的发气量最大,所以应严格控制型砂水分含量,造型方法不同,水分含量有不同范围,一般高压造型控制在3-4%,手工或小造型机控制在4.5-6%

混砂也很重要,湿型砂中不能有小粘土团、铁豆、绣铁丁、死昆虫等杂物,这些混入型砂中会形成分布杂乱的表面气孔。混砂操作,应先干混,即旧砂、新砂、粘土、煤粉混均后,再加水湿混,如果先加水,干粉料易吸水,形成小粘土团,造成局部呛孔。

5、浇注温度与浇注速度与侵入气孔关系

每一种产品都有一个合适的浇注速度,浇注速度过快,静压力增长过于迅速,易形成机械粘砂,同时铸型上部气体来不及排走,憋住在上型孤立的袋形空腔处,阻碍铁水充填产生呛火(气孔),同时抬箱力也大,易造成跑火。对于形状复杂,体积细薄,难以设置排气系统的砂芯,浇速应慢些,这样可以是砂芯中过滤气体非定向流态时间长,气体大部分从芯的自由表面逸走,砂芯一旦被金属液淹没,气体压力就小,减小了气体侵入的危险性。

6、浇注温度对气孔影响

提高铁液浇注温度,降低铁液粘度,使气体易从铁液中排走,是防止气孔的有效措施,但容易带来缩孔、缩松,粘砂和析出气孔缺陷,如缸盖这种复杂薄壁件,砂芯复杂,细薄窄小,排气不通畅,浇温在1320-1350℃以下时就容易出现气孔但浇温高时超过1420℃时就易出现断芯、脉纹、飞翅等缺陷,在铁液含硫高时,硫以FeSMnS化合物形态存在于铁液中,会增加铁液粘度,气泡便难以排出,含硫量不应超过0.08%

7、浇冒口设置

提高直浇道高度,增加静压力,设置溢流冒口排出冷而脏含气泡的铁液,可防止明通气孔根部出现气孔,机器造型,特别是高压造型,紧实度大,硬度高,水分偏高时易产生水爆炸,能使铸件产生呛孔或表面粗糙、粘砂,水分突发性的气化现象称为水爆炸

8、特殊类型的侵入气孔、脱壳与皮片。

浇注时气体强烈阻碍金属液流动,侵占了型腔表面空间,形成铸件表面缺陷,称为特殊类型气孔,形成原因:上升金属液面,把型腔气体憋住,在顶部袋形空腔中,形成气封,在气封中气体压力超过铁液静压力和动压力,液面停止上升,当气体透过型壁被迫排走,压力下降,铁液又开始流动,进入气封所占空间,所以周围脱壳是由再流动的金属液弧形流头形成的。(如493缸体底部齐子与边沿,加气针后若好转,说明就是此原因)

皮片:浇注时型腔中气体被憋住,形成气封或气层,它能使铁液停止流动,后又发生进入气封的铁液再流动,再流动的铁液不能同原停止流动的铁液相溶接,形成可剥落的金属片,即皮片。

解决以上缺陷措施是:排走袋形空腔内气体,不容易形成气封,就不产生脱壳皮片缺陷,最简单的办法就是设置出气针或出气孔。

张部长:王微负责根据本次培训内容出试题并存档。一分厂开式线生产493缸体,7月份气孔占总废品的40%,静压线气孔缺陷较少,在1%左右,分析两条线的差异,变化点在哪?总之,减少发气加强排气,就不会形成气孔。

铸造问题的解决与分析,关键在于钻、学,以及现场经验。江铃工程师提到,铸造是一门经验科学。年轻人一定要多动脑,多看多沟通多问,再做出判断,衡量问题原因。

问题的起因是综合性的,同样的铸造质量问题具有反复性。

1.浇速不同;静压线砂芯的发气方式要畅通。浇注温度高于开式线浇温,末浇温度在1380-1390℃,末浇温度如果较低,铁水结壳早,堵塞排气道,气体不能逸出,形成气孔。

2.缸体主体芯和盖芯是冷芯,优点是不变形。水套芯主排气道,浇注时,受热气体上升,通道堵塞后,铁水包围砂芯,气体不能逸出,形成气孔。

缸盖水套芯排气较差,与江铃比较没有主排气道,更容易形成气孔。

北区的测温枪可能有问题,测量首浇温度是1420℃,但是铁水颜色偏红。

3.排气阻力比较大,不易逸出气体。

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