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鐵型覆砂鑄造曲軸常見廢品及解決方法

  鐵覆鑄造新工藝具有節能、省材、優質、高產等工藝優勢。特別是鐵覆鑄造球鐵件,可有效地克服常見的縮孔、縮松和皮下氣孔等缺陷,明顯降低了廢品率。但當生產情況不正常時,其氣縮孔、夾渣、砂眼等缺陷也會較多,下面就常見的幾種缺陷進行分析,希望對大家有些用處。

  一、氣縮孔

  (1)外貌特征

  鐵覆鑄造球鐵件的氣縮孔孔壁光滑、有氧化色、長條蠕蟲狀,經解剖表明,其尾端與鑄件內腔相連。由于鐵覆鑄造的氣縮孔往往在球鐵件的心部縮松處形成,因此,其孔壁的局部表面也呈凹凸不平、比較粗糙的特征。經用放大鏡觀察其粗糙表面,發現有枝狀晶網絡存在,即縮松跡象。但就整體而言,它是個氧化色的“氣窩”。

  (2)形成機理

  鐵覆鑄造的鑄型,除分型面和射砂孔外,幾乎全被鐵型所包圍,而與大氣成隔絕狀態。因此,它的澆注排氣條件較差。如再采用發氣量較大的桐油或糊精作砂芯的粘結劑,為手工造型方便,二者加入量又過多,使砂芯的發氣量很大。再是球鐵的碳當量偏低,收縮傾向較大,石墨化膨脹不夠。這些是造成氣縮孔的三個主要原因。

  氣縮孔是由于砂芯的發氣量大,并無排氣孔,芯頭排氣不暢,未上涂料等因素,造成芯內高壓的氣流突破砂芯而浸入鐵水中,氣體來不及上浮外逸,最后停留在鑄件內部而形成的。因它以浸入氣體為主,所以,我們將它稱為氣縮孔。

  砂芯中的殘留桐油燃燒,對砂芯和鐵水的界面起著保溫作用,促使砂芯中不定向氣流逐漸積聚、增加氣壓、突破砂芯浸入鐵水中,并隨鐵水填充鐵型的流向生成泡核,逐漸沿著凝固結晶方向長大成氣泡。這種氣泡最易在球鐵凝固結晶時形成,是由于鐵覆鑄造的鑄件冷卻速度較快(是砂型鑄造的二倍),鑄件的外殼形成較早;又因球鐵是 “粥糊狀”凝固,粘度較大,使氣泡來不及上浮外逸所致。由S195曲軸砂芯可見,其中部是 “鴨蛋”形的發氣源,二端為Φ14mm的細長芯頭,成緊縮瓶口狀,對芯內氣體的排除非常不利。從我院為用戶設計并投產的1至6缸的球鐵曲軸毛坯的解剖試驗來看,也表明S195曲軸是最易產生氣縮孔的。

  (3)防止措施

  鐵覆鑄造的鑄型,由覆砂層和背襯的鐵型組成,這種鑄型的剛度很好。覆砂層的厚度基本均勻,一般只有幾毫米厚,為分散性發氣,對氣縮孔的形成影響很小。實踐表明,鐵覆鑄造的氣源主要來自集中發氣的砂芯。因此,設法降低砂芯的發氣量,是防止氣縮孔的關鍵。為降低砂芯的發氣量,最好是采用低發氣量覆膜砂以熱芯盒制取砂芯,再是不用或少用高發氣量的桐油和糊精作砂芯的粘結劑?刂仆┯偷募尤肓繛1·5%~2·5%、糊精的加入量≤氣針做出排氣孔,控制芯頭和芯座間隙0·11%~1·5%、膨潤土加入量≤2·5%,烘干時間>1h,烘干溫度200℃左右。對于隔夜受潮或上涂料的砂芯,應進行二次烘干;還應加強砂芯的排氣措施,用蠟線或~0·2mm,以防鐵水進入間隙中,堵塞排氣通道,并在離覆砂層10~15mm處,在鐵型的分型面上加工Φ8mm的排氣孔,保證芯頭排氣通暢。另一方面,在不出現石墨漂浮的前提下,盡量提高碳當量和增加孕育處理效果,充分利用鐵覆鑄造鑄型剛度大和石墨化膨脹產生的自補效果,把氣縮孔擠壓到最小的范圍。在澆注時,因型內空氣被迅速加熱膨脹,使型內氣壓迅速上升,這對鐵覆鑄造的澆注排氣極為不利。因此應在鑄型的最高點設置排氣孔,并及時引火,把型內氣體及時引出型外;再適當地提高澆注溫度,以降低鐵水的表面張力和粘度,同時降低澆注速度,以便型內氣體的排除,這對防止氣縮孔缺陷,也是行之有效的。

  二、夾渣

  (1)外貌特征

  由于鐵覆鑄造球鐵件的冷卻速度較快,相對而言,鑄件的外殼形成就較早,因此,夾渣位于離表面2~4mm之間,機加工后,經磁粉探傷才能發現。夾渣一般分布在鑄型的上部或砂芯的下部和鑄件的死角處,渣不易上浮的部位?捎昧蛴〖右澡b定。

  (2)形成機理

  因鐵水扒渣不凈、擋渣不及時、澆注系統擋渣不良等因素,造成渣直接隨鐵水流入鑄型中形成的,稱為一次夾渣;由鐵水輸送、轉包、澆注不平穩等因素,造成鐵水飛濺,使鎂、稀土、錳等繼續氧化而形成的,稱為二次夾渣。對夾渣區進行金相檢查和電子探針分析,發現有未熔的硅鐵存在,局部含硅量最高達70%,并有MgO、MgS、MnO等并存。

  (3)防止措施

  在保證鐵水球化的前提下,盡量減少稀土、鎂中間合金的加入量,控制殘留鎂量為0·02%~0·04%;盡量擴大橫澆道的截面比,使渣能在橫澆道中充分上浮;澆注平穩、避免鐵水飛濺,防止二次夾渣;采用過濾網撇渣,并及時擋渣,用茶壺包澆注;球鐵高溫處理后,暴露液面,適當靜置,既有利于渣能充分上浮,也便于選擇較低的澆注溫度,這是不可忽視的原則;采用定量瞬時孕育工藝,選用2~3mm的硅鐵顆粒(絕對不能用硅鐵粉),并將硅鐵預熱200℃以上再使用。

  三、砂眼

  (1)外貌特征

  鐵覆鑄造球鐵件的砂眼很易與夾渣缺陷混淆,但因二者的填充物不同,故可用硫印,加以鑒定。

  (2)形成機理

  鐵覆鑄造鑄型的覆砂層,選用2123酚醛樹脂砂,射砂成型。對2123酚醛樹脂砂的性能測試表明:覆砂層的強度與其表面的顏色有密切關系。即黃色的覆砂層其強度會隨溫度的升高而加強;棕色的覆砂層強度最好;當覆砂層出現咖啡色時,其強度會隨溫度的進一步升高而降低。此時用手擦覆砂層,會出現枯砂(浮砂),并在澆注后,隨著鑄型溫度的升高,其強度會進一步下降,這是造成砂眼的主要原因。

  (3)防止措施

  控制覆砂層厚度基本均勻,一般不少于3mm;合箱時,清除鑄型內的浮砂;控制鐵型和型板的預熱溫度為250 ~300℃,并使鐵型的預熱溫度高于型板的預熱溫度,避免相反的情況;選擇黃色或棕色的覆砂層,避免咖啡色的覆砂層出現;選用天然的圓形石英砂: SiO2>85%,含泥量<0·5%,耐火度達1500℃,規格50/100;對于重復使用的鐵型,當其表面溫度高于300℃時,應強制冷卻后,再覆砂造型。

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