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低壓鑄造常見缺陷及預防

來源:未知 佚名 2019-06-05 浏覽次
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  一、氣孔: 1、特征

  (1)氣孔:鑄件内部由氣體形成的孔洞類缺陷。其表面一般比較光滑,主要呈梨形、圓形或橢圓形。一般不在鑄件表面露出,大孔常孤立存在,小孔則成群出現。

  (2)皮下氣孔:位于鑄件表皮下的分散性氣孔。為金屬液與砂型(鑄型、濕芯、塗料、表面不幹淨的冷鐵)之間發生化學反應産生的反應性氣孔。形狀有針狀、蝌蚪狀、球狀、梨狀等。大小不一,深度不等。通常在機械加工或熱處理後才能發現。

  (3)氣窩(氣坑式表面氣孔):鑄件表面凹進去一塊較平滑的氣孔。 (4)氣縮孔:分散性氣孔與縮孔和縮松合并而成的孔洞類鑄造缺陷。

  (5)針孔:一般為針頭大小分布在鑄件截面上的析出性氣孔。鋁合金鑄件中常出現這類氣孔,對鑄件性能危害很大。

  ① 點狀針孔:此類針孔在低倍顯微組織中呈圓點狀,輪廓清晰且互不相連,能清點出每平方厘米面積上的針孔數目并測得針孔的直徑。這類針孔容易和縮孔、縮松相區别。點狀針孔由鑄件凝固時析出的氣泡所形成,多發生于結晶溫度範圍小,補縮能力良好的鑄件中,如ZL102合金鑄件中。當凝固速度較快時,離共晶成分較遠的ZL105合金鑄件中也會出現點狀 針孔。

  ② 網狀針孔:此類針孔在低倍顯微組織中呈密集相聯成網狀,伴有少量較大的孔洞,不易清點針孔數目,難以測量針孔的直徑,往往帶有末梢,俗稱“蒼蠅腳”。結晶溫度寬的合金,鑄件緩慢凝固時析出的氣體分布在晶界上及發達的枝晶間隙中,此時結晶股價已形成,補縮通道被堵塞,便在晶界上及枝晶間隙中形成網狀針孔。

  ③ 混合型針孔:此類針孔點狀針孔和網狀針孔混雜一起,常見于結構複雜、壁厚不均勻的鑄件中。

  針孔可按國家标準分等級,等級越差,則鑄件的力學性能越低,其抗蝕性能和表面質量越差。當達不到鑄件技術條件所允許的針孔等級時,鑄件将被報廢,其中網狀針孔割裂合金基體,危害性比點狀針孔大。

  (6)表面針孔:成群分布在鑄件表層的分散性氣孔。其特征和形成原因與皮下氣孔相同,通常暴露在鑄件表面,機械加工1~2mm後即可去掉。 (7)嗆火(嗆孔):澆注過程中産生的大量氣體不能順利排出,在金屬液内發生沸騰,導緻在鑄件内産生大量氣孔,甚至出現鑄件不完整的缺陷。

  2.氣孔分類

  (1)析出性氣孔:這類氣孔均勻分布在内部靠近澆口處、冒口處、熱節等溫度較高的區域,氣孔細小而分散,經常同縮孔共存。

  析出:即鋁水中含氣,未徹底除淨,凝固過程中析出。

  (2)反應性氣孔:這類氣孔均勻分布在型壁與鑄件的接觸面上。氣孔表面光滑,呈銀白色(鑄鋼件)、金屬光亮色或暗色。

  反應:鑄型、型芯、冷鐵、塗料等含有與鋁水發生反應而産生氣體的物質。 (3)侵入性氣孔:這類氣孔分布在鑄件上部,孔大而光滑。 侵入:型腔中的氣體,未及時排出型外,而侵入到鑄件中。 3.氣孔形成機理

  低壓鑄造的鑄型基本上是密封的,金屬液充型比較快,氣體來不及排出,包在鑄件中形成氣孔或針孔。

  (1)金屬液中溶解的氣體析出——析出性氣孔(針孔),金屬熔化時所含有的氣體,當液态金屬冷卻和凝固時,因氣體溶解度下降析出氣體,來不及排除,使鑄件産生氣孔。

  鋁液中的氣體,夾雜含量高、精煉效果差、鑄件凝固速度低。

  (2)濕芯、塗料、表面不幹淨的冷鐵,澆注受熱後産生的氣體——反應性氣孔(皮下氣孔),型壁物質同液态金屬之間或在液态金屬内部發生化學反應所産生的氣孔。

  (3)型腔中的氣體,未及時排出型外——侵入性氣孔(單個大氣孔),由于鑄件工藝設計不合理,如鑄型或型芯排氣不暢,或者是由于操作不小心,如澆注時堵死氣眼(澆注速度太快),型腔中的氣體被憋在鑄件中所引起。 4、防治措施

  (1)嚴格執行熔煉操作規程,避免金屬液吸氣,并認真除氣。防止析出性氣孔

  ① 金屬原材料及回爐料應幹燥、無鏽蝕、無油污等,使用前要預熱。 ② 熔煉溫度不宜過高。金屬液熔煉溫度越高,則溶解在其中的氣體量(主要是氫氣)就越多。因此,應嚴格控制熔煉溫度,對有色合金尤為如此。

  ③ 任何種類的金屬其熔煉時間都應盡可能縮短,以防時間過長的熔煉使液态金屬吸氣量增大,某廠生産鋁鐵錳黃銅鑄件,2.5h熔清出爐,澆注的鑄件的氣密性均合格;但6h熔清出爐後澆注的鑄件,在工藝不變的前提下鑄件全部因氣密性不合格而報廢。當恢複熔清時間後鑄件的氣密性全部合格,這充分說明熔煉時間長短對鑄件氣密性的影響。

  ④ 含鋁的合金應盡可能不用工頻爐熔煉,因為這種爐子的攪拌能力極強,而鋁與空氣接觸很易氧化成Al2O3,并進入液态金屬中成為熔渣,也為氣體的析出提供機會。同時也容易與H2O發生反應,使液态金屬吸入氫氣H2。若使用電阻反射爐、遠紅外線加熱爐,甚至用燃油或煤氣的反射爐熔煉都可以。實踐證明:用這些爐子熔煉的鋁合金含氣量、雜質量都較少。

  ⑤ 投料時應先投入熔點低的料,依次投入熔點高的料。這樣會使金屬吸氣量少,其原因就在于爐料與空氣接觸面積和時間均減少。

  ⑥ 液态金屬去氣後應立即扒渣,而後澆注,不可停留過久,以防再吸氣。 ⑦ 用六氯乙烷或氩氣精煉去氣或真空去氣。

  (2)盡量減少塗料、砂芯、金屬型(芯)等的發氣量。選擇質量好的發氣量小的塗料,鑄型和型芯塗料後要充分烘幹。防止反應性氣孔

  ① 塗料的種類應選擇合适,塗料的發氣量不能高。塗料也具有一定的排氣性。

  ② 鑄型與型芯應先預熱,然後再噴塗塗料,結束後必須要烘透方可使用。 ③ 塗料噴塗後不能抹光。凡塗料脫落處,應立即補噴。 ④ 砂芯必須徹底烘幹才能使用。

  ⑤ 金屬型和冷鐵表面應平整光潔,并經烘幹後使用。

  (3)改善鑄型和型芯的排氣條件。可根據鑄件的特點,綜合考慮鑄件的充型情況,選擇合理的排氣位置及不同的排氣措施:排氣槽、排氣片、排氣針、排氣塞、排氣孔等進行排氣。

  (4)選擇合适的充型速度,力求金屬液平穩充型,防止卷入氣體。金屬液上升速度一般控制在50mm/s。即重力鑄造所講的合理的澆注工藝:澆注溫度、模具溫度、澆注速度、澆注時間等。 二、縮孔和縮松

  收縮缺陷:金屬凝固收縮時,由于金屬液未對鑄件有效補縮而産生的缺陷。包括縮孔、縮松、縮陷、縮沉等。 1、特征:

  ① 縮孔:在鑄件上有形狀極不規則的孔,孔壁粗糙并帶有枝狀晶,稱縮孔缺陷。多出現在鑄件最後凝固部位。

  ② 縮松:鑄件斷面上有分散而細小的縮孔,有時借助放大鏡,稱縮松缺陷。如用低壓鑄造生産鋁活塞時,有時在活塞頂部出現縮松。

  ③ 疏松:鑄件緩慢凝固區出現的很細小的孔洞。分布在枝晶内和枝晶間,是彌散性氣孔、顯微縮松、組織粗大的混合缺陷,使鑄件緻密性降低,易造成滲漏。

  ④ 縮陷:鑄件的厚端面或斷面交接處上平面的塌陷現象。縮陷的下面有時有縮孔,縮陷有時也出現在内縮孔的附近。

  ⑤ 縮沉:使用水玻璃石灰石砂型生産鑄件時産生的一種鑄件缺陷,其特征為鑄件斷面尺寸脹大。

  ⑥ 縮裂:由于鑄件補縮不當、收縮受阻或收縮不均勻而造成的裂紋。可能出現在剛凝固之後或在更低的溫度。 2、産生原因:

  縮孔和縮松形成的原因是:金屬液在凝固過程中,由于合金的液态收縮和凝固收縮,即體積收縮造成的體積虧損得不到補償,即得不到補縮,往往在鑄件最後凝固的部位出現孔洞。

  與一般重力澆注不同,低壓鑄造是從下向上充型,澆口在下部。為使鑄件得到足夠的補縮,就必須形成自上而下的順序凝固,即遠離澆道處先凝固,澆道處最後凝固,否則就會産生縮孔、縮松缺陷。

  3、防止措施:(同時凝固或順序凝固)

  由于低壓鑄造、差壓鑄造都是反重力鑄造,重力時刻都在妨礙補縮,因而無論對于砂型鑄造還是金屬型鑄造、無論對于同時凝固還是順序凝固的鑄件,液面加壓控制系統質量的好壞,都是決定鑄件緻密性的關鍵環節。尤其是對于薄壁件金屬型鑄造,凝固時間本來就不長。當充型到型頂時液态金屬中固相分數已經占有相當大的比例,此時應立即急速升壓,以便克服重力的負作用,進行補縮。這時鑄件緻密性是極為關鍵的時刻。目前有些液面加壓控制系統在關鍵時刻仍舊按充型速度緩慢加壓,還有些控制系統則更糟,它們在壓力低時還能正常升壓,但壓力越高升壓速度也越慢。即所謂開口向下的抛物線充型。

  如圖6.1所示。其後果是恰好贻誤了補縮的良機。當液态金屬凝固已基本結束,控制系統才将增壓補縮的壓力升起,顯然為時已晚,這對鑄件的緻密度不會起到良好的作用。生産中有時補縮壓力已經很高(可達0.2MPa),但鑄件仍有縮松缺陷,緻使打壓滲漏率太高。在補縮通道合理時,這主要是因為控制系統增壓的時機沒控制好,而不是所謂“補縮壓力大小對鑄件緻密性影響不大”的錯誤說法,例如:某廠試生産一種較大的薄壁件,試制兩年多沒鑄出合格的鑄件,毛病出在鑄件縮松多,緻密性差,打壓滲漏嚴重。

  當将老式的液面加壓控制系統換成閉環反饋的“CLP-3”型低壓鑄造液面加壓控制系統後,情況大變,原工藝沒有大改動,就生産出合格的鑄件。

  1983年初,沈陽某廠用手控系統在差壓鑄造機上生産薄壁殼體類鑄件,其廢品率幾乎高達80%~90%,當年六月份換上哈爾濱工業大學設計的“CLP”型差壓鑄造液面加壓控制系統後,其廢品率立即大幅度下降,并鑄出外觀棱角清晰,印字豐滿的合格鑄件。由此可知:液面加壓控制系統在差壓、低壓鑄造中的地位是極其重要的。

  預防的具體措施: A.金屬型

  對順序凝固出現的縮孔,消除方法有:

  (1)使鑄型溫度分布合理,即上部溫度低,下部溫度高,最好使用CLP-5型液面懸浮式加壓控制系統,它可以提高下部溫度增加補縮能力。

  (2)使鑄型自身的熱容量分布合理,即下部熱容小,上部熱容大(亦即下部型壁薄,上部型壁厚)即式(nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">1.1.57)中的h=c根号下x時才能使Bi為常數在x的全部流程内成立。

  (3)對局部熱節處應采用強制冷卻,以調節出一個符合補縮的溫度場分布。 (4)對局部影響補縮的“冷節”,可在背後的四周鑽孔銑槽,然後充填絕熱材料,以增大熱阻,可給出合理的溫度場。

  (5)降低充型速度及型溫,但要适當,以防出現冷隔及澆不足 (6)适當降低澆注溫度對減少縮松有顯著的影響 對同時凝固的縮孔縮松,消除方法有:

  (1)使鑄型溫度分布合理,上部溫度偏高,下部溫度偏低。

  (2)鑄型熱容分布合理,即上部熱容小,下部熱容大,亦即鑄型壁上薄下厚。 (3)局部熱節、“冷節”處理方法同上

  (4)型溫、充型速度、澆注溫度的處理方法同順序凝固相反。 B.砂型

  砂型的鑄造工藝改動較為方便,因而無論是同時凝固還是順序凝固,消除縮孔的方法都有很多。

  例如:可以加冷鐵,塗刷各種導熱性能不同的塗料,甚至加内冷鐵也很方便。

  4.具體防止措施:

  (1)對大中型有色合金和黑色金屬鑄件,壁厚懸殊大,設置冒口,并從冒口加壓來加強補縮,防止縮孔、縮松。

  (2)适當降低澆注溫度或澆注速度。

  (3)合理設計鑄造工藝,建立順序(同時)凝固條件。 三、夾雜 1、特征:

  (1)夾雜類缺陷:鑄件中各種金屬和非金屬夾雜物的總稱。通常是氧化物、硫化物、矽酸鹽等雜質顆粒機械地保留在固體金屬中,或凝固時在金屬内形成,或凝固後的反應中在金屬内形成。包括夾雜物、冷豆、内滲豆、夾渣、砂眼等。

  (2)夾雜物:鑄件内或表面上存在的與基體金屬成分不同的質點。包括:渣、砂、塗料層、氧化物、硫化物、矽酸鹽等。

  (3)内生夾雜物:在熔煉、澆注和凝固過程中,因金屬液與爐氣(還可以包括鑄型)之間發生化學反應而生成的夾雜物,以及因金屬液溫度下降,溶解度減小而析出的夾雜物。

  (4)外生夾雜物:由熔渣及外來雜質引起的夾雜物。

  (5)夾渣:因澆注金屬液不純淨,或澆注方法和澆注系統設計不當,由裹在金屬液中的熔渣、低熔點化合物及氧化物造成的鑄件中夾雜類缺陷。由于其熔點和密度通常都比金屬液低,一般分布在鑄件頂面或上部,以及型芯下表面和鑄件死角處,斷口無光澤呈暗灰色。

  (6)塗料渣孔:因圖層粉化、脫落後留在鑄件表面而造成的,含有殘留塗料堆積物質的不規則坑窩。澆注工具、鑄型、升液管、砂芯等上面的塗料脫落,尤其是砂芯刷塗料後用火點燃烘烤,會起皮(爆皮),所以生産不緊張時,盡量采用恒溫箱烘烤砂芯,

  (7)冷豆:澆注位置下方存在于鑄件表面的金屬顆粒(珠),其化學成分與鑄件相同,表面有氧化現象。一般是因為金屬液噴濺,少量金屬液與鑄型接觸迅速凝固與後續金屬液未結合在一起所形成。

  (8)砂眼:鑄件内部或表面帶有砂粒的孔洞。

  (9)硬點:在鑄件的斷面上出現分散的或比較大的硬質夾雜物,多在機械加工或表面處理時發現。

  (10)渣氣孔:鑄件澆注位置上表面的非金屬夾雜物,通常在加工後發現與氣孔并存,孔徑大小不一,成群集結。 2、産生原因:

  低壓鑄造的鑄件常出現氧化夾渣。氧化夾渣的來源分析起來:

  (1)連續生産時往坩埚中補加鋁液時,将液面上的氧化夾渣沖進升液管,在澆注時又被帶入鑄型中;所以在補加鋁液後,應在升液管上端伸入工具,将升液管内的渣子瓢出來;

  (2)升液管的液面反複升降造成的氧化皮; (3)加壓速度過快,造成噴濺産生氧化皮。

  另外,可能因鑄型材料和塗料脫落而引起的非金屬夾渣。 3、防治措施:

  (1)嚴格控制充型速度,保證金屬液平穩上升,無沖擊、噴濺現象。 (2)徹底清除合金液中的氧化渣。

  (3)在升液管口或鑄型内澆道部分采用過濾網。但是,過濾網不是所有的産品都可以使用,有些大而複雜,且壁厚較薄,重量較重的産品,使用過濾網後會充型不起,隻有一些小而簡單,且壁厚較厚,重量較輕的産品,方便使用。

  (4)檢查塗料層是否有脫落,型腔中的灰塵、砂粒、雜物要徹底清掃幹淨。 四、冷隔及澆不足 1、特征:

  (1)冷隔:在鑄件上有穿透或不穿透的、邊緣呈圓角狀的縫隙,縫隙中間常被氧化皮隔開,不能完全融合成為一體的缺陷。多出現在遠離澆口的寬大上表面或薄壁處、金屬液彙流處、冷鐵芯撐等激冷部位。

  (2)鑄件殘缺或輪廓不完整或可能完整但邊角圓且光亮,稱澆不足。常出現在遠離澆口的部位及薄壁處。其澆注系統是的。 2、形成原因(流動性、排氣性): (1)鑄型溫度或金屬液溫度低;

  (2)金屬液充型壓力低、充型速度慢;

  (3)型腔排氣不順,型腔内氣體反壓力過大。 3、防止措施(流動性、排氣性):

  (1)采用合理的鑄型溫度和金屬液澆注溫度(兩個重要的工藝參數);

  鑄型溫度 澆注溫度

  一般鑄件 薄壁複雜件 金屬型芯

  金屬型 200~300 250~320 250~350 低壓鑄造的澆注溫度比

  相同條件的重力澆注的澆注

  溫度低10~20 幹砂型 50~80 80~120

  冷鐵150~250

  (2)使用合理的加壓規範。

  (3)改善鑄型和型芯的排氣條件、排氣方式。

  (4)若在鑄件上發現很淺的對流溝痕時,隻需在模具的對流處适當噴些塗料,即可消除。 五、裂紋

  1.形成原因 :裂紋可以分為熱烈和冷裂。液态金屬冷卻凝固過程中,由于種種原因造成的應力若發生在固相骨架剛剛形成不久時,則形成的裂紋稱之為熱裂;反之,則稱為冷裂。

  2.預防方法

  (1)增加鑄型及型芯中阻礙收縮部分的退讓性,增加塗料厚度。

  (2)增加對産生熱裂部分的補縮。因為熱裂部位大部分是最後凝固處,加強對這一部分的補縮,自然會減少熱裂。

  (3)增大熱烈部位鑄型的散熱能力,可能使熱裂部位轉移或不發生熱裂。 (4)在與裂紋處相對應的金屬型(芯)的兩側上開設與裂紋方向平行的淺溝道以分散凝固時的收縮應力,達到克服熱裂的目的。 (5)盡早開模取出鑄件可有效地減少熱裂。

  (6)提高型溫和澆注溫度,有利于同時凝固,對減少熱裂有良好的作用。 關于冷裂可以從結構設計上加以考慮,也可以将生産出得鑄件立即進行緩冷或退火處理,這有利于減少殘餘熱應力,可有效地減少冷裂,也可以在零件上增設拉筋去防裂。 六、粘砂

  1.形成原因

  粘砂可分為化學粘砂和機械粘砂,但對于低壓鑄造或差壓鑄造則主要是機械粘砂。其産生的原因在于液态金屬在保壓時壓力升高較大,該壓力迫使液态金屬克服表面張力,滲進砂芯或砂型的内部,而造成機械粘砂。 2.預防方法

  (1)在砂型或砂芯表面塗刷耐火度高而又緻密性的塗料層,它可極為有效地克服粘砂缺陷。

  (2)适當降低澆注溫度。

  (3)适當降低保壓時壓力的躍升值。 七、變形

  1.形成原因

  鑄件變形的形成原因與冷裂形成原因相同 2.預防方法

  對這一問題的處理方法與冷裂基本相同。此外,還有一些特殊方法: (1)根據鑄件變形情況,在模具上預留出反變形的校正量 (2)模具預留出拉筋,待熱處理退火後再除去。 (3)變形後可以在壓力機上校正。 八、飛邊、毛刺

  1.飛邊毛刺形成的原因

  模具由于熱應力變形或其它機械原因(液壓缸壓力不足)而合模不嚴,造成縫隙,充型後留下飛邊、毛刺。 2.預防方法

  (1)增大模具的剛度,改變模具結構,以此來減少模具的受熱變形。 (2)也可能由于操作上的原因,使模具棱角處出現變形(磕碰),并使分型面一側有凸起,應仔細檢查,或在平台上測試,然後锉平即可。

  (3)适當地降低澆注溫度、澆注速度(充型速度、加壓速度)或增壓結殼延時。

  九、表面粗糙 十、滲漏

  鑄件在氣密性實驗或使用過程中發生的漏氣、滲水或滲油現象。一些緻密度要求較高的鑄鋁件經常發生打壓滲漏的質量問題,多是由于鑄件有氣孔、縮松、疏松、組織粗大或裂紋等缺陷引起,而且在這些部位都有大量的Al2O3存在。其原因是,澆注時鋁液接觸空氣,其表面馬上形成氧化薄膜,在充填鑄型時由于液流不平穩而出現的混流會把這些氧化膜

  一些緻密度要求較高的鑄鋁件經常發生打壓滲漏的質量問題,造成滲漏的主要原因是微氣孔、微縮松及裂紋,而且在這些部位都有大量的Al2O3存在。其原因是,澆注時鋁液接觸空氣,其表面馬上形成氧化薄膜,在充填鑄型時由于液流不平穩而出現的紊流會把這些氧化膜連同吸附的氣體一起混入鋁液内部。這些夾雜的相對密度與鋁液近似,又因鋁液粘度随溫度下降而增大,因而雜質會來不及浮出,而留在鑄件内部。兩個相鄰的氧化物薄膜為形成初期裂紋提供位置和機會,凝固時析出的氣體及補縮不足,也會在這些區域形成微氣孔和微縮松。這會顯著地降低材料的力學性能,并成為打壓滲漏的根源,所以液态金屬進入型腔的速度及液流的平穩性是至關重要的問題。國外曾研究過以不同的速度填充厚度為5mm的薄闆時,所得鑄件的強度和塑性是不同的。即使充型速度相同,但由于型腔的結構原因造成的紊流嚴重程度不同,其對應部位的強度及塑性也有所不同。因此,液壓加壓控制系統對于内部質量要求較高的複雜薄壁件的質量影響極為嚴重。

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