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跟型砂有關的鑄造砂孔、渣孔缺陷怎樣解決,怎樣防治?

砂孔、渣孔缺陷

砂孔和渣孔通常統稱為“砂眼”,它是鑄件上出現最頻繁的表面缺陷。只有當孔眼較大,憑眼睛觀察孔眼中夾雜物的色澤才有可能分辨出來是砂子還是渣子。雖然能夠用掃描電子顯微鏡和能譜分析裝置進行判斷,絕大多數工廠無此檢驗條件。以下將分別討論砂孔和渣孔的來源和防止措施如下。

—— 砂孔 ——

砂孔的形成原因主要是由于造型的工藝和操作,以及型砂品質不良造成的

1、芯頭與芯座間隙

濕型鑄造可以利用砂型的微弱變形能力,不必過多加大上砂型的砂芯座寬度,即可在合型時將砂芯頭準確進入上型腔的芯座中。但有的鑄造工廠中使用的合型定位銷精度較差,或者僅為使用畫泥號定位辦法,如果預留間隙不夠大的,就會碰壞上型芯座使碎砂掉入型腔中。對于完全機械化流水線,造型下芯后,用自動合型機扣箱,間隙應當等于造型和合型設備精度偏差之和。

有些鑄件側面凹凸不平,為了生產方便和降低生產成本盡量避免使用砂芯,而采用隨形彎曲的分型面來形成鑄件側面不平的輪廓,就應考慮靠近鑄件界面處形成彎曲不平分型面的砂臺的側面斜度。假設機器的合型精度為0.5mm,不平分型面的砂臺側面斜度45°,模板設計時上型和下型沒有預留的間隙,合型時該處型砂利用微弱的塑性可以稍許退讓,預計不至于被擠壞。假如不平分型面的傾斜角接近80~90°,即使模板余留間隙為0.5mm也不能保證分型面的砂型不被擠壞。遇此情況,較好的解決方案是加大傾斜分型面的間隙。間隙的水平方向寬度應當大于機器的合型精度加上模板的尺寸偏差。澆注和落砂后再鏟磨掉鑄件的披縫。另外,砂型與模樣接觸處的夾角不可小于90o,避免砂型形成尖銳棱角。這是因為濕砂型的強度與樹脂砂型相比小得多,在合型時濕砂型的尖棱角容易碰撞掉落,也很容易被澆入的金屬液沖刷掉落而形成砂孔缺陷。

2、脫模劑的作用

濕型砂造型在模板上噴涂脫模劑就是用來消除濕型砂對模樣或模板的附著力。手工造型時多半使用滑石粉為脫模劑,機器造型多用煤油或輕柴油或其它專用商品脫模劑噴涂模板。但是,不管使用何種脫模劑,都要盡量少用,而且分布均勻,避免低凹處局部堆積,以致脫模劑破壞砂型強度,誘發砂孔缺陷。另外,如果機器的起模機構不平穩,或模具狀態不良,也會使砂型產生裂紋。合型時受壓就會有整塊型砂脫落到型腔中,澆注時隨金屬液漂浮離開原來位置。如果從鑄件上看到有“多肉”處,表明有一塊砂子掉落,就應仔細查找砂孔究竟在鑄件的何處。

3、手工挖掘澆注系統

手工開挖出來的澆道表面粗糙和坑凹不平。雖然經過抹刀修補和壓平,砂子與砂型并未結合牢固。

受金屬液沖刷就會被帶走,成為鑄件表面砂孔。應當采用澆注系統模樣造型。

4、型砂品質

濕砂型的強度和韌性比之樹脂砂型和水玻璃砂型相差極大,這是濕型砂容易產生砂孔的最根源。

A、濕型砂的強度

型砂的濕態強度不足,受高速流入金屬液沖刷時,由內澆口直沖正對面砂型或砂芯,就會沖蝕成坑。凸臺和棱角也有可能被沖碎混入金屬液中。沖下的砂子將隨金屬流而去成為砂孔。有時砂孔不易發現,但由澆注系統和鑄件上可以看到有多余的“肉”,該處的砂就成為砂孔中的砂子。為了防止澆口沖刷,應當將內澆口盡量設計成分散的或向鑄件展開的喇叭形。也還要保證砂型有足夠強度。各種造型方法不同,要求的型砂濕壓強度也有區別。手工小件的型砂濕壓強度至少應為60~85kPa;震壓機器造型的動作較猛,濕壓強度應為80~100kPa;氣動微震造型大多在100~140kPa;高密度造型(包括擠壓、射壓、靜壓、高壓等)最好在140~180kPa。有些濕型在合型以前需要敞開砂型一段時間,應當注意型砂的風干強度。尤其是手工造型生產較大鑄件時,需要較長時間修理砂型、開挖澆道,或者等待下芯,以致型腔表面風干脫水而削弱表面強度。澆注時表面砂粒極易被金屬液沖刷脫落而形成砂孔缺陷。由于濕砂型所含膨潤土數量有限,形成的強度不高。含水量降低將大大損害砂型表面強度。因此,造型后應盡快合型。提高型砂耐風干能力的辦法可以是加入a–淀粉或糊精0.5~1.0%左右。手工造面積較大的濕砂型時,修型后用噴霧器向被風干砂型表面均勻噴少量水后合型,也是防止砂孔的有效措施。

B、濕型砂的韌性

型砂不可太脆,應當具有一定的韌性。否則在起模、下芯、合型和運搬時砂型的棱角和吊砂受到沖擊和震動容易碰碎或掉落而產生砂孔缺陷。但型砂韌性也不應太高,以免其流動性下降而影響砂型的緊實程度。工廠最常用破碎指數來測定濕型砂的韌性。我國幾家鑄造工廠的型砂破碎指數大多在70~90%之間。

C、優質膨潤土和充分混砂

假定型砂的干濕程度(緊實率)處于最適宜狀態,型砂的含泥量(包括有效膨潤土、有效煤粉和無效的灰分)并未超額。則濕型砂的強度和韌性主要取決于:

(1)所用膨潤土的品質和數量:我國膨潤土礦藏非常豐富,但膨潤土的品質不一。用原砂與5%膨潤土加水,控制緊實率45±2%,混制待試型砂,檢測型砂標準試樣濕態抗壓強度為判斷膨潤土濕態粘結力的最直接方法。優質膨潤土的濕壓強度可達90~110kPa,頂級膨潤土可達110~145kPa。低檔膨潤土大約在50~70kPa。一般對鑄件表面要求不很嚴格的小件手工鑄造工廠,可以選用中等級別的膨潤土。但是大量成批生產鑄造廠和機械化鑄造工廠,尤其應當注意所購入膨潤土的品質。選用優質膨潤土混砂的鑄鐵工廠單一砂加入量一般不超過混砂量的0.9%。

(2)混砂是否充分:國內很多工廠混砂時間嚴重不足。原因是設計砂處理工部時采用的技術指標陳舊,是按照過去低密度造型、低強度型砂制定的。我國碾輪混砂機生產工廠規定每批型砂的混砂周期(包括加料和卸料時間在內)只有2.60~2.70min。與日本豐田汽車公司上鄉工廠的碾輪混砂機混砂周期6min相比,差別甚巨。周期時間短就無法使膨潤土的粘結力充分展開,混砂機的效率沒有得到充分發揮。后果是型砂強度不足,韌性偏低,鑄件砂孔缺陷多。如果舊砂中混有潰散的樹脂砂芯,混碾時間不足的型砂顯得發散和發脆,就更容易形成砂孔缺陷。

—— 渣孔 ——

按金屬液中渣滓形成時間的先后,有兩種不同的渣滓。2.2.1熔煉、處理的渣滓熔煉會產生爐渣,鐵液的孕育、球化處理過程又會在澆包中生成渣子,這些渣子等雜質不可避免漂浮在澆包金屬液面上,有可能與金屬液一同流入型腔內而形成渣孔缺陷(見圖6)。

去除這些雜質的有效辦法是在澆包的表面撒集渣劑,使雜質與半熔的集渣劑黏著在一起,即可用鐵棍挑出或截阻。應用良好的集渣劑主要組成物是珍珠巖或火山灰。各地礦產的珍珠巖品種不同,主要區別在于熔點和粘度不同。因此有的原料供應工廠還對采得珍珠巖礦石進行專門配制和加工,以使其適合不同金屬液的出爐除渣處理溫度。我國有些南方工廠習慣用稻草灰當作集渣劑。稻草灰對金屬液有保溫作用,對飄浮的爐渣只有輕微激冷作用,集渣效果不良。北方有些小廠習慣在包中的金屬液表面撒干砂當作集渣劑,雖然對漂浮的爐渣起一定的激冷作用,使渣子開始呈現凝結。但干砂完全不熔融,對爐渣的集渣作用極小。因而澆注時草灰、砂子和渣子都容易隨金屬液流入型腔中而成夾雜性缺陷且往往與氣孔相伴隨。除了使用集渣劑以外,還可在澆注系統中放入過濾網或過濾片,也可在橫澆道設置集渣包,都能夠更有效地防止渣和砂進入型腔中。

黑渣和石墨漂浮

金屬液在澆包內去除或擋住渣滓后,進行澆注直到充型過程中形成的渣滓。球墨鑄鐵形成的黑渣最為典型。當鐵液液面降溫過程中,開始形成液態氧化渣膜,隨著溫度降低,渣膜量逐漸增加。繼而產生固體渣。澆注進入型腔中固體渣漂浮在上型的上表面,成為黑渣缺陷。黑渣的化學成分主要由多種氧化物組成,例如有MgO、FeO、Al2O3、SiO2和稀土氧化物,其它還有Mg2SiO4以及MgS和稀土硫化物。為了防止球墨鑄鐵的黑渣缺陷,應當控制原鐵液的含硫量,在澆包液面上撒集渣劑來避免鐵液氧化,提高澆注溫度不低于1350℃,澆注系統的設計應使鐵液盡快和平穩流入型腔。球化處理完畢渣扒凈后在澆包液面上撒冰晶石粉(Na3AlF6)。黑渣嚴重時,型腔表面上或面砂中可以放冰晶石粉。因為冰晶石在1000℃以上成為溶液能溶解l2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Mn3O4等各種氧化物,成為除渣熔劑;其沸點為1011℃,分解出氣體AlF3能保護鐵液表面不被氧化。但冰晶石有毒,須慎用。

有時鑄鐵件上表面機械加工后出現成片的黑色斑痕。仔細觀察或用放大鏡檢查可以看到在鐵的基體上遍布著細小的黑色斑點和短條紋(見圖8)。金相顯微鏡下為粗大石墨,檢測其機械性能都較低。這種缺陷屬于“石墨漂浮”,俗語稱為“黑斑”或“蒼蠅腳”。主要出現在鑄件較厚大斷面上,和鑄鐵的碳當量過高、澆注溫度過高時。防止石墨漂浮的措施是加強爐料的選擇和配比,適當增加爐料的廢鋼量,嚴格控制鑄鐵的碳當量。


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