淺談消失模鑄造鑄鋼件常見缺陷及防治措施

【摘 要】文章就鑄鋼件表面缺陷的形成機(jī)制進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述，對(duì)該缺陷防治的措施進(jìn)行了淺析，并經(jīng)過分析指出鑄鋼件表面形成缺陷氣痕和流痕的主要原因：澆注系統(tǒng)不合理、透氣性偏低、澆注溫度不高不穩(wěn)定等等，并針對(duì)不同原因進(jìn)行了針對(duì)性的研究和分析，總結(jié)出一些防治措施和方法。

【關(guān)鍵詞】鑄鋼件；鑄造缺陷；缺陷防治

液態(tài)金屬的質(zhì)量好壞以及鑄造工藝方案的制定、落實(shí)與執(zhí)行的質(zhì)量都決定了鑄件質(zhì)量的高低。為了使得鑄件的質(zhì)量能夠得到保證，從鑄件原材料的購(gòu)買、造型、制芯、合箱、澆注、落沙、鑄件清理直至最后的熱處理為止，每個(gè)制造過程都要進(jìn)行的嚴(yán)格控制，如有不慎，將會(huì)出現(xiàn)各種不同的缺陷。對(duì)鑄件質(zhì)量的基本要求是其結(jié)構(gòu)組織和性能符合使用要求，但是由于很多的鑄件只是要求為自由表面，而不再對(duì)其進(jìn)行加工，因此對(duì)鑄件的表面質(zhì)量以及外表形狀和尺寸均有非常嚴(yán)格的要求。鑄鋼件大致存在以下的常見缺陷：縮孔、縮松、氣孔、冷裂與熱裂、白點(diǎn)以及偏析和缺陷斷口等等。文章針對(duì)鑄鋼件常見缺陷的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并以此為診斷鑄件質(zhì)量提供參考。

1、消失模鑄鋼充型的特殊性

在鑄件進(jìn)行鑄造充型凝固的瞬間變產(chǎn)生了鑄件的缺陷。通常情況下無論大小型鑄件的充型時(shí)間都比較短。消失模鑄件充型與普通空腔鑄造不同之處在于其缺陷的形成是由消失模鑄鋼件夾渣缺陷所產(chǎn)生。

1.1 消失模鑄鋼件的充型形態(tài)

絕大多數(shù)對(duì)于消失模鑄造金屬液充型過程的研究都是基于鋁合金消失模鑄造充型過程的基礎(chǔ)上，并且大部分都是在無負(fù)壓作用下進(jìn)行的充型?；谶@種情況，金屬液從內(nèi)澆通道進(jìn)入鑄件的“型腔”，并且金屬液的前沿以扇形的形態(tài)向前流動(dòng)，于此同時(shí)金屬液在重力的作用下其前沿向下發(fā)生了形狀的改變，但是其總體的流動(dòng)方向仍是向著遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的方向推進(jìn)，直到“型腔”被金屬液全部充滿為止。金屬液的溫度以及模樣材料的性質(zhì)和充型的速度決定了金屬液與摸樣接觸的邊界形態(tài)，金屬液溫度越高、摸樣密度越小、充型的速度越快，則金屬液整體的推進(jìn)速度就越快。邊界區(qū)內(nèi)是一層摸樣氣化所形成的高壓氣，該氣隙的厚度在1mm至3mm之間，內(nèi)氣壓大約為0.12MPa，在抽負(fù)壓是內(nèi)氣壓約為0.096MPa，并且隨著合金類型、澆注速度、澆注溫度、模樣密度、直澆道面積、涂料高溫透氣性及負(fù)壓大小的不同而發(fā)生改變。在鋁合金無負(fù)壓澆注的情況下，通常根據(jù)不同情況將金屬液與摸樣界面的形態(tài)分為以下四種模型：接觸模式、間隙模式、潰散模式以及卷入模式。

1.2 金屬液充型的湍流形態(tài)以及所產(chǎn)生的附壁效應(yīng)

我國(guó)企業(yè)在消失模鋼/鐵件生產(chǎn)澆注的過程中，都是通過對(duì)干砂鑄型施加負(fù)壓的方式來緊固干砂的砂型，從而保證鑄型有足夠的強(qiáng)度和剛度來抵擋金屬液的沖擊以及浮力，確保鑄型在整個(gè)澆注和凝固的過程中能夠完整有效，最終得到結(jié)構(gòu)完整的鑄件。在砂箱高度不再繼續(xù)增加的情況下，消失模鑄造黑色合金鑄件中負(fù)壓方法的使用對(duì)于保證干砂鑄型的強(qiáng)度和剛度起來到了很大的作用，從而確保了鑄造過程的繼續(xù)實(shí)施，這在我國(guó)消失模鑄造工藝的發(fā)展過程中起到了非常重要的作用。

在試驗(yàn)中，充型的金屬液在流動(dòng)過程中為湍流狀態(tài)，充型前的金屬液的形態(tài)和模樣氣化后的金屬液形態(tài)都非常的紊亂，前面整體雖然還是呈現(xiàn)扇形弧狀，不過和無負(fù)壓充型時(shí)候的形態(tài)差別相當(dāng)大，山脊鋸齒形態(tài)在前凸后凹的情況下反應(yīng)非常強(qiáng)烈，后面接踵而來的金屬液很可能會(huì)摻入氣體與異物。另外，金屬液正在充型的時(shí)候，砂箱周圍的負(fù)壓室會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，會(huì)使其產(chǎn)生出比較強(qiáng)烈的附壁效應(yīng)，導(dǎo)致鑄件的中心和外部的充型速度有明顯差異，U型前沿很快在充型開始就形成了，在鑄件外部的金屬液快速在附近凝固，這樣就會(huì)在周圍形成由激冷固體層封閉成的U形“型腔”，而中間部位的金屬液向上方充型的速度會(huì)變得很慢。在這樣的環(huán)境下，中部模樣氣化的氣體在排出的時(shí)候就會(huì)受阻，在附近形成的激冷層雖然不是很嚴(yán)實(shí)，但同樣會(huì)對(duì)模樣氣化氣體在橫向直接排出時(shí)，造成相當(dāng)大的阻力。

2、從動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)的角度分析鋼水中夾渣的原因

鋼水摻雜氣體與夾渣的原因有很多個(gè)方面，其中包含模樣氣化時(shí)熱分解的氣體和殘留物的渣滓、熔煉鋼水時(shí)產(chǎn)生的氣體和殘?jiān)瑫r(shí)還有鋼水被氧化時(shí)的氧化物的殘?jiān)约叭芙庠诟邷劁撍械囊恍怏w等。這些密度比較小的氣體和殘?jiān)?，在沒有凝固且液態(tài)降溫過程中、充型過程中，會(huì)慢慢向上漂浮，也會(huì)在負(fù)壓的作用力下向著橫向壓力偏低的地方移動(dòng)。假如鑄件還是在液體的形態(tài)下，氣體與殘?jiān)茏约号懦龅脑?，鑄件便不會(huì)出現(xiàn)氣孔與夾渣。在很多消失模鑄造企業(yè)中，砂箱負(fù)壓系統(tǒng)中的負(fù)壓室大都建造在砂箱周圍與底部，負(fù)壓吸氣時(shí)的方向和氣體與殘?jiān)陨砀?dòng)的方向垂直，這樣會(huì)使氣體與殘?jiān)焕懦觥Ｋ詮膭?dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的角度分析，鋼水中夾渣的排出與產(chǎn)生，有利于消失模鑄件中殘?jiān)毕莸纳?，但是不利于殘?jiān)毕莸呐懦觥?/p>

3、如何減少消失模鑄鋼件中的夾渣及其幾點(diǎn)建議

3.1 直接消減鋼水中的原始異物

有效減少消失模鑄鋼件產(chǎn)生夾渣缺陷的重要途徑之一就是在澆注前盡可能的減少鋼水中所夾雜的物質(zhì)。凈化鋼水可以有很多種方法，使用聚渣材料，利用凈化器對(duì)夾雜物具有吸附的作用，將體積較小的顆粒夾雜物吸附在加入的凈化劑大顆粒上，從而形成較大體積的夾雜物顆粒，使得上浮的動(dòng)力學(xué)條件能夠得到一定的改善；其次，將過濾網(wǎng)應(yīng)用在澆注的系統(tǒng)中，過濾網(wǎng)將較大的夾雜物顆粒阻擋在過濾網(wǎng)外，從而使其不能進(jìn)入鑄件的“型腔”;再次，選用密度較低的摸樣材料，以減少其在熱解過程中產(chǎn)生殘留物。凈化鋼水的諸多方式是可以同時(shí)使用的，從而更加有效的減少鋼水中原始夾雜物數(shù)量。

3.2 采用工藝手段消減鋼水中的夾渣

在適當(dāng)合理的設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)的前提下，要盡量避免一箱多鑄以及縮短鋼水在澆注系統(tǒng)中的時(shí)間；一箱多鑄會(huì)自然而然的增加鋼水在澆注系統(tǒng)中存在的時(shí)間，這樣鋼水在充型時(shí)，在系統(tǒng)中多變截面、多彎道的通道中非常容易出現(xiàn)湍流與飛濺的情況，這會(huì)使鋼水溫度降低，易致使其氧化，沖刷澆注管道側(cè)壁，從而增加了鋼水中的原始夾渣。在實(shí)踐中通過減少模樣連接縫可以證明，如模樣連接縫過多，很容易造成縫隙中膠量過大，致使連接縫處的膠外凸內(nèi)凹。由于外凸的膠密度較大，膠體氣化后形成的氣體與殘?jiān)容^多，從而導(dǎo)致了殘?jiān)偭康脑黾?；?nèi)凹的膠體存在縫隙，在上涂料的時(shí)候，涂料的滲透性非常強(qiáng)，會(huì)使涂料滲到內(nèi)凹縫隙中。在模樣氣化以及鋼水充型過程中，涂層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)突起的涂料刺，在鋼水通過時(shí)，不斷被沖刷而進(jìn)入鋼水中，產(chǎn)生涂料夾渣。澆注系統(tǒng)的每個(gè)部位都是由切割過的泡沫板材加工的，由于切割面將板材內(nèi)部打通，這樣內(nèi)部的珠粒會(huì)因?yàn)槿诤喜涣级尚《矗骨懈蠲嫔袭a(chǎn)生很多形態(tài)不規(guī)則的縫隙與凹坑，這些縫隙與凹坑非常容易導(dǎo)致涂料滲透進(jìn)鑄件內(nèi)部，使其形成涂料刺。這些涂料刺會(huì)在澆注時(shí)被沖刷到金屬液中，伴隨著液體進(jìn)入到型腔中，從而形成夾渣。

參考文獻(xiàn)

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