冷激鑄鐵凸輪軸激冷層氣孔的缺陷及相關(guān)措施

陸杰實(shí)　甘偉武

摘 要：冷激鑄鐵這種技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間較短，是一種新興工藝，并且由冷激鑄鐵技術(shù)制造出的凸輪軸也是當(dāng)今社會(huì)受人們推崇的商品。要保證凸輪軸的質(zhì)量，生產(chǎn)人員只要控制好激冷層的硬度和深淺就可以，但是因?yàn)槔浼よT鐵技術(shù)還不完善，在生產(chǎn)中激冷層常常出現(xiàn)氣孔，所以為了使冷激鑄鐵技術(shù)更加完善，作者重點(diǎn)對激冷層出現(xiàn)氣孔的原因進(jìn)行分析，并且提出相關(guān)措施，幫助技術(shù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

關(guān)鍵詞：冷激鑄鐵；凸輪軸；氣孔；缺陷以及措施

在生產(chǎn)鑄造的過程中，最常出現(xiàn)的問題就是氣孔缺陷，并且氣孔缺陷成因多、種類復(fù)雜，很大程度上影響著整個(gè)生產(chǎn)的質(zhì)量，所以對氣孔缺陷的研究是十分有必要的。

1 氣孔產(chǎn)生的原因

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，非激冷面是不容易產(chǎn)生氣孔的，氣孔的產(chǎn)生大部分原因是因?yàn)椋?dāng)鐵液澆筑到模型中后，激冷面的鐵液因?yàn)槭艿郊だ涞淖饔瞄_始凝固，但是因?yàn)槟虝r(shí)間過快，導(dǎo)致很多氣泡無法逃逸都留在激冷面中，從而形成了氣孔。

氣孔缺陷形成的原因多種多樣，其種類也復(fù)雜繁多，主要包括五大類：侵入氣孔、外生反應(yīng)氣孔、內(nèi)生反應(yīng)氣孔、裹攜氣孔和析出氣孔。下面就逐一分析這五種氣孔產(chǎn)生的原因以及解決措施。

2 侵入氣孔

2.1 基本特征

侵入氣孔是在澆灌的時(shí)候，外部空氣侵入金屬液并產(chǎn)生了氣泡而形成的氣孔。侵入氣孔一般為團(tuán)球形或者圓球形，有時(shí)為異型孔洞或者梨形，內(nèi)部光滑，并且它的尺寸都很大，一般都在1mm至3mm之間，深度一般較淺，一般在3mm以內(nèi)，因?yàn)槊娣e大，所以侵入氣孔出現(xiàn)的速度慢，不會(huì)很快增加。侵入氣孔一般出現(xiàn)在鑄件的表面，并且大多都是一個(gè)或者幾個(gè)整體出現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)彌散分布的情況。

2.2 形成原因

在運(yùn)用冷激鑄鐵技術(shù)成產(chǎn)凸輪軸的時(shí)候，在初期大多采用較厚的覆膜砂鑄型，但是覆膜砂的發(fā)氣性能較差，所以在澆筑時(shí)，發(fā)氣量很大，但是鑄型的發(fā)氣性能又不好，就會(huì)有一部分氣體無法排出而進(jìn)入到鑄件內(nèi)部中，從而形成了侵入氣孔。

2.3 解決措施

改進(jìn)鑄型材料，特別是覆膜砂的發(fā)氣性，保證覆膜砂的發(fā)氣量不能超過20Ml/g，還要在鑄型上設(shè)計(jì)排氣孔，保證氣體能夠充分排除。

3 裹攜氣孔

3.1 基本特征

裹攜氣孔的形狀一般為扁球形、圓球型或者團(tuán)球形，并且尺寸很大，一般在幾毫米以上，裹攜氣孔一般呈彌散分布，主要出現(xiàn)在澆口處，并且氣孔出現(xiàn)的速度并不會(huì)很快。

3.2 形成原因

其一可能是澆注系統(tǒng)特別是澆口杯的設(shè)計(jì)存在缺陷，導(dǎo)致在澆筑時(shí)，澆口杯內(nèi)部的金屬液產(chǎn)生了漩渦；其二可能是澆筑系統(tǒng)的截面積過大，而澆筑速度過慢，金屬液不能充滿澆注系統(tǒng)，從而產(chǎn)生了吸氣，這種原因大多是技術(shù)人員操作不當(dāng)導(dǎo)致的。

3.3 解決措施

加強(qiáng)澆注系統(tǒng)特別是澆口杯的工藝設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)踐積極修改；并且要開展技能培訓(xùn)課，提高技術(shù)人員的技術(shù)能力；在澆注之前，要結(jié)合澆注系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理規(guī)劃澆注時(shí)間，并且在澆注的過程中要及時(shí)調(diào)整，保證澆口杯內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生渦流。

4 析出氣孔

4.1 基本特征

析出氣孔的尺寸在這幾種氣孔中屬于最小的，在澆注完成后，技術(shù)人員是很難發(fā)現(xiàn)的，一般都得在一次粗拋和精拋之后才能在激冷面上被發(fā)現(xiàn)，并且析出氣孔直徑小，呈針孔狀分布，最大也不會(huì)超過1mm，但是深度卻很深，所以很多時(shí)候，即使出現(xiàn)氣孔，技術(shù)人員也很難發(fā)現(xiàn)。析出氣孔在激冷面出現(xiàn)的位置不固定，可能會(huì)出現(xiàn)各個(gè)地方，但是大多以澆口端為主。這種氣孔具有極大的危險(xiǎn)性，如果出現(xiàn)后不能及時(shí)找到進(jìn)行彌補(bǔ)，它造成的傷害會(huì)成幾何數(shù)增長，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致這一階段生產(chǎn)的產(chǎn)品都得報(bào)廢。并且經(jīng)過研究顯示，很多報(bào)廢品都是由于析出氣孔不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而不得不報(bào)廢。

4.2 形成原因

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，析出氣孔是一種流行性的氣孔缺陷，與爐料內(nèi)廢鋼的加入量息息相關(guān)；冒口處出現(xiàn)上脹現(xiàn)象，形狀類似菜花，所以又稱菜花冒頂現(xiàn)象；澆注的時(shí)候，澆口和冒口最上端流出的金屬液在表面形成了很多氣泡。以上現(xiàn)象形成的原因，都包含了以下條件：（1）短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了流行性的增長缺陷，并且廢料內(nèi)的廢鋼含量高達(dá)40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般生產(chǎn)工藝的承受程度；（2）因?yàn)闆]有設(shè)置冒口，所以在表面出現(xiàn)了大量的氣泡。

4.3 解決方案

消除析出氣孔最主要的措施：浮游氣泡進(jìn)行脫氣、旋轉(zhuǎn)攪拌脫氣、冷凝脫氣、穩(wěn)定劑脫氣。但是穩(wěn)定劑脫氣因?yàn)榧夹g(shù)的局限性，不適用與冷激鑄鐵工藝，而旋轉(zhuǎn)攪拌受溫度限制，一般不能用于溫度超過1500攝氏度的金屬液。所以最好的方法是用浮游氣泡和冷凝相結(jié)合進(jìn)行脫氣。

5 反應(yīng)氣孔

5.1 形成原因

反應(yīng)氣孔主要包括外生反應(yīng)氣孔和內(nèi)生反應(yīng)氣孔：

（1）外生反應(yīng)氣孔是由于金屬液與砂芯。砂型、冷鐵、氧化膜等其他因素發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了大量氣體出現(xiàn)氣泡而形成的氣孔。因?yàn)橥獠恳蛩靥?，金屬液與其產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)也很多，所以產(chǎn)生的氣泡的種類也很多，主要包括表面氣孔和皮下氣孔。

（2）內(nèi)生反應(yīng)氣孔指的是金屬液在凝固的時(shí)候，金屬本身的化學(xué)成分和溶解在金屬液內(nèi)的化學(xué)成分進(jìn)行反應(yīng)，出現(xiàn)氣泡而形成的氣孔。這種氣孔最大的特點(diǎn)就是具有同液性和流行性，換而言之，就是同一批次的鑄件，如果一個(gè)鑄件出現(xiàn)了內(nèi)生反應(yīng)氣孔，那么這一批次的其他鑄件都有這一缺陷，但是這種氣孔很容易規(guī)避。

5.2 解決措施

對于皮下氣孔，可以在爐內(nèi)加一些赤鐵礦，過段時(shí)間可以再加入一些重熔鑄錠；對于表面氣泡，技術(shù)人員要定時(shí)在冷激鑄鐵進(jìn)行噴砂，再去掉氧化膜之后，還要噴一層石墨作為保護(hù)層，并且烘干密閉保存。其次還要規(guī)定冷激鑄鐵的使用壽命。

綜上所述，冷激鑄鐵凸輪軸制造技術(shù)雖然技術(shù)先進(jìn)，但是它經(jīng)常出現(xiàn)許多氣孔缺陷，并且其出現(xiàn)的氣孔缺陷種類多，原因復(fù)雜。所以技術(shù)人員應(yīng)該因地制宜，結(jié)合實(shí)際情況，分析出解決措施，從而保證整個(gè)制造過程能夠順利完成。

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