大型鑄鋼件夾雜類缺陷產(chǎn)生原因分析及對(duì)策

魯 云

（寧夏共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

夾雜類缺陷是大型鑄鋼件生產(chǎn)過程中的主要質(zhì)量問題之一，多發(fā)生在鑄件筋板、鍵槽、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位，通過超聲波和射線探傷可以發(fā)現(xiàn)。為了解決此類問題，需要對(duì)缺陷氣刨挖除，再進(jìn)行焊接修復(fù)，這會(huì)給企業(yè)帶來大量額外的制造成本。而鑄件內(nèi)部夾雜缺陷如果在出廠前未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在其配套設(shè)備的日后使用過程中，將可能會(huì)帶來嚴(yán)重的損失。因此，了解鑄鋼件夾雜產(chǎn)生的機(jī)理，及時(shí)采取相應(yīng)的防止措施是大型鑄鋼件生產(chǎn)企業(yè)的一項(xiàng)重要工作。本文將對(duì)此進(jìn)行探討，希望能對(duì)同行有所啟示。

1 夾雜類缺陷的分類和特征

夾雜可以細(xì)分為外來金屬夾雜物、冷豆、內(nèi)滲物、夾渣、渣氣孔、渣縮松、砂眼。外來金屬夾雜物形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)，色澤和性能不同于基體金屬；冷豆通常位于鑄件下表面，其化學(xué)成分與鑄件本體相同，表面有氧化現(xiàn)象；內(nèi)滲物的化學(xué)成分與鑄件本體不一致，接近于共晶成分，通常存在于鑄件孔洞類缺陷內(nèi)；夾渣，渣氣孔，渣縮松是由熔渣引起的非金屬夾雜物，形狀不規(guī)則，通常位于鑄件的上表面，芯子下的鑄件表面或鑄件的死角處。夾渣一般與氣孔或縮孔共生，表現(xiàn)形式為夾渣內(nèi)含氣孔，氣孔內(nèi)含夾渣，還有一種是夾渣外氣孔成群分布，且在鑄件的斷面上均無金屬光澤。砂眼是指鑄件內(nèi)部或表面包裹有砂粒，砂塊或涂料塊的孔洞。一般伴有沖砂，掉砂，夾砂等缺陷。圖1所示為鑄鋼件表面常見的渣氣孔缺陷。

圖1 鑄鋼件的渣氣孔

2 夾雜類缺陷產(chǎn)生的部位

實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)要區(qū)分夾雜具體是哪種夾雜物并不是很容易，需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)因素來判斷?？傮w來說可以做如下的區(qū)分：外來金屬夾雜物一般位于鑄件內(nèi)部，可以通過斷面檢查、金相檢驗(yàn)結(jié)合無損檢測(cè)做出判斷。冷豆通常位于鑄件下表面或嵌入鑄件的表層，通過肉眼觀察可以發(fā)現(xiàn)。

內(nèi)滲物通常位于鑄件孔洞類缺陷內(nèi)，外表光滑有光澤，形狀如豆粒。夾渣，渣氣孔，渣縮松通常位于鑄件上表面或鑄件的死角處。有時(shí)伴有氣體或縮松，無金屬光澤，一般可通過滲透或磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，明顯的用肉眼即可看到。內(nèi)部的夾渣、渣氣孔、渣縮松可用射線或超聲波檢測(cè)，有時(shí)也會(huì)暴露在經(jīng)過機(jī)械加工的鑄件表面上。一般在鑄件經(jīng)過清理后，在鑄件的表面上會(huì)留下呈大片片狀或斑點(diǎn)狀分布的形狀不規(guī)則的孔洞，且無金屬光澤。在渣氣孔和渣縮孔中常含有SiO2顆粒的非金屬夾雜物。砂眼一般位于鑄件的內(nèi)部或者表面，鑄件表面的砂眼用肉眼外觀檢查即可發(fā)現(xiàn)，鑄件內(nèi)部的砂眼需要用超聲波或射線探傷進(jìn)行檢驗(yàn)。有時(shí)難以區(qū)分砂眼和夾渣，要通過斷面檢查才能確定。圖2所示為部分鑄鋼件易產(chǎn)生夾雜類缺陷的部位。

圖2 鑄鋼件易產(chǎn)生夾雜類缺陷的部位

3 夾雜類缺陷產(chǎn)生的原因

夾雜產(chǎn)生的原因很多，它們不但與鋼液在熔煉過程中的操作和鋼液中的合金成分有關(guān)，還與鑄件的結(jié)構(gòu)及鑄型特點(diǎn)有關(guān)。此外，還與鑄件在造型過程中的施工及澆注有關(guān)?，F(xiàn)將鑄鋼件產(chǎn)生夾雜的常見原因分析如下。

3.1 熔煉及澆注方面的原因

1）鋼液中混入了外來金屬雜質(zhì)，或外來金屬雜質(zhì)與鑄件本體金屬液發(fā)生反應(yīng)形成金屬間化合物。

2）煉鋼的爐料或合金添加劑未完全熔化，混在鋼液中。

3）熔煉過程中加入的溶劑和形成的熔渣在澆注時(shí)隨鋼液一起注入型腔。

4）在澆注的過程中發(fā)生二次氧化，產(chǎn)生金屬氧化物與硫化物，上浮到鑄件的上表面和鑄件的死角處。

5）熔煉過程中脫氧，脫硫，除渣，除氣不良導(dǎo)致鋼液中含有大量硫化物，氣體和氧化物，從而在鑄件內(nèi)部形成渣氣孔。

6）鋼液在熔煉過程中合金中化學(xué)成分各組元之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或與爐襯，鋼包襯，砂型，涂料等發(fā)生反應(yīng)。

7）澆注時(shí)鋼液的溫度過高導(dǎo)致砂型（芯）壁表面燒結(jié)或軟化，并與鋼液發(fā)生反應(yīng)。

3.2 造型及工藝方面的原因

1）型（芯）砂的高溫強(qiáng)度太低，熱變形量太大，在澆注后的很短時(shí)間內(nèi)，型壁發(fā)生軟化或燒結(jié)，并與鋼液反應(yīng)。

2）鋼液中的氣體含量過高，以至在鑄件冷卻過程中以氣泡形式析出，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。

3）工藝設(shè)計(jì)和造型過程中對(duì)于澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不合理，在鑄件復(fù)雜部位無圓滑過渡，鋼液由內(nèi)澆道注入型腔時(shí)發(fā)生噴射或飛濺，沖刷型腔內(nèi)部，造成型（芯）砂脫落。

4）造型過程中導(dǎo)致芯骨外露，澆注后與鋼液熔為一體。

5）造型過程中砂型（芯）水分過多，涂料未干，在澆注過程中與鋼液發(fā)生反應(yīng)。

6）造型過程中使用的涂料質(zhì)量差，或在澆注的過程中涂層脫落，形成夾雜。

7）造型過程中操作不當(dāng)導(dǎo)致擠箱，壓壞砂型（芯），合箱過程中掉入砂粒或雜物。

8）在鑄件浮渣集中的特殊部位缺少集渣槽的設(shè)置。

9）工藝設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的澆注重量不足，導(dǎo)致冒口中的浮渣進(jìn)入鑄件中。

3.3 鑄件結(jié)構(gòu)方面的原因

鑄件本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有過多的厚薄壁相交處，有較多的筋板、孔、鍵槽、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)，不利于各種雜質(zhì)的上浮。例如我公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)排氣缸和蒸汽輪機(jī)內(nèi)缸系列鑄件，如圖3所示。

圖3 結(jié)構(gòu)復(fù)雜易產(chǎn)生夾雜類缺陷的鑄件

4 夾雜類缺陷的防止措施

為了使大型鑄鋼件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生夾雜類缺陷，可在實(shí)際生產(chǎn)中嚴(yán)格控制好以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

1）嚴(yán)格控制鋼液成分，盡量控制鋼液中的有害元素磷、硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及含氧量。

2）鋼液精煉完畢之后，將溫度升高約20℃，保持10min的軟吹氬時(shí)間，適宜的靜置，以利于非金屬夾雜物的上浮、聚集，嚴(yán)格控制澆注溫度在合適的范圍內(nèi)。

3）造型過程控制鑄型緊實(shí)度，合箱時(shí)應(yīng)吹凈鑄型中的砂子，涂料刷涂要均勻，保證刷涂質(zhì)量，冷鐵周圍不能有裸漏的砂子，嚴(yán)格控制型（芯）砂的水分，涂料要烘干，冷鐵要干燥，提高砂型（芯）的表面強(qiáng)度和抗沖刷性能。

4）工藝上改進(jìn)澆注系統(tǒng)，使鋼液平穩(wěn)流入型腔，防止發(fā)生噴射和飛濺，內(nèi)澆道不可直沖型壁，準(zhǔn)確核算澆注重量和余鋼重量，杜絕澆不足和欠澆。

5）工藝設(shè)計(jì)時(shí)，分型面選擇、冒口和集渣槽設(shè)置都要盡量有利于雜質(zhì)上浮。

6）造型過程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人要加強(qiáng)培訓(xùn)，杜絕造型和合箱過程中的操作失誤。

7）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，可適當(dāng)增加工藝補(bǔ)貼，并合理選擇內(nèi)澆口的位置。

5 結(jié) 論

大型鑄鋼件制造過程控制難度大，本文依據(jù)鑄造理論，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型鑄鋼件夾雜類缺陷提出的解決措施，還需要廣大鑄造同仁堅(jiān)持不懈地研究，付諸實(shí)施，精益求精。