采用SEM/EDS分析濕型砂鑄件缺陷

何澤芬，趙峰林

（1.科萊恩化工（中國）有限公司，上海200335；2.常州東南助劑有限公司，江蘇常州213017）

·應(yīng)用研究·

采用SEM/EDS分析濕型砂鑄件缺陷

何澤芬1，趙峰林2

（1.科萊恩化工（中國）有限公司，上海200335；2.常州東南助劑有限公司，江蘇常州213017）

掃描電鏡（SEM）和X-射線能譜儀（EDS）是多功能多用途的顯微分析儀器，很多日本鑄造工作者利用該分析儀器對鑄件缺陷進行分析以找出確鑿的成因，并采取正確經(jīng)濟的方案抑制和消除鑄件缺陷。文章通過具體示例介紹了如何采用SEM/EDS分析濕型砂鑄件的砂眼、氣孔等缺陷。

濕型砂；鑄件缺陷；砂眼；氣孔

砂眼和氣孔是濕型砂生產(chǎn)鑄件時常見的缺陷，通常的解決方案是鑄造工作者根據(jù)自身的經(jīng)驗分析來抑制和消除，常存在仁者見仁，智者見智的狀況[1]。自2011年，筆者所在的公司與某大學(xué)簽訂了合作協(xié)議，借用SEM/EDS對缺陷樣品進行表面顯微觀察的同時，進行微區(qū)定性和半定量分析，協(xié)助客戶快速消除鑄件缺陷。

1SEM/EDS在砂眼分析上的應(yīng)用

現(xiàn)象：鑄件表面有孔洞。

1.1生產(chǎn)條件描述

采用HWS造型線及愛立許混砂機，冷芯盒砂芯生產(chǎn)灰鐵鑄件，鑄件重量為15 kg.

1.2型砂性能和粒度分布

型砂性能和粒度分布見表1和圖1.

分析表1，型砂的有效黏土低，僅為6.51%，型砂的緊實率與水分之比低，僅為7.2，是產(chǎn)生砂眼的主要原因。建議調(diào)整除塵器和增加膨潤土補加量，將有效土提高至7%～8%，改善混砂工藝，將緊實率與水分之比提高至10左右。

表1型砂性能分析

圖1型砂的粒度分布

分析圖1可知：型砂的粒度分布不合理，主峰篩大于40%，相鄰兩篩的差值不成比例，型砂的流動性不佳，造成型砂的致密度差，容易產(chǎn)生砂眼缺陷。

1.3砂眼部分SEM/EDS分析

1.3.1缺陷照片

圖2為鑄件表面的孔洞，客戶處的技術(shù)人員有的認為是氣孔，有的認為是砂眼，為了診斷缺陷類別，取樣做SEM/EDS分析。

圖2表面有孔洞的鑄件照片

1.3.2SEM掃描照片

圖3為缺陷的SEM照片，缺陷處有砂粒形貌，判定為砂眼缺陷。為了進一步確認，進行EDS分析。

圖3缺陷的SEM照片

1.3.3缺陷的EDS分析結(jié)果

圖4為缺陷的EDS分析圖，從圖4可以看出，夾雜物主要為氧化硅及氧化鋁，證實我們的分析正確，該缺陷為砂眼缺陷。

1.4改善對策

1）提高膨潤土的補加量，將有效土提高至7.5%～8%之間；

2）適當(dāng)降低混配粉的補加量，使燒失量與有效土的比值從82%降至60%左右；

3）改善混砂工藝，使緊實率與水分之比在10左右，手感如圖5所示，手抓砂后不粘砂；

4）通過補加新砂調(diào)整70目的停留量在40以下，相鄰篩差值為8%～12%以改善型砂的流動性。

通過如上方案，消除了該鑄件的砂眼缺陷。

圖4缺陷中白亮顆粒能譜圖

圖5型砂手感

2SEM/EDS在氣孔分析上的應(yīng)用

2.1生產(chǎn)情況描述

1）生產(chǎn)條件：ACE 5生產(chǎn)線，模重為120 kg，澆注溫度1 380℃至1 410℃.

2）鑄件上的孔洞缺陷，有的認為是砂眼，有的認為是氣孔，為了準(zhǔn)確判斷迅速解決，取砂樣進行分析并對缺陷樣塊進行了SEM/EDS分析。

型砂性能分析如表2和圖6.

表2型砂性能分析

圖6ACE線型砂性能分析

從表2和圖6得知，客戶處的型砂AFS增高，透氣性下降，灼燒減量增高。

2.2廢品分析

圖7為缺陷樣塊，圖8、圖9、圖10分別為1#、2#、3#缺陷的SEM/EDS分析圖。

圖7缺陷樣塊

圖81#缺陷的SEM/EDS圖片

圖92#缺陷的SEM/EDS圖片

圖103#缺陷的SEM/EDS圖片

從圖8a）、b）的孔洞中可看出夾雜物不明顯，由圖c）可以得出該孔洞主要為氣孔。從圖9a）、b）的孔洞中可以看到一定的夾雜物，由圖c)可以得出該孔洞為渣氣孔，夾雜物成分主要是氧化硅和氧化鐵等。從圖10a）、b）的孔洞中也可以看到一定的夾雜物，由圖c）可以得出該孔洞也是渣氣孔，夾雜物成分主要是氧化硅。

通過SEM/EDS分析3個廢品均為氣孔或渣氣孔缺陷。

該熔渣系氣孔大多產(chǎn)生在澆注位置的上部和內(nèi)澆道近旁，澆注時鐵液停留的位置及最初澆入鐵液所到達的位置。

當(dāng)錳的質(zhì)量分數(shù)在鐵液中超過0.75%，澆注溫度低于1 400℃時，由于鐵水氧化產(chǎn)生的渣、澆包上的渣再溶解和混入、除渣劑的混入、夾砂產(chǎn)生后的渣化、渣生成后與硅砂反應(yīng)等即易產(chǎn)生渣孔。渣孔由以下反應(yīng)而產(chǎn)生：Mn+O—MnO,Fe+O—FeO，Si+2O—SiO2，Al+3O—Al2O3→Fe→Mn→Si→（Al）渣+C→CO.

圖11混砂機參數(shù)設(shè)定

2.3改善對策

1）調(diào)整混砂機的參數(shù)設(shè)定如圖11，建議起點與終點的緊實率與水分的比值盡量接近，減少自由水；

2）減少球化劑和孕育劑加入量，優(yōu)化處理溫度和澆注溫度，減少鐵水氧化；

3）加強覆膜砂砂芯的管控，下芯前控制砂芯的殘留水分含量在0.3%以下；

4）適當(dāng)提高澆注溫度；

5）上型和下型選用不同的壓實壓力（目前均為130 N/cm2）.

3結(jié)論

1）SEM/EDS是分析和解決鑄件缺陷的有效手段；

2）合理的混砂工藝和型砂性能是解決砂孔缺陷的有效措施；

3）控制鐵水質(zhì)量，控制處理溫度，合理的球化劑和孕育劑量是解決鑄件渣氣孔的有效措施。

［1］楊建林.淺談鑄件砂眼主孔缺陷及預(yù)防措施［G］//重慶市鑄造

年會論文集.重慶：重慶市機械工會鑄造分會，2011：64-65.

Defect Analysis of Green Sand Casting with SEM/EDS

HE Ze-fen1，ZHAO Feng-ling2
（1.Clariant Chemical Engineering China CO.，LTD.，Shanghai 200335，China；2.Changzhou Dongnan Auxiliaries CO.，LTD.，Changzhou Jiangsu 213017，China）

SEM and EDS have been widely applied for casting defect analysis in Japan，which was aimed at finding root cause to avoid such defects as sand inclusion and gas hole and so on.This paper introduces how use SEM/EDS to analyze the defects.

green sand，defect，gas hole，sand inclusion

TG245

A

1674-6694（2017）02-0031-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.02.010

2016-10-19

何澤芬（1965-），女，碩士，主要從事造型材料的研發(fā)和銷售。