淺析斗齒類鑄件殼型鑄造常見缺陷與防止

郜剛強(qiáng)，汪文濤

（柳工柳州鑄造有限公司，廣西柳州 545007）

淺析斗齒類鑄件殼型鑄造常見缺陷與防止

郜剛強(qiáng)，汪文濤

（柳工柳州鑄造有限公司，廣西柳州 545007）

通過對(duì)斗齒類鑄件殼型鑄造中易出現(xiàn)的鑄造缺陷進(jìn)行闡述，分析缺陷產(chǎn)生的原因，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)缺陷和防止措施。

斗齒類；殼型鑄造；缺陷；防止措施

0 前言

殼型鑄造（shell mold casting），用薄殼鑄型生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。用一種遇熱硬化的型砂（酚醛樹脂覆膜砂）覆蓋在加熱到180～280 ℃的金屬模板上，使其硬化為薄殼（薄殼厚度一般為6～12 mm），再加溫固化薄殼，使達(dá)到足夠的強(qiáng)度和剛度，因此將上下兩片型殼用夾具卡緊或用樹脂粘牢后，不用砂箱即可構(gòu)成鑄型。殼型鑄造特別適用于尺寸精度要求高、壁薄而形狀復(fù)雜的各種合金鑄件。

殼型鑄造因具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)環(huán)境好、鑄件表面光潔的特點(diǎn)，被廣泛的運(yùn)用于精鑄件的生產(chǎn)，如徐州ESCO、蘇州布萊凱特已開始采用殼型鑄造法取代傳統(tǒng)的失蠟鑄造法來生產(chǎn)斗齒類鑄件。我公司采用覆膜砂殼型串注方法生產(chǎn)裝載機(jī)斗齒，本文就斗齒類鑄件在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及缺陷進(jìn)行探討，為該技術(shù)更好地應(yīng)用于斗齒類等精鑄件的生產(chǎn)中提供一些參考。

1 常見缺陷及防止措施

1.1 氣孔缺陷

氣孔是鑄件最常見的缺陷之一，根據(jù)形成機(jī)理的不同，主要分為以下三類。

①侵入性氣孔：是氣體從外部侵入金屬液中，不能排除而形成的氣孔，氣體來源于型砂，型腔和冷鐵，澆注時(shí)也可能卷入氣體。常在鑄件的局部、鑄件表面或鑄件內(nèi)部出現(xiàn)。氣孔大都呈圓形或橢圓形，喇叭形，其根部所指常常就是氣體侵入之處。氣體多為水蒸汽、CO、CO2或碳化合物；②析出性氣孔：熔煉過程中溶入金屬中的氣體，當(dāng)金屬冷卻凝固時(shí)由于溶解度降低，而從金屬中析出形成的氣孔。氣體中大都為氫和氮，呈分散的麻點(diǎn)狀小圓孔，表面光亮，常布滿于整個(gè)鑄件斷面；③反應(yīng)性氣孔：鑄型與金屬之間、金屬與渣津之間或金屬中某些成分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成的氣孔。鑄鐵、鑄鋼件的氣體大都是CO和氫氣。反應(yīng)氣孔又可分為皮下氣孔，表面氣孔和內(nèi)部氣孔。

（1）侵入性氣孔

以裝載機(jī)斗齒齒套為例（圖1所示）。齒套鑄件單件毛坯質(zhì)量約為6 kg，采用柳工牌號(hào)為MT1450的材料進(jìn)行生產(chǎn)。工藝采用疊型串鑄方式立澆（圖2所示），一串可生產(chǎn)10件。

圖1 裝載機(jī)斗齒的齒套

圖2 殼型串鑄工藝

初次試制過程中，采用行車吊運(yùn)1 t漏包進(jìn)行人工澆注，澆注時(shí)因鋼包容易晃動(dòng)，不易對(duì)準(zhǔn)澆口杯，瞬間流出的鋼液由于壓力頭很大，速度較快，在接觸澆口杯側(cè)壁的瞬間形成卷流，導(dǎo)致卷入空氣（機(jī)理圖如圖3所示），直澆道未能充滿，這些氣體也很難及時(shí)排出，最終引起鑄件氣孔（圖4所示），此類氣孔體積較大，直徑一般為5~10 mm。

圖3 卷氣機(jī)理圖

圖4 侵入性氣孔

防止措施：

a）增加澆口盆，采用1 t的轉(zhuǎn)包澆注，遵循“慢—快—慢”原則，保持澆口盆內(nèi)充滿鋼液，以保證直澆道始終處于充滿狀態(tài)，充型時(shí)金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，不卷氣。合理控制澆注速度，澆注時(shí)間控制在18 s/串。

b）設(shè)計(jì)工藝時(shí)，合理安排殼型及砂芯的排氣位置，以便順暢排出澆注過程中卷入的氣體。

（2）析出性氣孔

鋼液熔煉過程中含有氣體，需要進(jìn)行預(yù)脫氧處理和終脫氧處理，如果脫氧不充分容易形成氣孔（圖5所示），此類氣孔體積較小，直徑一般＜3 mm，且隨機(jī)分布在鑄件各處。

圖5 鋼液熔煉品質(zhì)引起的氣孔

防止措施：

a）在熔煉過程中，嚴(yán)格控制金屬液的含氣量，確保所用原材料符合要求，規(guī)范熔煉操作，選擇合適的熔煉設(shè)備。

b）出鋼前采用鋁錠進(jìn)行脫氧處理，并采用定氧儀測(cè)定鋼液中的含氧量，使鋼液含氧量<15×10-6%。加鋁脫氧后的鋼液不應(yīng)停留時(shí)間過長(zhǎng)，應(yīng)在2~3 min內(nèi)出鋼澆注。

1.2 粘砂缺陷

鑄件表面上粘附有一層難以清除的砂粒稱為粘砂，鑄件粘砂可以分為機(jī)械粘砂和化學(xué)粘砂。機(jī)械粘砂的實(shí)質(zhì)是金屬液對(duì)砂粒間細(xì)孔的填充滲入，此種情況形成是由于金屬液的滲入壓力超過了砂粒間空隙中的氣體反壓力和由金屬液表面張力引起的附加壓力，金屬液滲入砂?？障抖鴮?dǎo)致，如果在殼型外表面涂掛一層致密涂層，方可起到阻止金屬液滲入的作用，從而有效防止鑄件產(chǎn)生機(jī)械粘砂?；瘜W(xué)粘砂的產(chǎn)生多由于型料耐火度不高、熔融溫度較低所致，當(dāng)澆入高溫金屬液后很容易被金屬液所熔融，形成節(jié)瘤等缺陷。粘砂既影響鑄件外觀，又增加鑄件清理和切削加工的工作量，甚至?xí)绊憴C(jī)器的壽命。

（1）機(jī)械粘砂

金屬液滲入型砂的空隙中，冷凝后在鑄件的表面上粘附一層不易清除的金屬液和型殼材料的機(jī)械混合物。機(jī)械粘砂常常產(chǎn)生在鑄件的內(nèi)角、窄槽、小孔、厚壁、表面、澆冒口附近或鑄件的下部等（圖6所示）。

圖6 機(jī)械粘砂缺陷

機(jī)械粘砂是因?yàn)榻饘僖簼B入型砂的孔隙中而形成的。金屬液是否能滲入型砂的孔隙中去，要看金屬液是否能夠克服砂粒的毛細(xì)管現(xiàn)象的臨界壓力，臨界壓力可以用如下公式表示：

P=(2σ/r)cosф

式中，P為臨界壓力；σ為表面張力；r為砂粒間毛細(xì)管的平均半徑；cosф為金屬液與砂型間的濕潤(rùn)角度。

當(dāng)金屬液的滲入壓力大于臨界壓力時(shí)，就使金屬液滲入砂型，冷凝后產(chǎn)生機(jī)械粘砂。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中遇到的情況，我們把粘砂形成的原因歸為以下幾點(diǎn)：

(a）制殼時(shí)風(fēng)壓不足，殼型表面不緊實(shí)，強(qiáng)度不足；(b）澆注時(shí)金屬液的溫度過高，殼型表面金屬液凝固時(shí)間久；(c）底層鑄型中的金屬液靜壓力過大。

防止措施：

(a）制殼時(shí)嚴(yán)格把控殼型表面品質(zhì)，隨時(shí)關(guān)注風(fēng)壓情況，一般風(fēng)壓不低于0.6 MPa為宜。對(duì)殼型局部缺陷及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，且經(jīng)過質(zhì)檢人員檢驗(yàn)合格后方能流轉(zhuǎn)至組型工序；(b）選擇適宜的澆注溫度，既要保證鋼液流動(dòng)性和充型能力，又要避免殼型表面鋼液凝固時(shí)間過久，一般首串澆注溫度控制在1 580~1 600 ℃;(C）改變串澆的工藝方式，將串鑄立澆改為串鑄臥澆，降低金屬液的靜壓力。

（2）化學(xué)粘砂

金屬液在高溫下與型腔表面發(fā)生相互作用，冷凝后在鑄件的表面上牢固地粘結(jié)一層難以清除的金屬液與型殼材料之間化學(xué)反應(yīng)生成粘砂（圖7所示）。常常產(chǎn)生在鑄件澆注部位的下端，靠近內(nèi)澆口或冒口等部位。

圖7 化學(xué)粘砂缺陷

企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了降低生產(chǎn)成本，殼型一般不涂刷涂料，直接組型進(jìn)行澆注。為了保證鋼液的流動(dòng)性和充型品質(zhì)，澆注溫度又不能太低，這樣一來，高溫的鋼液直接接觸砂型表面，容易產(chǎn)生化學(xué)粘砂缺陷，給清理工序帶來很大的困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

結(jié)合生產(chǎn)中遇到的實(shí)際情況，把粘砂形成的原因歸為以下幾點(diǎn)：(a）覆膜砂含硅量偏低，耐火度不足；(b）澆注溫度過高，殼型表面耐火度不足。

防止措施：

(a）選擇含硅量不低于95%的覆膜砂或者寶珠砂（需嚴(yán)格管控寶珠砂回收再利用的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高回收率，以降低生成成本）；(b）在殼型局部刷耐火材料，提高殼型耐火度；(c）選擇適宜的澆注溫度，既要保證鋼液流動(dòng)性和充型能力，又要保證殼型的承受度，一般首串澆注溫度控制在1 580~1 600 ℃，尾串澆注溫度不低于1 530 ℃。

2 總結(jié)

殼型鑄造方法生產(chǎn)斗齒類等精鑄件在我國鑄造行業(yè)中處于初期階段，具有較大發(fā)展空間，此工藝可推廣應(yīng)用于各類材質(zhì)的中小鑄件的生產(chǎn)，生產(chǎn)組織靈活性很高。只要采取有效的生產(chǎn)操作控制方法進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行控制管理，并嚴(yán)格控制好制芯、熔煉、澆注過程，穩(wěn)定每道工序的各項(xiàng)工藝參數(shù)，可有效防止鑄造缺陷的產(chǎn)生。

[1] 王榮. 鑄件氣孔缺陷的成因及防止措施[J].金屬加工（熱加工）,2011(15):72-75.

[2] 潘玉洪.熔模鑄件常見缺陷—化學(xué)粘砂與機(jī)械粘砂的分析及處理[J].礦山機(jī)械, 2011.39(6):118-121.

[3] 高成勛，劉偉明.淺談消失模鑄造鑄鋼件常見缺陷及防治措施 [J].中國鑄造裝備與技術(shù),2011(3):26-28.

Analysis of common defects and preventions of bucket tooth casting in shell mold casting process

GAO GangQiang , WANG WenTao
(Liugong Liuzhou Foundry Co., Ltd., liuzhou 545007,Guangxi,China)

This article is to explain the defects occured in the bucket tooth casting during shell mold casting process, analyze the causes of defects, and reference of practical experience to summary the causes of the defects and the preventive action.

bucket tooth；shell mold casting；defect；prevention measure

TG245；

A；

1006-9658（2017）02-0036-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.012

2016-08-21

稿件編號(hào):1608-1478

郜剛強(qiáng)（1985—），男， 工程師 . 主要從事鑄造生產(chǎn)工藝技術(shù)工作.