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【聚乙烯蠟】鑄件裂紋和六種鑄件常見缺陷的產生原因及防止方法

文章出處:網責任編輯:青島賽諾作者:青島賽諾人氣:-發表時間:2019-07-20 08:40:00【

 鑄件裂痕主要分為兩類,熱裂和冷裂!

 

熱裂

熱裂是裂紋外形彎彎曲曲,斷口很不規則呈藕斷絲連狀,而且表面較寬,越到里面越窄,屬熱裂其機理是:鋼水注入型腔后開始冷凝,當結晶骨架已經形成并開始線收縮后,由于此時內部鋼水并未完成凝固成固態使收縮受阻,鑄件中就會產生應力或塑性變形,當它們超過在此高溫下的材質強度極限時,鑄件就會開裂。

 

聚乙烯蠟

 

熱裂紋的形貌和特征

熱裂紋是鑄件在凝固末期或凝固后不久尚處于強度和塑性很低狀態下,因鑄件固態收縮受阻而引起的裂紋。熱裂紋是鑄鋼件、可鍛鑄鐵件和某些輕合金鑄件生產中常見的鑄造缺陷之一。熱裂紋在晶界萌生并沿晶界擴展,其形狀粗細不均,曲折而不規則。裂紋的表面呈氧化色,無金屬光澤。鑄鋼件裂紋表面近似黑色,而鋁合金則呈暗灰色。外裂紋肉眼可見,可根據外形和斷口特征與冷裂區分。

 

熱裂紋又可分為外裂紋和內裂紋。在鑄件表面可以看到的熱裂紋稱為外裂紋。外裂紋常產生在鑄件的拐角處、截面厚度急劇變化處或局部疑固緩慢處、容易產生應力集中的地方。其特征是表面寬內部窄,呈撕裂狀。有時斷口會貫穿整個鑄件斷面。熱裂紋的另一特征是裂紋沿晶粒邊界分布。內裂紋一般發生在鑄件內部最后凝固的部位裂紋形狀很不規則,斷面常伴有樹枝晶,通常情況下,內裂紋不會延伸到鑄件表面。

 

熱裂紋形成的原因

形成熱裂紋的理論原因和實際原因很多,但根本原因是鑄件的凝固方式和凝固時期鑄件的熱應力和收縮應力。

 

液體金屬澆入到鑄型后,熱量散失主要是通過型壁,所以,凝固總是從鑄件表面開始。當凝固后期出現大量的枝晶并搭接成完整的骨架時,固態收縮開始產生。但此時枝晶之間還存在一層尚未凝固舶液體金屬薄膜(液膜),如果鑄件收縮不受任何阻礙,那么枝晶骨架可以自由收縮,不受力的作用。當枝晶骨架的收縮受到砂型或砂芯等的阻礙時,不能自由收縮就會產生拉應力。當拉應力超過其材料強度極限時,枝晶之間就會產生開裂。如果枝晶骨架被拉開的速度很慢,而且被拉開部分周圍有足夠的金屬液及時流入拉裂處并補充,那么鑄件不會產生熱裂紋。相反,如果開裂處得不到金屬液的補充,鑄件就會出現熱裂紋。

 

由此可知,寬凝固溫度范圍,糊狀或海綿網絡狀凝固方式的合金最容易產生熱裂。隨著凝固溫度范圍的變窄,合金的熱裂傾向變小,恒溫凝固的共晶成分的合金最不容易形成熱裂。熱裂形成于鑄件凝固時期,但并不意味著鑄件凝固時必然產生熱裂。主要取決于鑄件凝固時期的熱應力和收縮應力。鑄件凝固區域固相晶粒骨架中的熱應力,易使鑄件產生熱裂或皮下熱裂;外部阻礙因素造成的收縮應力,則是鑄件產生熱裂的主要條件。處于凝固狀態的鑄件外殼,其線收縮受到砂芯、型砂、鑄件表面同砂型表面摩擦力等外部因素阻礙,外殼中就會有收縮應力(拉應力),鑄件熱節,特別是熱節處尖角所形成的外殼較薄,就成為收縮應力集中的地方,鑄件最容易在這些地方產生熱裂。

 

熱裂紋產生的原因體現在工藝和鑄件結構方面其中有:鑄件壁厚不均勻,內角太小;搭接部位分叉太多,鑄件外框、肋板等阻礙鑄件正常收縮;澆冒口系統阻礙鑄件正常收縮,如澆冒口靠近箱帶或澆冒口之間型砂強度很高,限制了鑄件的自由收縮;冒口太小或太大;合金線收縮率太大;合金中低熔點相形成元素超標,鑄鋼鑄鐵中硫、磷含量高;鑄件開箱落砂過早,冷卻過快。

 

如何防止熱裂紋發生

1.改善鑄件結構

壁厚力求均勻,轉角處應作出過渡圓角,減少應力集中現象。輪類鑄件的輪輻必要時可做成彎曲狀。

 

2.提高合金材料的熔煉質量

采用精煉和除氣工藝去除金屬液中的氧化夾雜和氣體等。控制有害雜質的含量,采用合理的熔煉工藝,防止產生冷裂紋。

 

3、采用正確的鑄造工藝措施

使鑄件實現同時凝固不僅有利于防止熱裂紋,也有助于防止冷裂紋。合理設置澆冒口的位置和尺寸,使鑄件各部分的冷卻速度盡量均勻一致,減少冷裂紋傾向。

 

正確確定鑄件在砂型中的停留時間砂型是一種良好的保溫容器,能使鑄件較厚和較薄處的溫度進一步均勻化,減少它們之間的溫度差,降低熱應力,減少冷裂紋傾向。延長鑄件在鑄型內的停留時間,以免開箱過早在鑄件內造成較大的內應力,而產生冷裂紋。

 

增加砂型、砂芯的退讓性鑄件凝固后及早卸去壓箱鐵,松開砂箱緊固裝置等,是防止由于收縮應力而使鑄件產生冷裂的有效措施。大型鑄件的砂型和砂芯,在澆注后可提前挖去部分型砂和芯砂,以減少它們對鑄件的收縮阻力,促使鑄件各部分均勻冷卻。鑄件在落砂、清理和搬運過程中,應避免碰撞、擠壓,防止鑄件產生冷裂紋。

 

4、時效熱處理

鑄造應力大的鑄件應及時進行時效熱處理,避免過大的殘余應力使鑄件產生冷裂紋。必要時,鑄件在切割澆冒口或焊補后,還要進行一次時效熱處理

 

冷裂

冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態時,因局部鑄造應力大于合金極限強度而引起的開裂。冷裂紋總是發生在冷卻過程中承受拉應力的部位,特別是拉應力集中的部位。冷裂紋與熱裂紋不同,冷裂紋往往穿晶擴展到整個截面,外形呈寬度均勻細長的直線或折線狀,冷裂紋的斷口表面子凈有金屬光澤或呈輕度氧化色,裂紋走向平滑,而非沿晶界發生。這與熱裂紋有顯著的不同。冷裂紋檢驗用肉眼可見,可根據其宏觀形貌及穿晶擴展的微觀特征,與熱裂紋區別。

 

當鑄件內的鑄造應力大于金屬的強度極限時,鑄件將產生冷裂紋。因此凡是增加鑄件應力和降低金屬強度的因素都可能促使鑄件產生冷裂紋。

 

冷裂紋產生的主要原因有以下幾方面

 

1、鑄件結構

鑄件壁厚不均勻,促使鑄件產生鑄造應力,有時會產生冷裂紋類缺陷。剛性結構的鑄件,由于其結構的阻礙,容易產生熱應力,從而使鑄件產生冷裂紋。如一薄壁大芯壁厚均勻的箱形鑄件,由于砂芯的阻礙而產生了臨時收縮應力,當超過合金材料的抗拉強度時,就會使鑄件產生冷裂。

 

2、澆冒口系統設計不合理

對于壁厚不均勻的鑄件,如果內澆口設置在鑄件的壁厚部分時,將使鑄件厚壁部分的冷卻速度更加緩慢,導致或加劇鑄件各部分冷卻速度的差別,增大鑄造的熱應力,促使鑄件產生冷裂紋。澆冒口設置不當,直接阻礙鑄件收縮,也促使鑄件產生冷裂紋。由于澆口比鑄件薄,澆口首先凝固,當鑄件向內收縮受到澆口的阻礙時,產生拉應力,通常容易在兩個澆口之間的壁上產生冷裂紋。其次,型砂或芯砂的高溫強度或干強度太高,高溫退讓性差,使鑄件收縮受到阻礙,產生很大的拉應力,導致鑄件產生冷裂紋。

 

3、合金材料的化學成分不合格

鋼中含碳量和其他合金元素含量偏高使鑄件容易發生冷裂紋。韌性合金材料不易產生冷裂紋,脆性合金材料易產生冷裂紋。磷是鋼中的有害元素,當含ωP)>0.05%時,使鋼冷脆性增加,容易產生冷裂紋。在灰鑄鐵中,存在過量的反石墨化元素,也會引起鑄件的收縮量增加,導致鑄件產生冷裂紋。

 

4、控制開箱時間

鑄件開箱過早,落砂溫度過高,在清砂時受到碰撞、擠壓都會引起鑄件開裂。

 

一、氣孔(氣泡、嗆孔、氣窩)

 

特征:氣孔是存在于鑄件表面或內部的孔洞,呈圓形、橢圓形或不規則形,有時多個氣孔組成一個氣團,皮下一般呈梨形。嗆孔形狀不規則,且表面粗糙,氣窩是鑄件表面凹進去一塊,表面較平滑。明孔外觀檢查就能發現,皮下氣孔經機械加工后才能發現。

 

 

形成原因:

 1、模具預熱溫度太低,液體金屬經過澆注系統時冷卻太快。

2、模具排氣設計不良,氣體不能通暢排出。

3、涂料不好,本身排氣性不佳,甚至本身揮發或分解出氣體。

4、模具型腔表面有孔洞、凹坑,液體金屬注入后孔洞、凹坑處氣體迅速膨脹壓縮液體金屬,形成嗆孔。

5、模具型腔表面銹蝕,且未清理干凈。

6、原材料(砂芯)存放不當,使用前未經預熱。

7、脫氧劑不佳,或用量不夠或操作不當等。

 防止方法:

1、模具要充分預熱,涂料(石墨)的粒度不宜太細,透氣性要好。

2、使用傾斜澆注方式澆注。

3、原材料應存放在通風干燥處,使用時要預熱。

4、選擇脫氧效果較好的脫氧劑(鎂)。

5、澆注溫度不宜過高。

 

二、縮孔(縮松)

 

特征:縮孔是鑄件表面或內部存在的一種表面粗糙的孔,輕微縮孔是許多分散的小縮孔,即縮松,縮孔或縮松處晶粒粗大。常發生在鑄件內澆道附近、冒口根部、厚大部位,壁的厚薄轉接處及具有大平面的厚薄處。

 

形成原因:

1、模具工作溫度控制未達到定向凝固要求。

2、涂料選擇不當,不同部位涂料層厚度控制不好。

3、鑄件在模具中的位置設計不當。

4、澆冒口設計未能達到起充分補縮的作用。

5、澆注溫度過低或過高。

 

防治方法:

1、提高磨具溫度。

2、調整涂料層厚度,涂料噴灑要均勻,涂料脫落而補涂時不可形成局部涂料堆積現象。

3、對模具進行局部加熱或用絕熱材料局部保溫。

4、熱節處鑲銅塊,對局部進行激冷。

5、模具上設計散熱片,或通過水等加速局部地區冷卻速度,或在模具外噴水,噴霧。

6、用可拆缷激冷塊,輪流安放在型腔內,避免連續生產時激冷塊本身冷卻不充分。

7、模具冒口上設計加壓裝置。

8、澆注系統設計要準確,選擇適宜的澆注溫度。

 

三、渣孔(熔劑夾渣或金屬氧化物夾渣)

 

特征:渣孔是鑄件上的明孔或暗孔,孔中全部或局部被熔渣所填塞,外形不規則,小點狀熔劑夾渣不易發現,將渣去除后,呈現光滑的孔,一般分布在澆注位置下部,內澆道附近或鑄件死角處,氧化物夾渣多以網狀分布在內澆道附近的鑄件表面,有時呈薄片狀,或帶有皺紋的不規則云彩狀,或形成片狀夾層,或以團絮狀存在鑄件內部,折斷時往往從夾層處斷裂,氧化物在其中,是鑄件形成裂紋的根源之一。

 

形成原因:

渣孔主要是由于合金熔煉工藝及澆注工藝造成的(包括澆注系統的設計不正確),模具本身不會引起渣孔,而且金屬模具是避免渣孔的有效方法之一。

 

防治方法:

1、澆注系統設置正確或使用鑄造纖維過濾網。

2、采用傾斜澆注方式。

3、選擇熔劑,嚴格控制品質。

 

四、裂紋(熱裂紋、冷裂紋)

 

特征:裂紋的外觀是直線或不規則的曲線,熱裂紋斷口表面被強烈氧化呈暗灰色或黑色,無金屬光澤,冷裂紋斷口表面清潔,有金屬光澤。一般鑄件的外裂直接可以看見,而內裂則需借助其他方法才可以看到。裂紋常常與縮松、夾渣等缺陷有聯系,多發生在鑄件尖角內側,厚薄斷面交接處,澆冒口與鑄件連接的熱節區。

 

形成原因:

 

金屬模鑄造容易產生裂紋缺陷,因為金屬模本身沒有退讓性,冷卻速度快,容易造成鑄件內應力增大,開型過早或過晚,澆注角度過小或過大,涂料層太薄等都易造成鑄件開裂,模具型腔本身有裂紋時也容易導致裂紋。

 

防治方法:

1、應注意鑄件結構工藝性,使鑄件壁厚不均勻的部位均勻過渡,采用合適的圓角尺寸。

2、調整涂料厚度,盡可能使鑄件各部分達到所要求的冷卻速度,避免形成太大的內應力。

3、應注意金屬模具的工作溫度,調整模具斜度,以及適時抽芯開裂,取出鑄件緩冷。

 

五、冷隔(融合不良)

 

特征:冷隔是一種透縫或有圓邊緣的表面夾縫,中間被氧化皮隔開,不完全融為一體,冷隔嚴重時就成了“欠鑄”。冷隔常出現在鑄件頂部壁上,薄的水平面或垂直面,厚薄壁連接處或在薄的助板上。

 

形成原因:

1、金屬模具排氣設計不合理。

2、工作溫度太低。

3、涂料品質不好(人為、材料)。

4、澆道開設的位置不當。

5、澆注速度太慢等。

 

防治方法:

1、正確設計澆道和排氣系統。

2、大面積薄壁鑄件,涂料不要太薄,適當加厚涂料層有利于成型。

3、適當提高模具工作溫度。

4、采用傾斜澆注方法。

5、采用機械震動金屬模澆注。

 

六、砂眼(砂孔)

 

特征:在鑄件表面或內部形成相對規則的孔洞,其形狀與砂粒的外形一致,剛出模時可見鑄件表面鑲嵌的砂粒,可從中掏出砂粒,多個砂眼同時存在時,鑄件表面呈桔子皮狀。

 

形成原因:

由于砂芯表面掉下的砂粒被銅液包裹存在與鑄件表面而形成孔洞。

1、砂芯表面強度不好,燒焦或沒有完全固化。

2、砂芯的尺寸與外模不符,合模時壓碎砂芯。

3、模具蘸了有砂子污染的石墨水。

4、澆包與澆道處砂芯相摩擦掉下的砂隨銅水沖進型腔。

 

防治方法:

1、砂芯制作時嚴格按工藝生產,檢查品質。

2、砂芯與外模的尺寸相符。

3、是墨水要及時清理。

4、避免澆包與砂芯摩擦。

5、下砂芯時要吹干凈模具型腔里的砂子。

 

 

 

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