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球墨鑄鐵縮孔缺陷 分析及控制75
發(fā)表時(shí)間:2019-05-27 08:16 球墨鑄件已廣泛應(yīng)用于大型模具鑄造領(lǐng)域,是毛坯件最常用的生產(chǎn)工藝之一,隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,裝備模具需求量逐年增長(zhǎng),鑄造缺陷的影響也逐步凸顯,常見(jiàn)缺陷有皺皮、變形、縮孔、夾砂和積碳等,本文主要針對(duì)球墨鑄件縮孔缺陷進(jìn)行研究。 1.縮孔的形成及危害 (1)縮孔產(chǎn)生機(jī)理 液態(tài)合金鐵液由液態(tài)到固態(tài)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)體積變小現(xiàn)象,經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮三個(gè)收縮過(guò)程。 當(dāng)液態(tài)收縮量與凝固收縮量大于固態(tài)收縮量時(shí)便會(huì)產(chǎn)生縮孔,形狀極不規(guī)則,孔壁粗糙并帶有枝狀晶,縮孔分為集中縮孔(簡(jiǎn)稱縮孔)和分散縮孔(簡(jiǎn)稱縮松)。 (2)縮孔特點(diǎn) 縮孔主要集中在鑄件的上部和最后凝固的部位,以及鑄件壁厚懸殊處、凹角圓角半徑小及內(nèi)澆道附近等凝固較晚或凝固緩慢的部位(稱為熱節(jié))??s孔表現(xiàn)出來(lái)的形式主要有4種,即明縮孔、夾角縮孔、芯面縮孔、內(nèi)縮孔。 (3)縮孔在模具中的危害 主要有以下4個(gè)方面:一是減少鑄件的有效承載截面積,甚至造成應(yīng)力集中而大大降低鑄件的物理和力學(xué)性能;二是鑄件的連續(xù)性被破壞,使鑄件的氣密性、抗蝕性等性能顯著降低;三是加工后鑄件表面的粗糙度提高,致使制件拉毛;四是縮孔在球墨鑄鐵缺陷中占據(jù)很大比例,往往成為不可修復(fù)的缺陷,直接造成鑄件報(bào)廢,給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 2. 縮孔缺陷位置 通過(guò)對(duì)以往鑄件失效現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),球墨鑄鐵縮孔缺陷多發(fā)生于高牌號(hào)球墨鑄鐵的以下部位:鑄件的熱節(jié)和最后凝固部位;承重部位或使用面部位;表面10mm以下部位。 3. 原因分析 (1)鑄件熱節(jié)和最后凝固部位的縮孔 鑄件熱節(jié)部位多出現(xiàn)在鑄件三面夾角、拐角、直徑小的鑄孔以及壁厚懸殊部位,熱量散發(fā)緩慢或集中到某一點(diǎn),鐵液外層已凝固,但熱節(jié)點(diǎn)位置仍處于液態(tài),凝固層逐漸形成枝狀晶并不斷生長(zhǎng)將尚存的鐵液分割成若干個(gè)互不相同的熔池,隨著溫度的降低熱節(jié)位置開(kāi)始出現(xiàn)收縮,體積變小,此時(shí)不能得到鐵液補(bǔ)充而凝固后的孔壁粗糙、排滿樹(shù)枝晶的疏松孔,形成大量分散縮孔。 球墨鑄鐵以糊狀凝固方式由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài),在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變而析出石墨,石墨的比容大于鐵液因而體積發(fā)生體膨脹,此時(shí)鑄件表面凝固層較薄使鑄型向外移動(dòng),內(nèi)部空間不能得到鐵液的補(bǔ)充,在最后凝固的地方形成不規(guī)則的集中縮孔,因此球墨鑄鐵本身的凝固特性使得其極易出現(xiàn)縮孔缺陷。 (2)承重部位或使用面部位 目前較多的鑄造廠為了確保鑄件外觀質(zhì)量的提升,在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí),常將鑄件型面(加工面)朝上進(jìn)行造型,在鐵液澆注過(guò)程中,部分氣化不充分或卷入的砂粒等物質(zhì)會(huì)聚集在型面上層,這種方式主要考慮到型面在后期精加工過(guò)程中能夠?qū)⒈砻骐s質(zhì)去除。當(dāng)鑄件型面加工余量不足時(shí),部分鑄件缺陷將留在使用面甚至是重要的承重部位。模具設(shè)計(jì)中增加加工余量會(huì)給模具增加成本,往往通過(guò)鑄造工藝對(duì)縮孔進(jìn)行控制。 (3)表面10mm以下部位 通過(guò)收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的16個(gè)班次的碳當(dāng)量值進(jìn)行過(guò)程能力分析發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖5),碳當(dāng)量的調(diào)整均符合工藝要求,但整體數(shù)值集中在4.4﹪左右,接近下限值,對(duì)于無(wú)冒口設(shè)計(jì)的鑄件而言,含碳量偏低,共晶膨脹力不足,自補(bǔ)能力差,易在表面10mm以下出現(xiàn)內(nèi)縮孔。 4.縮孔控制措施 (1)冒口工藝設(shè)計(jì) 對(duì)于集中型縮孔缺陷可采取合理的冒口設(shè)計(jì),冒口在澆注系統(tǒng)中的作用就是補(bǔ)償收縮帶來(lái)的體積變化。工藝設(shè)計(jì)應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)澆注時(shí)冒口處鐵液溫度最高,遠(yuǎn)離冒口位置溫度最低,冒口本身最后凝固,達(dá)到順序凝固的效果。因此冒口形狀設(shè)計(jì)應(yīng)使體積與冷卻表面積的比值達(dá)到**,冒口高度大于直徑,同時(shí)還可選取保溫冒口,確保合理的溫度分布(見(jiàn)圖6)。鐵液凝固過(guò)程中因收縮出現(xiàn)的孔洞將由冒口處的鐵液源源不斷地進(jìn)行補(bǔ)充,從而得到致密性較好的鑄件。 (2)冷鐵放置 汽車外形的多樣性決定了汽車模具的復(fù)雜性,因此在鑄造過(guò)程中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)厚大件結(jié)構(gòu)、壁厚懸殊位置、熱節(jié)部位,這些位置是冒口和澆注系統(tǒng)難以補(bǔ)縮的地方,應(yīng)用局部激冷的方式能有效控制縮孔的產(chǎn)生。冷鐵是目前使用較廣的一種方法,主要分為外冷鐵和內(nèi)冷鐵。外冷鐵主要應(yīng)用于厚大部位,冷卻速度慢且位置集中的地方,外冷鐵放置時(shí)應(yīng)注意隔砂厚度,一般在15~30mm冷卻效果**。雖然冷鐵自身厚度越大冷卻效果越好,但為了避免出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象,冷鐵厚度一般為冷卻位置壁厚的70%,在放置位置上主要應(yīng)考慮冷鐵間距控制在20~25mm,形成溫度梯度。內(nèi)冷鐵較多應(yīng)用于凹角處或凹芯內(nèi)側(cè),應(yīng)關(guān)注內(nèi)冷鐵的除銹、除濕,否則澆注后與鑄件熔合會(huì)影響鑄件性能。 (3)澆注溫度控制 傳統(tǒng)的冒口設(shè)計(jì)方法提高了鐵液的使用量,增加了生產(chǎn)成本,一些生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始采用無(wú)冒口的工藝設(shè)計(jì),這種方法成功避免縮孔的條件是:從澆注到凝固過(guò)程要實(shí)現(xiàn)膨脹量大于收縮量。通過(guò)控制澆注溫度,使鐵液從細(xì)薄部位引入,內(nèi)澆道采用扁薄梯形截面,澆注完畢后能盡早凝固并封閉通道,鑄件內(nèi)部共晶轉(zhuǎn)變析出石墨,石墨的比容大于鐵液因而體積發(fā)生體膨脹,砂箱及砂型強(qiáng)度使其產(chǎn)生內(nèi)壓形成自補(bǔ)縮,進(jìn)而避免了內(nèi)部縮孔。推薦澆注溫度:薄壁小件為1420~1450℃,中等壁厚件為1400~1420℃,厚大件<1380℃。 (4)碳當(dāng)量的控制 不管是有冒口還是無(wú)冒口的鑄造工藝,在應(yīng)用激冷方式的同時(shí)可提高碳當(dāng)量或設(shè)定上限值,隨碳當(dāng)量的增加,石墨析出量會(huì)加劇,促進(jìn)石墨化膨脹以加強(qiáng)補(bǔ)縮。 結(jié)語(yǔ) 綜上所述,球墨鑄鐵縮孔缺陷的出現(xiàn)是其凝固特性的結(jié)果,需采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右钥刂?。在生產(chǎn)中不能簡(jiǎn)單地說(shuō)哪項(xiàng)控制措施最有效,而應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特性,采取綜合措施,針對(duì)縮孔產(chǎn)生的機(jī)理從設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)及品質(zhì)等多方面進(jìn)行控制。 轉(zhuǎn)自:華東鑄造 下一篇:樹(shù)脂砂鑄造全流程 |