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鑄造缺陷-----氣孔的概述以及分析

發布時間:2020-01-15

一、術語含義:金屬液在凝固過程中陷入金屬中的氣泡,在鑄件中形成的孔洞,稱為氣孔。還有氣眼、氣泡、嗆火、嗆等非正規名稱,是孔壁光滑的孔洞類鑄造缺陷。 

二、目視特征:是指肉眼看到的鑄件缺陷的形態特征,是區分氣孔、縮孔、砂眼、加渣及確定氣孔種類性質的依據。 

1、形狀:一般為球形或近似于球形、淚滴形、梨形、蠕蟲狀、長針形等氣孔孔洞。 

2、表面面貌:在肉眼觀察下,氣孔孔壁是平滑的,表面顏色有的發亮,有的金屬本色,有的發藍,灰鑄鐵孔洞表面有的附著一層碳膜。

3、尺寸:由于形成氣孔原因復雜,尺寸變動是無規律的,有的大到10至20幾毫米,有的小到不到1毫米。

4、部位:是指孔洞在鑄件截面中的位置,一般可分為表面氣孔,一落砂就可發現,內部氣孔只有在機加工后才能顯示出來,有的皮下氣孔在噴砂后或機加工去除表面硬皮后才能發現。多出現在澆注位置的上面。 

5、危害性:氣孔是鑄件常見和多發性缺陷,一般情況下,氣孔使鑄件報廢數量約占鑄件廢品率的25%-80%。

6、氣孔種類:從氣孔形成原因、形成過程、形成機理來分類,氣孔可分為5種,及侵入氣孔、裹挾氣孔、析出氣孔和內外反應氣孔。

下面先說一說最常見、發生最多的侵入型氣孔。 

一、從澆注到鑄件凝固成殼期間,砂型、砂芯發生的氣體侵入金屬液

時產生的氣孔稱為侵入性氣孔。 

1、它的形狀特征:團球形、梨形、淚滴形,小頭所指是氣體來源的方向。 

2、表面面貌:孔壁平滑,鑄件侵入氣體主要成分是CO時,孔壁呈藍色;是氫氣時,孔壁是金屬色,發亮;是水蒸氣時,孔壁是氧化色,孔壁發暗,灰色。

3、一般尺寸較大,在幾毫米以上。 

4、部位:按澆注位置來說,常處于鑄件上表面,去掉澆冒口或氣針后可看到,有的粗加工后表現出來。 

5、分布:大多情況下是單個或幾個聚集的尺寸較大的氣孔,很少成為彌散性氣孔或針孔。 二、形成機理:

1、砂型:砂型中的氣體侵入金屬液,分為兩種:①不潤濕型:組成砂型型砂粒度細、強度高、緊實度大(硬),如靜壓線造型。高溫鐵水遇到濕砂型,表面水分極度氣化膨脹,在砂型毛細管內形成較高壓力,一部分向外透過砂型排入大氣,一部分因壓力大,超過鐵水靜壓力,克服表面張力,便進入鐵水中,關系式為:PA>Po+PM+PN 

PA——表示氣體侵入壓力 

Po——型腔中氣體壓力,即標準大氣壓 PM——金屬液靜壓力

PN——金屬液表面阻力(表面張力和粘度) 

 ②金屬液潤濕型壁時也就是型砂組成砂粒較粗、緊實度較低情況,砂粒間孔隙較大,有利于氣體排出,但也使鐵液容易滲入到砂??紫吨?,形成機械粘砂,并堵死氣體通道,并且濕砂型都有氣體遷移問題,砂型表面水分100%氣化,要比原水分體積大三倍,1300℃多度鐵水能使水份離子化,就是分解成O與H,體積又要擴大幾倍,并迅速向壓力小、濕度低的深層轉移,形成水份聚集區,還原成水,堵塞了氣體通道,提高了氣體壓力,向四處擴散,同時一部分侵入到鐵水中,當金屬液充滿型腔時,由于砂粒間隙大,鐵水易侵入,不利于上型排氣,型腔內氣體會聚集在界面上形成氣坑或皮下大氣孔??傊?,金屬液不潤濕型壁時,有利于防止粘砂,但易使氣體侵入形成氣孔,潤濕型壁時有利于防止侵入氣孔,但易形成機械粘砂。

金屬液不潤濕型壁時侵入氣體容易在型壁上形成氣泡,從而增大了形成侵入氣孔的傾向性,金屬液潤濕型壁時侵入氣體不容易在型壁套芯主排氣道,澆注時,受熱氣體上升,通道堵塞后,鐵水包圍砂芯,氣體不能逸出,形成氣孔。 

缸蓋水套芯排氣較差,與江鈴比較沒有主排氣道,更容易形成氣孔。  北區的測溫槍可能有問題,測量首澆溫度是1420℃,但是鐵水顏色偏紅。  于師傅:排氣阻力比較大,不易逸出氣體。 雜物,這些混入型砂中會形成分布雜亂的表面氣孔?;焐安僮?,應先干混,即舊砂、新砂、粘土、煤粉混均后,再加水濕混,如果先加水,干粉料易吸水,形成小粘土團,造成局部嗆孔。 

2、澆注溫度與澆注速度與侵入氣孔關系  每一種產品都有一個合適的澆注速度,澆注速度過快,靜壓力增長過于迅速,易形成機械粘砂,同時鑄型上部氣體來不及排走,憋住在上型孤立的袋形空腔處,阻礙鐵水充填產生嗆火(氣孔),同時抬箱力也大,易造成跑火。對于形狀復雜,體積細薄,難以設置排氣系統的砂芯,澆速應慢些,這樣可以是砂芯中過濾氣體非定向流態時間長,氣體大部分從芯的自由表面逸走,砂芯一旦被金屬液淹沒,氣體壓力就小,減小了氣體侵入的危險性。 

3、澆注溫度對氣孔影響  提高鐵液澆注溫度,降低鐵液粘度,使氣體易從鐵液中排走,是防止氣孔的有效措施,但容易帶來縮孔、縮松,粘砂和析出氣孔缺陷,如缸蓋這種復雜薄壁件,砂芯復雜,細薄窄小,排氣不通暢,澆溫在1320-1350℃以下時就容易出現氣孔,但澆溫高時超過1420℃時就易出現斷芯、脈紋、飛翅等缺陷,在鐵液含硫高時,硫以FeS、MnS化合物形態存在于鐵液中,會增加鐵液粘度,氣泡便難以排出,含硫量不應超過0.08%。 

4、澆冒口設置  提高直澆道高度,增加靜壓力,設置溢流冒口排出冷而臟含氣泡的鐵液,可防止明通氣孔根部出現氣孔,機器造型,特別是高壓造型,緊實度大,硬度高,水分偏高時易產生水爆炸,能使鑄件產生嗆孔或表面粗糙、粘砂,水分突發性的氣化現象稱為水爆炸。 

5、特殊類型的侵入氣孔、脫殼與皮片。  澆注時氣體強烈阻礙金屬液流動,侵占了型腔表面空間,形成鑄件表面缺陷,稱為特殊類型氣孔,形成原因:上升金屬液面,把型腔氣體憋住,在頂部袋形空腔中,形成氣封,在氣封中氣體壓力超過鐵液靜壓力和動壓力,液面停止上升,當氣體透過型壁被迫排走,壓力下降,鐵液又開始流動,進入氣封所占空間,所以周圍脫殼是由再流動的金屬液弧形流頭形成的。(如493缸體底部齊子與邊沿,加氣針后若好轉,說明就是此原因)  皮片:澆注時型腔中氣體被憋住,形成氣封或氣層,它能使鐵液停止流動,后又發生進入氣封的鐵液再流動,再流動的鐵液不能同原停止流動的鐵液相溶接,形成可剝落的金屬片,即皮片。  解決以上缺陷措施是:排走袋形空腔內氣體,不容易形成氣封,就不產生脫殼皮片缺陷,最簡單的辦法就是設置出氣針或出氣孔。  張部長:王微負責根據本次培訓內容出試題并存檔。一分廠開式線生產493缸體,7月份氣孔占總廢品的40%,靜壓線氣孔缺陷較少,在1%左右,分析兩條線的差異,變化點在哪?總之,減少發氣加強排氣,就不會形成氣孔。  鑄造問題的解決與分析,關鍵在于鉆、學,以及現場經驗。江鈴工程師提到,鑄造是一門經驗科學。年輕人一定要多動腦,多看多溝通多問,再做出判斷,衡量問題原因。

問題的起因是綜合性的,同樣的鑄造質量問題具有反復性。澆速不同;靜壓線砂芯的發氣方式要暢通。澆注溫度高于開式線澆溫,末澆溫度在1380℃-1390℃,末澆溫度如果較低,鐵水結殼早,堵塞排氣道,氣體不能逸出,形成氣孔。  缸體主體芯和蓋芯是冷芯,優點是不變形。


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