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      關于瑪鋼管件中出現的縮松、縮孔問題的探討

      日期:2016-09-01來源:金屬加工(熱加工)閱讀:(1851)

         縮孔和縮松都是鑄造生產中常見的鑄件缺陷。在瑪鋼管件安裝時,管件易裂或者在安裝好后試壓時出現滲水,俗稱“冒汗”或更嚴重的漏水等質量問題,很可能是因為管件在鑄造階段就產生了縮孔或縮松問題。像這樣較嚴重的產品質量問題,如果廠商掌握成熟的生產工藝和遵循嚴格的檢驗程序,如水壓檢驗是可以預防。筆者結合多年的生產實踐經驗,談談鑄件縮孔和縮松的產生原因及其防止措施。

       

        首先,縮孔是鑄件在冷凝過程中收縮,得不到金屬溶液的補充而產生的孔洞,形狀不規則,孔壁粗糙,一般位于鑄件的熱節處??s孔和氣孔在外表上往往極為相似,經常容易混淆。一般來說,氣孔的內壁是平滑的,而縮孔的內壁則呈枝狀結晶的末梢狀??s松是鑄件最后凝固的區域沒有得到金屬溶液的補縮而形成分散和細小的小孔,常出現在鑄件的較厚截面以及厚薄截面交接處或熱節點上??s松的分布面積要比縮孔大得多,往往隱藏于鑄件的內部,有時肉眼察覺不到??s孔和縮松在鑄件廢品中占有較大的比例,必須引起足夠的重視,以提高鑄件合格率。

         鑄造中出現縮松與縮孔的原因有很多,以下將逐一進行分析:

      1.鑄件和模樣設計

       

      (1)鑄件截面尺寸變化過大。如果在設計中鑄件截面尺寸變化過大,薄截面的冷卻速度比相鄰厚截面的冷凝速度要快得多,這樣就很難實現鑄件的順序凝固,同時也難于進行補縮。設計時要盡量避免這種情況,否則應采用冷鐵,以實現鑄件的順序凝固并利于補縮。

       

      (2)鑄件斷面過厚,如果沒有采取相應措施對其進行補縮,會因補縮不良形成縮孔。

       

      (3)圓角太小。鑄件的凹角圓角半徑太小,會導致型砂傳熱能力降低,凝固速度下降,同時由于該處型砂受熱作用強,發氣壓力大,析出的氣體可向未凝固的金屬液滲入,導致鑄件產生氣縮孔。 

       

      (4)圓角太大。圓角太大,則圓角部分就成了厚截面,如果相鄰的截面較薄,就難以得到有效的補縮,造成補縮不良

       

      2.模樣

       

      (1)模樣或芯盒磨損致使鑄件截面減薄,導致鑄件截面厚度減薄而妨礙補縮。

       

      (2)模樣尺寸不當或模樣結構不當,導致鑄件截面過厚或過薄。設計時應注意控制模樣的厚度,盡量使鄰近較厚截面的薄截面保持最大的厚度。

       

      3.砂箱

       

      (1)上箱太淺。生產中為了節省型砂用量或為了降低砂箱和造型成本而使用高度不夠的上箱,這是造成縮松缺陷的常見原因。上箱太淺,會降低金屬液的靜壓力,以致難以進行補縮,補縮壓力不夠,會導致產生縮松或縮孔,或二者兼有之。如果遇到了不得不采用較淺上箱的情況,則應通過采用冒口套或澆口杯來彌補因上箱太淺帶來的問題,也可以采用發熱冒口或不斷向冒口添加金屬液來提高補縮效率。

       

      (2)砂箱太小。為了節省型砂,降低成本,有時會采用尺寸不足的砂箱造型。砂箱尺寸過小,會影響澆注系統的合理布置或導致冒口相距砂箱壁太近,冒口里的金屬液在完成補縮之前就過早地變冷和凝固了??梢試L試采用發熱冒口和雨淋式澆口來解決這些問題。

       

      (3)箱套不合適。因箱套尺寸不符,不能很好地支撐砂型,從而導致型壁的位移或變形,形成較厚的鑄件截面,以致原設計的冒口不足以對其進行補縮。

       

      4.澆冒口系統

       

      出現縮松缺陷時,應該從澆注系統方面去尋找問題,因為縮松缺陷與補縮有很大關聯。

       

      (1)澆冒口設計未能促進順序凝固。必須根據鑄件截面的不同情況來設計澆冒口的位置和大小,要考慮在沒有澆冒口的情況下,哪些截面先凝固,哪些截面后凝固,最后凝固的截面必須有仍處于液態的直澆口或冒口進行補縮。

       

      (2)澆冒口數量不足或澆口設計不當。澆冒口數量不足是造成縮松缺陷的常見原因,每個澆口的補縮距離和范圍都是有限的,其補縮范圍的大小取決于截面的厚度、金屬液的溫度和金屬成分。較薄截面的冷凝快,會切斷補縮通道。澆口設計不當,如澆口的截面太小會導致過早冷凝,此時盡管冒口里有很多金屬液也不能補縮到鑄件中去。

       

      (3)冒口太小。冒口太小也是一種常見的錯誤。一般情況下,冒口的截面尺寸都應該大于需要補縮的鑄件截面尺寸。另一種錯誤是想通過增加小直徑冒口的高度來提高補縮效果,這種做法往往會不盡人意,因為冒口直徑較小,冒口中的金屬液容易冷凝,即使增加冒口的高度也無濟于事。理想的冒口形狀應該是球形,因為其散熱面積最小。在某些情況下,對厚截面進行激冷是一種有效和切實可行的辦法。

       

      (4)冒口頸和鑄件尺寸比例不當。冒口頸的尺寸對補縮效率非常重要,冒口頸截面尺寸太小會影響補縮效果,要確保金屬液在冒口頸暢通。

       

      (5)內澆口太大。內澆口入口處或內澆口上產生縮孔通常是內澆口太大所致。因為內澆口入口處被包圍在熱砂之中,如果其尺寸太大,入口處的金屬液就會一直保持到最后才凝固,由于此時已沒有其他金屬溶液能對其進行補縮,所以澆口入口處就會產生縮孔。正確的澆冒口設計應該是先凝固鑄件,其后凝固內澆口和冒口頸,最后凝固冒口。如果破壞了這種凝固順序,就會產生縮孔缺陷。

       

      5.型砂

       

      砂型型壁產生位移尤其是不規則的位移,會影響補縮效果,造成縮孔缺陷。型壁的位移量越大,產生縮孔的可能性越大。型砂強度低,舂砂松軟是產生型壁位移的主要原因,應提高砂型的強度和舂砂的緊實度,以減少型壁的蠕動或位移。

       

      6.制芯

       

      砂芯產生位移,會使鑄件截面增厚,造成鑄件截面壁厚不均勻。芯撐數量太少、芯頭松軟或支撐面不夠大、砂芯強度較低引起砂芯翹曲等,都是造成砂芯位移的原因。生產中因砂芯位置變化而引起鑄件截面變化,都有可能造成縮孔缺陷。   

       

      7. 金屬成分

       

      金屬成分對縮孔缺陷的影響有兩方面。一是合金成分對于縮孔缺陷本身的直接影響。如,低碳鑄鐵的總收縮量比高碳鑄鐵要大;在有色金屬鑄造中通過改變金屬成分加寬凝固范圍,促進順序凝固,可以減少縮孔缺陷;在鋁合金中加入晶粒細化劑,如鈦和硼,能夠減少縮孔缺陷。合金成分對縮孔缺陷的影響大多是直接的,在設計澆冒口系統時,通常應把這些因素考慮進去。二是金屬溶液的壓力使型壁產生退讓,造成型壁位移。金屬溶液壓力的大小和金屬成分有關,灰口鑄鐵對型壁的壓力比合金鑄鐵和球墨鑄鐵要小。從某種程度上來說,碳當量越高,金屬溶液對型壁的壓力越大。

       

      8.熔化

       

      裝料或稱料草率會造成金屬成分的偏差。針對收縮缺陷時應考慮熔化方面的因素,臟污以及凝固迅速、易于氧化的金屬都對金屬的早期收縮有影響。金屬液的溫度過高,會把砂型加熱到使其產生滑移的程度,從而加劇型壁的位移。金屬液中的氣體越多,凝固過程釋放出的氣體對型壁的壓力越大,越易引起位移。

       

      9.澆注

       

      (1)澆注溫度太低會降低冒口系統的補縮效率,造成收縮缺陷。

       

      (2)澆注溫度過高,會增加傳遞到型砂里的熱量,使型砂產生高溫變形,加劇型壁的位移。

       

      (3)生產大型鑄件時,沒有用熱金屬液對冒口進行補澆也會產生收縮缺陷??梢愿鶕枰?,采用發熱冒口或加大冒口來代替補澆。

       

      10.其他

       

      砂芯或型壁斷裂會引起毛刺或型漏,造成金屬液流失。此時型腔對金屬液數量的需求有了變化,如果沒有多余的金屬液可以進行補縮,或者補縮的金屬液不足,也會產生收縮缺陷。

       

      (責任編輯:老梁。轉自:《金屬加工(熱加工)》。作者:王榮。

       

       

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