鑄鋼件縮孔及縮松缺陷的消除

【摘要】 通過(guò)分析鑄鋼件縮孔及縮松產(chǎn)生的機(jī)理， 總結(jié)出鑄件產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷的部位， 提出從改進(jìn)澆注系統(tǒng)、改變鑄件結(jié)構(gòu)、適當(dāng)提高澆注溫度及控制澆注速度等幾個(gè)方面消除鑄件中的縮孔及縮松。
    縮孔及縮松缺陷是鑄鋼件生產(chǎn)中的一大難題， 長(zhǎng)期以來(lái)困擾著廣大鑄造工作者。這兩種缺陷多發(fā)生在鑄件內(nèi)部， 通過(guò)機(jī)械加工或X 射線檢查可以發(fā)現(xiàn)， 要進(jìn)行挽救比較困難， 也有發(fā)生在表面上的， 通過(guò)安放冒口可以消除。這兩種缺陷很相似， 危害都很大， 可以歸為一類(lèi)。由于縮孔及縮松缺陷的消除需要綜合考慮澆注系統(tǒng)、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)、冒口及冷鐵等工藝因素， 在實(shí)際生產(chǎn)中難以控制。本文擬對(duì)鑄鋼件生產(chǎn)中出現(xiàn)的縮孔、縮松缺陷的消除作一探討， 供有關(guān)人員參考。) M/ O6 ~& n$ B
     一、縮孔及縮松缺陷產(chǎn)生的機(jī)理
    鐵液在鑄型內(nèi)冷凝的過(guò)程中， 體積要發(fā)生三次收縮： 次是合金液從澆注溫度冷卻到開(kāi)始凝固的溫度， 稱(chēng)為液態(tài)收縮; 第二次是從開(kāi)始凝固的溫度冷卻到金屬液全部凝固的溫度， 稱(chēng)為凝固收縮; 第三次是從全部凝固的溫度冷卻到室溫， 稱(chēng)為固態(tài)收縮。液態(tài)收縮的大小與澆注溫度有關(guān)， 鐵液每降低100 ℃， 體積約縮小0. 78 % ～1. 2 % ， 因此澆注溫度越高， 液態(tài)收縮越大。一般情況下， 在能保證流動(dòng)性的前提下， 應(yīng)盡量降低鐵液的澆注溫度。液態(tài)及凝固收縮受合金成分的影響較大， 比如， 在其他成分相同的情況下， 碳、硅含量越大， 收縮就越小; 而錳、硫含量越多， 則收縮量越大。一般鑄鋼件在凝固收縮階段的線收縮率為2. 0 % ～3. 5 % ， 因此在砂型鑄造中制造模樣時(shí)，除了加放一定的加工余量外， 還要按鑄造合金的收縮特性， 加上一定量的合金收縮率。
    當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔后， 靠近型壁的金屬液散熱快，冷卻速度快， 而后向鑄件中心逐次凝固。鑄件在冷卻凝固的過(guò)程中， 一般液態(tài)收縮時(shí)可以得到澆包中液態(tài)金屬的補(bǔ)縮， 這個(gè)階段的收縮對(duì)鑄件質(zhì)量影響不大; 固態(tài)收縮對(duì)形成縮孔、縮松缺陷的影響也不大， 但如果在凝固收縮時(shí)得不到補(bǔ)縮， 就會(huì)在鑄件z后凝固的部位( 如溫度z高的中心處) 形成細(xì)小或分散的孔洞， 即縮孔、縮松缺陷。! ?! g  O) V4 A0 {& Y
    二、縮孔及縮松缺陷產(chǎn)生的部位
    實(shí)際生產(chǎn)中， 有時(shí)候要區(qū)分是縮孔還是氣孔或是夾渣缺陷， 并不是很容易， 需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)因素來(lái)判斷。總結(jié)起來(lái)， 縮孔及縮松缺陷在鑄件上產(chǎn)生的部位肯定是z后凝固的地方， 而導(dǎo)致z后凝固主要有以下兩種情況：* G( c) h8 Q4 x& F
    ( 1) z常見(jiàn)是發(fā)生在鑄件斷面突增或鑄件幾何熱節(jié)的部位， 因?yàn)檫@些地方金屬液的散熱z慢， z后凝固而形成缺陷。* ~8 e: a6 L4 ]' ~; c4 }4 D* x
    ( 2) 并非是鑄件的幾何熱節(jié)， 而是因?yàn)榻饘僖洪L(zhǎng)時(shí)間流經(jīng)某處， 使該處過(guò)熱， 也會(huì)產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷，通常稱(chēng)之為物理熱節(jié)。
    三、縮孔及縮松缺陷的防止措施
    要使鑄鋼件在凝固過(guò)程中不產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷，必須將鑄件z后凝固的部位引出鑄件本體， 這就需要在鑄件內(nèi)形成順序凝固的溫度梯度， 使金屬液從較低溫度開(kāi)始凝固， 而z后凝固的部位在冒口中。生產(chǎn)中常用的方法有以下幾種。$ |6 l, L  x  h! t' }9 c7 k& X9 z
    1. 使用冒口

    在澆注一般的小鑄鋼件或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小型鑄件時(shí)，有無(wú)冒口影響不大， 因?yàn)殍T鋼件自身有一定的補(bǔ)縮能力。而當(dāng)鑄鋼件較復(fù)雜時(shí)， 冒口的作用就比較明顯。冒口有明冒口和暗冒口兩種。明冒口暴露在空氣中， 冷卻速度快， 澆注一段時(shí)間后就凝固了， 使冒口中的金屬液與外界隔離， 降低了冒口的補(bǔ)縮效率， 對(duì)此可在澆注的z后階段， 將一部分金屬液由冒口澆入， 以強(qiáng)化冒口的補(bǔ)縮效果。冒口的位置需根據(jù)鑄件壁厚和冷卻的情況而定， 應(yīng)設(shè)置在鑄件z后凝固的部位。冒口的斷面一般為被補(bǔ)縮斷面的1. 5 ～2 倍， 冒口的高度應(yīng)為其直徑的1. 5 ～2. 5 倍， 才能保證補(bǔ)縮效果。實(shí)際上， 冒口的計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題， 鑄造工作者提出了多種不同的方法， 各有利弊， 需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
    2. 選擇合適的內(nèi)澆口位置1 E1 Q( h8 Q( t
    內(nèi)澆口的位置對(duì)鑄件是否產(chǎn)生縮孔及縮松缺陷的影響很大， 因?yàn)楹线m的內(nèi)澆口位置能夠形成順序凝固， 避免缺陷的產(chǎn)生。
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    ( 1) 鑄件高度較小而水平尺寸較大時(shí)， 導(dǎo)入位置一般應(yīng)保證鑄件橫向的順序凝固， 內(nèi)澆口應(yīng)設(shè)于鑄件厚處， 使合金液從厚處導(dǎo)入。
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    ( 2) 鑄件壁厚較大且均勻時(shí)， 為了保證鑄件整體的同時(shí)凝固和避免澆不足， 合金液應(yīng)從鑄件四周通過(guò)較多內(nèi)澆口均勻地導(dǎo)入， 在鑄件各區(qū)域的z后凝固處設(shè)置冒口， 以便補(bǔ)縮。

    ( 3) 鑄件有一定高度時(shí)， 則應(yīng)首先保證自下而上的順序凝固， 而水平方向上同時(shí)凝固， 內(nèi)澆口位置應(yīng)盡可能使水平方向的溫度分布均勻， 通常把內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件的薄壁處， 且在厚壁部分放置冷鐵。另外， 在不破壞鑄件順序凝固的前提下， 內(nèi)澆口數(shù)量宜多些且均勻分布， 以避免局部過(guò)熱。

    ( 4) 對(duì)于熔模鑄造中的小型簡(jiǎn)單鑄鋼件， 應(yīng)盡量選擇通過(guò)內(nèi)澆口補(bǔ)縮鑄件， 以提高澆注系統(tǒng)的金屬利用率， 即將內(nèi)澆口設(shè)置在鑄件熱節(jié)部位， 以利于補(bǔ)縮。澆注系統(tǒng)一般采用頂注式或側(cè)注式， 如某鑄件采用圖1a方案時(shí)， 熱節(jié)A 處產(chǎn)生縮松， 而采用圖1b 方案時(shí)， 通過(guò)內(nèi)澆口向熱節(jié)A 處補(bǔ)縮， 消除了縮松。