#44#水利电力机械1998年2月
#制造工艺#
实型铸造工艺常见的铸造缺陷及防止方法
T he Common Casting Defects and Preventive M et hods of the Cavityless Casting Technology
机械工业部沈阳铸造研究所 朴东学 齐笑冰 李慧玉 (110021) 大庆油田总机厂 高 杰 (163713)
[摘 要] 针对实型铸造常发生的诸多铸造缺陷, 如铸件变形、铸型塌箱、浇不足、机械粘砂、热粘砂、残渣、气孔、夹渣、热裂、增碳和增氢等, 分别提出了其产生原因和防止方法。着重指出, 这些缺陷大多与EPS 模样的物化性能、涂料性质、型砂及浇注工艺参数有关, 只要选择好涂料和涂层厚度, 控制好EPC 模样的成型, 并优化设计铸造工艺参数, 将会获得优良精美的铸件产品。[关键词] 实型铸造 铸造缺陷 EPS 模样 EPC 工艺中图分类号:T G245:T G24916
1 前 言
由美国人H #F #Shroger 于1956年试验成功、1958年4月15日以专利形式公布于世的实型铸造工艺是铸造行业中的新技术, 其技术经济指标先进, 社会效益显著, 为我国冶铸工作者所关注, 正推动我国铸造技术的进步和发展。然而, 实型铸造工艺也不是万能的, 生产中仍存在许多急待解决的实际问题。本文将针对在实型铸造工艺科学研究和生产实践中遇到过的铸造缺陷及防止方法进行分析和探讨。
要防止这种变形, 首先要严格控制EPS 发泡倍率、熟化时间、珠粒密度等物化性质, 其次根据铸件结构, 固定好EPS 模样的成型及使用模样的时间。
(3) 充填型砂时(干砂) , 因型砂重量对EPS 模样的不均衡作用, 引起模样的变形。故充填型砂要均匀, 忌局部充填型砂的操作。
(4) 振动造型时, 因型砂充填密度不均匀, 造成EPS 模样的变形。防止方法是改进三维振动台, 严格调节振动参数(振动频率、振幅、振动加速度、振动时间等) , 使EPS 模样各部位型砂密度均匀。212 铸型塌箱
铸型塌箱对实型铸造工艺来讲是个致命的
缺陷, 是绝对不允许的。产生这种缺陷的原因可归纳如下几点:
(1) 浇注过程中金属液的浮力使EPS 模样上部的型砂上移, 造成铸型塌箱。防止方法是:¹增加EPS 模样上部型砂充填密度, 增加上部铸型吃砂量; º在铸型上部放置压铁块; »尽量不设或少设出气冒口和溢流冒口。
(2) 当浇注过程中EPS 模样的热解、气化产生的气体压力超过铸型强度时, 将使EPS 模:2 常见的实型铸造工艺的铸造缺陷及
防止方法
211 铸件变形
主要表现为铸件整体变形, 产生这种缺陷的原因归纳如下:
(1)在EPS 模样挂涂料和烘干涂层时, 因涂料重量作用, 使EPS 模样变形。对策是要充分考虑到涂料重量的影响, 在涂料重量易集中或涂料重量较轻的EPS 模样部位, 使用专用工具予以支护, 以减轻涂料重量对EPS 模样的影响, 防止整体变形。
(
砂的粒度(增强透气性) , 以加快气体的排出; º在无负压条件下浇注时, 要减少模样的数量(重
量) , 以减少发气量; »增加涂料的透气性; ¼在工艺条件允许的条件下减少涂层厚度; ½增加铸型的真空度(负压) 。
(3) 在浇注过程中, EPS 模样的气化和液体金属的充型速度不平衡时, 铸型局部会发生空洞, 将造成铸型塌箱(厚壁铸件采用较小内浇口时易产生此缺陷) ; 防止方法有:¹增加浇注系统的面积, 尤其是内浇口; º改顶注铸造工艺为低注或侧注工艺。
(4)在浇注过程中由EPS 模样的热解、分解、气化而产生气体, 在铸型中不能畅通地排出, 使最后充型部位的EPS 模样与液体金属置换位置的速度减慢, 从而造成此部位产生空洞。防止方法有:¹增加涂料和型砂的透气性; º增加铸型真空度(负压) 。213 浇不足
铸件浇不足, 形成铸件缺肉。缺肉部位多数在铸型模样上部铁水最后充型处。因铁水的张力作用其形状多为丸状。产生这种缺陷的原因归纳如下:
(1) 液体金属浇注温度低。改进的方法有:¹提高浇注温度; º增加铸型真空度(负压) ; »改用透气性好的涂料; ¼提高EPS 模样的发泡倍率, 降低其密度; ½壁厚处开设内浇口; ¾由低注改为侧注或顶注。
(2) 由于EPS 模样气化而产生的气体压力的影响, 降低了液体金属的充型速度, 造成铸件产生浇不足缺陷。防止方法有:¹增加铸型真空度(负压) ; º改用透气性好的涂料; »减少EPS 模样密度; ¼增加型砂粒度; ½增加浇注系统的截面积。
214 机械粘砂(渗金属)
铸件表面形成由型砂和渗入铸型表面型砂内的金属组成的一层很硬的壳状粘砂层, 严重影响铸件表面质量。这种缺陷在一般砂型工艺中难以见到, 但在实型铸造工艺中却常见。防止这种缺陷的方法有:
((2) 减少涂层透气性, 增加涂层厚度。(3) 降低铸型的真空度(负压) 。215 热粘砂
热粘砂是指铸件表面混夹砂子。这种铸造缺陷在黑色金属铸件中常见到, 而在有色金属铸件中难以见到。在热粘砂的组成中, 多数有涂料的夹杂(渣) 物。产生这种缺陷的原因及防止方法归纳如下:
(1) 涂层中存在过多针孔所致。防止方法有:¹混制涂料时, 要防止空气的卷入; º加入消泡剂, 使涂料中卷入的空气充分排出; »造型前严格检查EPS 模样涂层是否存在针孔。(2) 涂层在烘干和振动造型时, 产生龟裂和裂纹所致。防止方法有:¹将铸件棱角处改为圆角; º减少涂层厚度; »改善振动造型条件; ¼充填型砂要认真, 以防型砂直接冲击EPS 模样涂层; ½涂层的有效厚度不宜一次涂挂获得, 应采用二次涂挂, 以获得最佳涂层厚度。216 残渣
在铸件表面上呈现皱皮状缺陷。其主要组成物为EPS 模样残留物, 多数集中在铸件表面某处(EPS 模样上部, 平面处) , 呈光亮的皱皮状。产生这种缺陷的主要原因归纳如下:
(1) EPS 模样分解的气体向外逸出过慢。(2) 浇注金属的浇注温度过低。(3) 铸型真空度(负压) 过低。
(4) EPS 模样分解和消失过慢。
防止方法有:¹提高涂层的透气性和型砂的透气性; º提高浇注金属的浇注温度; »增加铸型真空度(负压) ; ¼提高EPS 发泡倍率, 减少EPS 模样密度; ½增加浇注系统的面积; ¾由低注改为侧注; ¿由EPS 改用EPMMA 模样材料; À铸型高处开设暗冒口; Á使用易气化的EPS 模样粘结剂。
217 气孔
气孔常出现在铸件内部和铸件表面上, 其产生的主要原因是:
(1) EPS 模样被液体金属包围。
(2) EPS 模样气化而产生的气体被液体金
防止方法有:¹顶注工艺改为低注或侧注工艺; º不宜开设许多内浇口; »适当控制铸型真空度(负压) ; ¼增加涂层和型砂的透气性; ½提高EPS 的发泡倍率, 减少EPS 模样的密度; ¾EPS 模样和涂层要充分烘干, 使用前要检查, 不得使用未经烘干的模样; ¿型砂要使用干燥的干砂, 不得使用含水份或潮湿的型砂。218 夹渣
产生夹渣缺陷的主要原因有:
(1) 浇注过程中EPS 模样表面的涂层被铁水流卷入到铸件上。
(2) 液体金属中的夹渣被铁水流卷入到铸型内。
防止方法有:¹提高涂层的强度。º优化设计、精心实施EPC 铸造工艺和浇注工艺, 使铁水充型均匀、稳定。»浇注系统连接部位的涂料要挂好。¼浇注中, EPS 模样消失要干净。½净化铁水。¾浇注系统中使用过滤片或过滤网。
219 热裂
热裂缺陷常发生在相当于空腔铸造工艺时放芯子处的铸件表面上, 多数呈现龟裂状。其主要原因是该部位的型砂充填密度过高。防止方法有:
(1) 在相当于空腔铸造工艺放芯子的EPS 模样部位预先放置一定数量、一定尺寸的EPS 垫圈, 以减少型砂的有效厚度。
(2) 在相当于空腔铸造工艺放芯子的EPS 模样部位充填预先配制好的有良好溃散性的型砂造型。
2110 增碳和增氢
用EPS 模样生产的铸件必然导致铸件表面增碳和增氧。然而用EPMMA 模样生产的铸件表面增碳的倾向要少得多。国内外的研究结果表明, 用EPS 模样生产的铸件其表面增碳是因EPS 模样热裂、分解、气化过程中残留下
的碳的影响所致。当铸造合金中碳含量大于115%~210%时铸件中几乎检查不出增碳现
象。当合金中含有一定量的Cr 、Mo 、V 、T i 等元素时, 由于这种元素阻碍了碳、氢在前沿中的扩散, 铸件表面增碳不太严重。但低碳钢和超低碳钢铸件表面增碳现象较严重, 铸件表面增碳值高达0110%~0. 15%、渗碳层厚度高达118~2. 8mm 。当铸件表面增碳严重时, 其表面局部出现/黑斑0现象。防止增碳的有效措施是:¹使浇注过程中产生的EPS 模样气体顺利地排出; º有效地减少EPS 模样分解产物(碳) 与钢水接触时间和反应时间; »增加铸型内的还原性气氛, 如优化设计浇注系统, 加快钢水的充型速度, 增加型砂和涂层的透气性, 增加铸型的负压, 模样材料由EPS 改用EPMMA 。
3 结束语
实型铸造工艺常见的铸造缺陷绝大多数与EPS 模样的物化性能、所用涂料的性质、铸型用型砂、所采用的浇注系统及工艺参数等因素有关。只要在如下几点上严格加以控制, 采用EPC 工艺将会得到精美的铸件:
(1) EPS 模样热分解时所产生的气体要通过涂层向外排出, 因此, 选择好涂料和涂层厚度是十分重要的。
(2) 控制好EPS 模样的成型技术和控制好EPS 模样的尺寸稳定性及物化性质的稳定性, 是实施EPC 工艺的关键, 也是防止各种铸造缺陷的前提。
(3) 优化设计EPC 铸造工艺参数(浇冒系统和工艺参数的确定及控制、负压参数、振动造型工艺参数、型砂性能等) 是EPC 工艺的又一个技术关键, 也是获得优良铸件的诀窍。
(收稿日期:1997-04-25)
#44#水利电力机械1998年2月
#制造工艺#
实型铸造工艺常见的铸造缺陷及防止方法
T he Common Casting Defects and Preventive M et hods of the Cavityless Casting Technology
机械工业部沈阳铸造研究所 朴东学 齐笑冰 李慧玉 (110021) 大庆油田总机厂 高 杰 (163713)
[摘 要] 针对实型铸造常发生的诸多铸造缺陷, 如铸件变形、铸型塌箱、浇不足、机械粘砂、热粘砂、残渣、气孔、夹渣、热裂、增碳和增氢等, 分别提出了其产生原因和防止方法。着重指出, 这些缺陷大多与EPS 模样的物化性能、涂料性质、型砂及浇注工艺参数有关, 只要选择好涂料和涂层厚度, 控制好EPC 模样的成型, 并优化设计铸造工艺参数, 将会获得优良精美的铸件产品。[关键词] 实型铸造 铸造缺陷 EPS 模样 EPC 工艺中图分类号:T G245:T G24916
1 前 言
由美国人H #F #Shroger 于1956年试验成功、1958年4月15日以专利形式公布于世的实型铸造工艺是铸造行业中的新技术, 其技术经济指标先进, 社会效益显著, 为我国冶铸工作者所关注, 正推动我国铸造技术的进步和发展。然而, 实型铸造工艺也不是万能的, 生产中仍存在许多急待解决的实际问题。本文将针对在实型铸造工艺科学研究和生产实践中遇到过的铸造缺陷及防止方法进行分析和探讨。
要防止这种变形, 首先要严格控制EPS 发泡倍率、熟化时间、珠粒密度等物化性质, 其次根据铸件结构, 固定好EPS 模样的成型及使用模样的时间。
(3) 充填型砂时(干砂) , 因型砂重量对EPS 模样的不均衡作用, 引起模样的变形。故充填型砂要均匀, 忌局部充填型砂的操作。
(4) 振动造型时, 因型砂充填密度不均匀, 造成EPS 模样的变形。防止方法是改进三维振动台, 严格调节振动参数(振动频率、振幅、振动加速度、振动时间等) , 使EPS 模样各部位型砂密度均匀。212 铸型塌箱
铸型塌箱对实型铸造工艺来讲是个致命的
缺陷, 是绝对不允许的。产生这种缺陷的原因可归纳如下几点:
(1) 浇注过程中金属液的浮力使EPS 模样上部的型砂上移, 造成铸型塌箱。防止方法是:¹增加EPS 模样上部型砂充填密度, 增加上部铸型吃砂量; º在铸型上部放置压铁块; »尽量不设或少设出气冒口和溢流冒口。
(2) 当浇注过程中EPS 模样的热解、气化产生的气体压力超过铸型强度时, 将使EPS 模:2 常见的实型铸造工艺的铸造缺陷及
防止方法
211 铸件变形
主要表现为铸件整体变形, 产生这种缺陷的原因归纳如下:
(1)在EPS 模样挂涂料和烘干涂层时, 因涂料重量作用, 使EPS 模样变形。对策是要充分考虑到涂料重量的影响, 在涂料重量易集中或涂料重量较轻的EPS 模样部位, 使用专用工具予以支护, 以减轻涂料重量对EPS 模样的影响, 防止整体变形。
(
砂的粒度(增强透气性) , 以加快气体的排出; º在无负压条件下浇注时, 要减少模样的数量(重
量) , 以减少发气量; »增加涂料的透气性; ¼在工艺条件允许的条件下减少涂层厚度; ½增加铸型的真空度(负压) 。
(3) 在浇注过程中, EPS 模样的气化和液体金属的充型速度不平衡时, 铸型局部会发生空洞, 将造成铸型塌箱(厚壁铸件采用较小内浇口时易产生此缺陷) ; 防止方法有:¹增加浇注系统的面积, 尤其是内浇口; º改顶注铸造工艺为低注或侧注工艺。
(4)在浇注过程中由EPS 模样的热解、分解、气化而产生气体, 在铸型中不能畅通地排出, 使最后充型部位的EPS 模样与液体金属置换位置的速度减慢, 从而造成此部位产生空洞。防止方法有:¹增加涂料和型砂的透气性; º增加铸型真空度(负压) 。213 浇不足
铸件浇不足, 形成铸件缺肉。缺肉部位多数在铸型模样上部铁水最后充型处。因铁水的张力作用其形状多为丸状。产生这种缺陷的原因归纳如下:
(1) 液体金属浇注温度低。改进的方法有:¹提高浇注温度; º增加铸型真空度(负压) ; »改用透气性好的涂料; ¼提高EPS 模样的发泡倍率, 降低其密度; ½壁厚处开设内浇口; ¾由低注改为侧注或顶注。
(2) 由于EPS 模样气化而产生的气体压力的影响, 降低了液体金属的充型速度, 造成铸件产生浇不足缺陷。防止方法有:¹增加铸型真空度(负压) ; º改用透气性好的涂料; »减少EPS 模样密度; ¼增加型砂粒度; ½增加浇注系统的截面积。
214 机械粘砂(渗金属)
铸件表面形成由型砂和渗入铸型表面型砂内的金属组成的一层很硬的壳状粘砂层, 严重影响铸件表面质量。这种缺陷在一般砂型工艺中难以见到, 但在实型铸造工艺中却常见。防止这种缺陷的方法有:
((2) 减少涂层透气性, 增加涂层厚度。(3) 降低铸型的真空度(负压) 。215 热粘砂
热粘砂是指铸件表面混夹砂子。这种铸造缺陷在黑色金属铸件中常见到, 而在有色金属铸件中难以见到。在热粘砂的组成中, 多数有涂料的夹杂(渣) 物。产生这种缺陷的原因及防止方法归纳如下:
(1) 涂层中存在过多针孔所致。防止方法有:¹混制涂料时, 要防止空气的卷入; º加入消泡剂, 使涂料中卷入的空气充分排出; »造型前严格检查EPS 模样涂层是否存在针孔。(2) 涂层在烘干和振动造型时, 产生龟裂和裂纹所致。防止方法有:¹将铸件棱角处改为圆角; º减少涂层厚度; »改善振动造型条件; ¼充填型砂要认真, 以防型砂直接冲击EPS 模样涂层; ½涂层的有效厚度不宜一次涂挂获得, 应采用二次涂挂, 以获得最佳涂层厚度。216 残渣
在铸件表面上呈现皱皮状缺陷。其主要组成物为EPS 模样残留物, 多数集中在铸件表面某处(EPS 模样上部, 平面处) , 呈光亮的皱皮状。产生这种缺陷的主要原因归纳如下:
(1) EPS 模样分解的气体向外逸出过慢。(2) 浇注金属的浇注温度过低。(3) 铸型真空度(负压) 过低。
(4) EPS 模样分解和消失过慢。
防止方法有:¹提高涂层的透气性和型砂的透气性; º提高浇注金属的浇注温度; »增加铸型真空度(负压) ; ¼提高EPS 发泡倍率, 减少EPS 模样密度; ½增加浇注系统的面积; ¾由低注改为侧注; ¿由EPS 改用EPMMA 模样材料; À铸型高处开设暗冒口; Á使用易气化的EPS 模样粘结剂。
217 气孔
气孔常出现在铸件内部和铸件表面上, 其产生的主要原因是:
(1) EPS 模样被液体金属包围。
(2) EPS 模样气化而产生的气体被液体金
防止方法有:¹顶注工艺改为低注或侧注工艺; º不宜开设许多内浇口; »适当控制铸型真空度(负压) ; ¼增加涂层和型砂的透气性; ½提高EPS 的发泡倍率, 减少EPS 模样的密度; ¾EPS 模样和涂层要充分烘干, 使用前要检查, 不得使用未经烘干的模样; ¿型砂要使用干燥的干砂, 不得使用含水份或潮湿的型砂。218 夹渣
产生夹渣缺陷的主要原因有:
(1) 浇注过程中EPS 模样表面的涂层被铁水流卷入到铸件上。
(2) 液体金属中的夹渣被铁水流卷入到铸型内。
防止方法有:¹提高涂层的强度。º优化设计、精心实施EPC 铸造工艺和浇注工艺, 使铁水充型均匀、稳定。»浇注系统连接部位的涂料要挂好。¼浇注中, EPS 模样消失要干净。½净化铁水。¾浇注系统中使用过滤片或过滤网。
219 热裂
热裂缺陷常发生在相当于空腔铸造工艺时放芯子处的铸件表面上, 多数呈现龟裂状。其主要原因是该部位的型砂充填密度过高。防止方法有:
(1) 在相当于空腔铸造工艺放芯子的EPS 模样部位预先放置一定数量、一定尺寸的EPS 垫圈, 以减少型砂的有效厚度。
(2) 在相当于空腔铸造工艺放芯子的EPS 模样部位充填预先配制好的有良好溃散性的型砂造型。
2110 增碳和增氢
用EPS 模样生产的铸件必然导致铸件表面增碳和增氧。然而用EPMMA 模样生产的铸件表面增碳的倾向要少得多。国内外的研究结果表明, 用EPS 模样生产的铸件其表面增碳是因EPS 模样热裂、分解、气化过程中残留下
的碳的影响所致。当铸造合金中碳含量大于115%~210%时铸件中几乎检查不出增碳现
象。当合金中含有一定量的Cr 、Mo 、V 、T i 等元素时, 由于这种元素阻碍了碳、氢在前沿中的扩散, 铸件表面增碳不太严重。但低碳钢和超低碳钢铸件表面增碳现象较严重, 铸件表面增碳值高达0110%~0. 15%、渗碳层厚度高达118~2. 8mm 。当铸件表面增碳严重时, 其表面局部出现/黑斑0现象。防止增碳的有效措施是:¹使浇注过程中产生的EPS 模样气体顺利地排出; º有效地减少EPS 模样分解产物(碳) 与钢水接触时间和反应时间; »增加铸型内的还原性气氛, 如优化设计浇注系统, 加快钢水的充型速度, 增加型砂和涂层的透气性, 增加铸型的负压, 模样材料由EPS 改用EPMMA 。
3 结束语
实型铸造工艺常见的铸造缺陷绝大多数与EPS 模样的物化性能、所用涂料的性质、铸型用型砂、所采用的浇注系统及工艺参数等因素有关。只要在如下几点上严格加以控制, 采用EPC 工艺将会得到精美的铸件:
(1) EPS 模样热分解时所产生的气体要通过涂层向外排出, 因此, 选择好涂料和涂层厚度是十分重要的。
(2) 控制好EPS 模样的成型技术和控制好EPS 模样的尺寸稳定性及物化性质的稳定性, 是实施EPC 工艺的关键, 也是防止各种铸造缺陷的前提。
(3) 优化设计EPC 铸造工艺参数(浇冒系统和工艺参数的确定及控制、负压参数、振动造型工艺参数、型砂性能等) 是EPC 工艺的又一个技术关键, 也是获得优良铸件的诀窍。
(收稿日期:1997-04-25)