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關于鑄件“皮下氣孔”的所有問題分析

发布日期:2019-09-21 内容来源于:/

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1、皮下氣孔成因分析


皮下氣孔是濕型球墨鑄鐵件常見的鑄造缺陷,所以說它帶有流行性缺陷,且對薄壁鑄件特別敏感,原因是薄壁件凝固速度快,氣體來不及形成氣泡,厚壁件凝固速度慢,氣體形成氣泡後有足夠的時間上浮排出,不會滯留在鑄件表層。影響皮下氣孔形成的主要因素有:

殘余鎂量和殘余稀土量,當鎂殘留量>0.06%時,皮下氣孔顯著增加。統計數據顯示,濕型球墨鑄鐵件ωMg殘留=0.05%時,皮下氣孔缺陷率爲7%,當ωMg殘留=0.065%時,皮下氣孔缺陷率劇增,高達33%。殘留镁量越高,形成皮下气孔的倾向性越大。稀土元素会增大铁液的表面张力,能有效防止皮下气孔产生倾向,以ωRE殘留=0.025%左右爲佳。

鐵液中硫含量高,容易引起皮下氣孔,含硫量越高,情況就越嚴重。這是因爲除了有氫致皮下氣孔外,還可能由于H2S氣體而使缺陷情況更爲嚴重,球化處理後會産生氧化物和硫化物(包括MgS)渣滓,若扒渣不淨MgS隨鐵液流進型腔,上浮至金屬一鑄型界面的MgS同界面水氣發生化學反應,反應産物H2S氣體也會形成皮下氣孔。

鋁和钛的影響,鐵液中Al>0.03%时,皮下气孔增加,若殘留铝和殘留钛兼有时,则皮下气孔急骤增加,生产实践证明:球墨铸铁件Al<0.03%時,一般不會産生皮下氣孔,但如果同時Ti >0.01%,則會促使鑄件産生皮下氣孔。

鑄型水分>5%時,濕型球墨鑄鐵件易出現皮下氣孔。因爲鐵液與鑄型界面上的水分存在化學反應,産生H2H2S氣體,在鑄件快速凝固時,來不及上浮,就停留在靠近鑄件表面上,形成皮下氣孔。

爐料有水、球化劑和孕育劑吸潮及鐵液中含氫量增加均會導致皮下氣孔較多。

熔渣過多和鐵液氧化夾雜是産生皮下氣孔的重要原因(渣爲觸媒導致皮下氣孔産生)

鐵水出爐溫度低,或澆注溫度低,易形成皮下氣孔。

澆注速度慢,鐵液易氧化、降溫、進渣,易形成皮下氣孔。

上述諸因素單獨出現時,皮下氣孔雖有可能産生,但不會十分嚴重,如果兒種因素同時肴加一起作用,則皮下氣孔傾向大大增加。根據我公司鑄造的生産實踐,逐一對上述因素進行對照、分析、排查,最後確定其中三種因素的影響較爲嚴重。硫對濕型球墨鑄鐵件皮下氣孔的影響機理,目前尚無系統確切的理論依據,但原鐵液硫含量高易産生皮下氣孔,卻是不爭的事實,原因是高硫鐵液易形成較多的硫化物夾雜物(MnSFeSMeS),引起渣産生皮下氣孔,另外,熔煉與處理過程中形成氧化物熔渣(FeOMnOAlOSiO),铁液与型砂表面水分发生反应生成的氧化物熔渣等,都可能成为气体形核的衬底,吸附气体分子聚集成气泡,铁液中殘留镁量过高,镁在脱硫、脱氧时产生的氧化物和硫化物越多,球墨铸铁的皮下气孔会急剧增加,将浇注温度提高到1380以上,可以有效地防止皮下氣孔,實質上鐵液溫度越高,夾雜物越少,其原因是:一方面氧化反應在高溫下不易進行;另一方面高溫下夾雜物易于上升排除。

另外,涉及到鐵液的化學成分、熔煉溫度和純淨度,這是鐵液冶金質量的3個主要指標。化學成分控制得越嚴格,有害元素硫含量越低;鐵液溫度越高,夾雜物越少;鐵液的冶金質量越高,則産生皮下氣孔的可能性越小。所以,提高鐵液冶金質量,是生産濕型球墨鑄鐵件中防止皮下氣孔的關鍵控制環節。

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2、防止皮下氣孔的工藝措施

防止皮下氣孔的工藝措施主要有:

①脫硫處理。所謂脫硫,就是盡量將鐵液中的硫向爐渣中轉移,並隨之排除,鐵液中FeS量越少,脫硫效率也就越高,適當提高脫硫渣的堿度與鐵液溫度、減少爐渣中氧化亞鐵的含量,有利于促進脫硫,因此,加大爐渣量,提高熔渣的流動性、加強攪拌、提高鐵液與熔渣溫度都有利于脫硫的充分進行,及時扒渣,防止回硫。采用爐外脫硫處理的方法,利用由碳化鈣和氧化鈣組成的鑄造專用工業電石作爲脫硫劑進行脫硫處理,加入量約占鐵液質量的0.5%~1.5%

②提高鐵液純淨度爲了提高鐵液的純淨度,減少熔渣。曾采用在小澆包內加集渣劑二次除渣的措施,皮下氣孔的數量(出現個數)有所減少,但未得到根除。在鑄型表面抖敷冰晶石粉可以消除皮下氣孔,但使用情況表明並不理想。鑄件清理後,表面仍會出現一些小的渣孔,有時與皮下氣孔轉變成的小凹坑極爲相似,表面質量仍不符合産品質量要求,這可能是冰晶石與鐵液中的夾雜物反應(主要指固態渣)生成液態溶渣,仍然滯留在鑄件表面無法排除的原因,因此,對球墨鑄鐵件在設計澆注系統時要盡可能加設過濾網和擋渣裝置。

③調整焦鐵比,優化熔煉工藝。提高沖天爐出鐵溫度,有利于消除和減輕遺傳性和提高鑄件品質,因此可以說,沖天爐出鐵溫度的高低,反映了現代鑄鐵的生産水平,爐前測溫達到1470℃以上,同時采用脫硫、集渣措施,特別是在加商品集渣劑時,將定量的冰晶石粉(氟鋁酸鈉Na3AlP6,熔點994)作爲熔劑一並加在鐵液表面,並適當攪拌靜置,提高了集渣效果,從而防止了界面鐵液層的吸氫,可以有效地抑制球墨鑄鐵件皮下氣孔的産生,效果顯著,工藝出品率也明顯提高。

④對化學成分的控制。化學成分雖不作爲驗收依據,但它是生産高韌性鑄態鐵素體球墨鑄鐵件的前提,嚴格控制和計算爐料配比,控制終矽量(Si<3.0%),在保證鐵素體的條件下盡量降低矽量。另外,含錳量不宜高,過高(Mn>0.65%)時,也會造成渣氣孔,控制Mn<0.30%,可避免鑄態下形成滲碳體。同時使用低硫、低磷的純淨爐料,嚴格限制白口化和反球化元素含量,也是必須遵循的原則。

⑤提高鑄型的透氣性,有利于減輕皮下氣孔。

⑥采用5t中頻無芯感應電爐熔煉球墨鑄鐵鐵液,皮下氣孔得以控制。電爐熔煉時成分易于控制,鐵液溫度可以升高到1530~1550℃出鐵。由于不使用熔劑,保證了鐵液的純淨度,電爐不用焦炭(特別是高硫焦炭),不會增硫,鐵液的冶金質量大大提高和穩定,爲高質量球墨鑄鐵件的生産創造了硬件設施。

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3、結語

熔炼球墨铸铁铁液,在鑄型水分、铁液中的含气量、球化元素殘留量及其他有害元素都得到有效控制的情况下,同时提高脱硫、除渣效果,保证铁液有较高的纯净度,并辅以较高的熔炼处理和浇注温度,提高铁液的冶金质量是防止皮下气孔的唯一有效措施。


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