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        鑄鋼件的氣孔產生的原因及解決文案

        時間:2024-02-28 作者:益商貝貝超管理員 文章來源:本站 點擊:152次

        氣孔是鑄造生產中常見的缺陷之一,鑄鋼件的生產也不例外。那么鋼液中的氣體從何而來呢?普遍認為,爐料本身及其表面上的銹和油污、熔煉用的鐵合金和爐渣的組成物、耐火材料、空氣、所用工具、鑄型、鑄型涂料等都可能是鋼液中的氣體來源。這些氣體來源,使鋼液中溶解了大量的氧、氫和氮。這些氣體的溶解度在鋼液凝固時突然降低,使超過固溶優良的氣體從鋼液中析出并可能在鑄鋼件中形成氣孔。

        1.氣孔的種類和特征

        氣孔或大或小,類型不一,其產生的原因也不盡一樣,通常按氣體的來源不同可以把氣孔分為三類,即侵入性氣孔、析出性氣孔和反應性氣孔。侵入性氣孔的氣體來自于鑄型,析出性氣孔的氣體來自于鋼液,反應性氣孔則是由鋼液和鑄型接處發生化學反應后生成的氣體形成的。氣孔的種類不同,在鑄件上表現出的特征也有確定的差異。

        1)侵入性氣孔一般體積較大,多為圓形、橢圓形及梨形。呈梨形時,梨形優良即為氣體侵入部位。在氣體比較多的情況下也可能成為蜂窩狀,這種氣孔表面光滑,有光澤或有輕微氧化色。侵入性氣孔多在鑄件的上表面,靠近砂型和型芯的表面處,單個或局部出現,有時侵入的氣泡也會隨鋼液流動或上浮,使氣孔位置不定,所以也可能在鑄件其他位置處發現氣孔。

        2)析出性氣孔多為密集均勻的小圓球狀或裂紋狀多角形,有時為斷續的裂紋形態或混合形,常常與縮松共存。在鋼中氣體較少時,析出性氣孔呈裂紋狀,在氣體含量較高時,呈圓球狀,析出性氣孔常在鑄件斷面處大面積均勻分布,在冒口附近、鑄件死角及之后凝固處居多。由于這種氣孔是由鋼液中析出的氣體產生的,所以如果某一鑄件出現這種氣孔時,用同一爐或同一包鋼液澆注的鑄件,大多數也都會有這種氣孔。

        3)反應性氣孔。鋼液與鑄型之間、鋼液與渣之間或鋼液中合金元素之間發生化學反應

        產生的氣體使鑄件產生的氣孔,統稱為反應性氣孔。鋼液與鑄型之間發生化學反應生成的氣孔多位于鑄件的表皮下,呈針狀或蝌蚪狀,直徑的1~3mm,尺度1~10mm不等,垂直于鑄件表面。反應性氣孔表面光滑,一般呈白色或藍黑色,也稱針孔,在清砂后會有少數暴露出來,而大多數氣孔在熱處理后去氧化皮或機加工后才會暴露出來。鋼液與渣之間反應生成的氣孔,一個明顯的特點是氣孔和氧化性熔渣依附在一起,所以也把它稱為渣氣孔。鋼液中合金元素之間反應生成的氣孔,如碳氧反應氣孔,在鑄件上多為蜂窩狀并且在鄰近氣泡的周圍會有脫碳層。

        2.侵入性氣孔產生的原因與防止方法

        鋼液在澆注時,鑄型被急劇地加熱,型腔表面層會達到接近鋼液的溫度,砂型中的水分將速度適宜地蒸發,某些(以實際報告為主)物也會燃燒和揮發掉,這樣就形成大量的氣體。這些氣體隨著溫度的升高和氣體量的增加,其壓力會猛烈地增大,其中一部分通過砂型逸出,而另一部分,在壓力大于鋼液表面層阻力時就會進入尚未凝固的鑄件中,形成梨形的氣孔。如果此氣體進入鑄件時,鑄件尚處于液態,則該氣體形成的氣泡,就有可能隨著鋼液的流動而飄浮到鑄件的其他位置,形成圓形氣孔。如果鋼液在鑄型中凝固緩慢,氣泡也有可能從鋼液中逸出,此時鑄件不會出現氣孔。

        從上面侵入性氣孔的形成過程可以看出,侵入性氣孔的產生是由于砂型中水分和某些(以實際報告為主)物的存在,因此盡量減少砂型中的水分,采用發氣量小的粘結劑、涂料和減少其使用量來達到控制發氣量的目的,在生產中使用透氣性好的型(芯)砂,并注意春實適當。采用樹脂砂時盡量不用含氮高的樹脂,如高氮的呋喃樹脂型砂,因為氮也能形成針孔。潮模(濕型)生產時,起模時要少刷水,以控制水分。干型和表干型要保護烘干質量,烘干后不要長時間停放(因烘干后的砂型會重新吸潮),不應使用潮濕生銹的冷鐵和芯撐。有冷鐵的砂型應盡快澆注,在潮濕的雨季澆注前應適當烘烤鑄型。此外在鑄件表面上容易形成窩氣的死角處設出氣冒口,也是很好的辦法。

        在減少發氣量的同時也要注意控制砂型的發氣速度和時間,如果在鑄件已凝固成一層硬殼并能抵御氣體侵入時再發氣,也就不會出現氣孔了。

        在澆注時應注意防止空氣的機械裹入,保護澆包流出的液流筆直光滑,降低澆注高度(這樣也會減少二次氧化)并使直澆道充滿,同時應正確開設澆注系統以防止澆注時產生紊流而裹入空氣。

        從另一角度講,為使侵入鋼液中的氣體能及時排出,可適當提高鋼液的澆注溫度,在提高鋼液流動性的同時,可以延緩凝固時間,利于氣泡排出。當然,在采用這一措施時要注意防止其他鑄造缺陷的發生。

        3.析出性氣孔產生的原因和防止辦法

        析出性氣孔的氣體來源于鋼液,鋼液中氣體的溶解度隨著溫度的升高而升高,隨著溫度的降低而降低,就是說溫度高的鋼液,吸收溶解的氣體多,溫度低時,鋼液中溶解的氣體就會重新析出來。在鑄造生產的條件下,鋼液凝固時析出的氣體,常以分子狀態的氣泡形式從鋼液中上浮排出。如析出氣體在鋼液凝固成一個堅實的外殼前不能上浮排出,就會滯留在鑄件內形成析出氣孔。如果由于枝晶分叉的阻礙這些氣體不能上浮時,這些氣體反而會阻礙鋼液對枝晶間的補縮,這時氣孔不再單獨存在,而是與縮松共存,稱為氣縮孔。

        由于氣體源于鋼液,所以凡是能減少鋼液氣體含量的方法都有利于防止析出性氣孔的發生。生產中,常用防止析出性氣孔的措施如下。對電弧爐煉鋼要求爐料應干燥,無油污,少銹蝕。感應電爐要比電弧爐嚴格,較重要的鋼種應吹砂處理,同時要有清渣操作防止吸氣。真空爐的爐料有時要經拋丸、滾筒清理,大的限度地減少爐料表面的氧化皮和不潔物。電弧爐熔煉時,要注意充分利用氧化期除氣和還原期脫氧。出鋼口、澆包應充分干燥防止鋼液吸氣,控制澆注溫度和縮短鋼液與空氣的接觸時間,減少和避免鋼液二次氧化,把氣體含量降至較低,采用爐外真空除氣、惰性氣體保護澆注以及真空澆注等措施,都能減少析出性氣孔在鑄件上的發生。

        4.反應性氣孔產生的原因和防止方法

        反應性氣孔的氣體來源于鋼液與鑄型接觸后,發生化學反應產生氣體。目前對氣孔形成機理的認識還不統一,主要有氫氣說、一氧化碳說、氮氣泡說等。

        防止析出性氣孔的措施對防止反應性氣孔都效果優良。同時,造型方面應減少鑄型中的水分,增加砂型的排氣效果。


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