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球墨铸铁常见缺陷分析
作者:张自龙    发布于:2014-07-05 10:05:09    文字:【】【】【
    我国铸铁发展至今有三千多年的历史,但是国内企业技术和管理参差不齐,还存在工艺技术落后、管理粗放,很多铸造企业生产不了高端的铸铁,一方面受技术研究的限制,另一方面受行业之间的相互恶性竞争。很多企业为了降低成本就降低了质量标准,不能从现场管理规范化、工艺设计科学化、生产设备自动化等方面迈进。铸造业的兴起造成铸造人才的缺乏,铸造企业出现铸造缺陷很多,但是没有专业的技术人员做原因分析,往往只会寻找原材料供应商的问题,当然铸造材料的好坏直接影响铸件的质量。铸造业存在着:铸造原辅材料多、工序多、工种多等特点。为此出现的问题较多,下面就铸造常见的缺陷做一简单分析。
    一、球化不良
    形成球化不良的主要原因是球化反应时中间合金数量不足所造成。(1)球化剂加入量少,(2)加入量合适,但是合金氧化镁超标造成残镁不足,(3)球化剂加入量够,但是铁液杂质含量超标(尤其含硫量高)(4)球化剂加入铁水包时压的不够严实造成烧损过大,(5)处理温度过高(部分厂家因为浇铸时间过长为此就提高处理温度)造成烧损过大,合金元素残余量不足,(6)铁水包设计不合理铁水直接浇铸到合金上造成剧烈反应烧损过大。
    由于以上因素造成球化不良,球化不良表现在铸件断面上出现芝麻点的黑斑,与接近铸件中心,黑色斑点越密集,球化不良越严重斑点数量和直径越大越多。金相观察为集中分布的片状石墨,极少量的球状石墨,在厚片状石墨周围出现铁素体组织,这种组织严重影响铸铁力学性能。
    如何防止球化不良,应该从以下方面去控制(1)选择合适的球化剂(很多企业对球化剂的选择认为含量越高越好,作为球化剂生产厂家都会推荐高牌号的产品比如:5-8、7-8等,不过到底是不是标准的5-8或者7-8???就目前铸造原材料质量的不断提升和技术的进步,根本就不需要这么高牌号的球化剂,球化剂的选择应该根据:炉型、铸件大小、铸件牌号、硫含量等方面选择使用那种牌号球化剂。一般中频炉,根据铸件大小和铁液质量使用2-5或2-7就可以满足。冲天炉3-8,大件5-8,因为很多铸造企业不做合金入场化验都是依据供应商指标使用)(2)做好球化处理包的设计,(3)装球化剂一定要严实(先装球化剂再装孕育剂用铁锤夯实在覆盖铁销或者专用覆盖合金)(4)严格控制处理温度(温度一般控制在1520-1540度,如果浇铸时间长可以稍微调高加入量并且加强孕育就可以)(5)严格控制铁液的硫含量,(6)球化剂加入量合理控制(一般控制在1.2-1.4%)
    二、石墨漂浮
     产生石墨漂浮的主要原因是碳硅当量过高(一般控制在4.3-4.5%)当碳硅当量超过共晶成分,因浇注温度高,铁液在凝固前及析出石墨,,若液态停留一段时间,此时石墨长大并且聚集,由于石墨的密度轻,聚集石墨容易上浮,从而在铸件表面产生石墨漂浮。
    石墨漂浮常出现于铸件上表面、试块边缘及冒口底部,在断口上表面出现一层明显黑斑。其石墨聚集,呈开花状,有的完全爆裂,使材质的强韧性指标明显下降。
    为了减少这种现象的出现应从以下方面去控制(1)球化处理时应确保球化合金的加入量,使球化处理后的铁液中的残余镁,稀土含量控制在一定范围内,这样可以达到较好的球化效果,减少石墨漂浮,(一般控制:Mg残:0.03-0.06%,Re残:0.02-0.04%)(2)加大冷却速度,尤其厚大断面铸件,采用外冷铁组成的半金属型,以提高冷却速度,减少铸件凝固时间。(3)严格控制铁液化学成分,对于一般球墨铸铁件,碳应不超过3.9%,硅不超过2.8%,厚大断面碳硅量还要低一些。普通球墨铸铁铁液的碳当量不能大于4.5%,对于厚大断面不能大于4.2%。(4)浇铸温度不能过高控制在1520-1540度。
    三、缩孔缩松
缩孔及缩松是球墨铸铁最常见的铸造缺陷之一。由于球墨铸铁呈“粥状凝固”特性,在浇铸后的一个较长时间内,是在一个强度低的塑性薄壳内进行凝固的,在凝固时,共晶的石墨化膨胀很大,伴随产生的共晶膨胀也很大,再加上铁液的静压力的作用,就很容易使铸件壁的表壳向外推移,使铸件外形扩大,因而产生很大的缩孔。除缩孔外,球墨铸铁形成的缩松的倾向也较大。缩孔及缩松的产生因素(1)阻碍石墨化的合金元素都会造成缩孔和缩松倾向。锰过高容易产生缩松。(2)残余稀土量过高会恶化石墨形状,降低球化率,因此稀土的残余量不宜过高,而镁是一种强烈稳定碳化物的元素,阻碍石墨化。由此可见,残余稀土量和残镁量会增加球墨铸铁的白口倾向,使石墨膨胀减少,所以含量高时就会增加缩松、缩孔倾向。(3)浇铸温度高,虽然有利顺序凝固,缩松、缩孔于补缩,但是太高了就会增加铁液的收缩量,对消除缩孔、缩松不利,要根据薄厚壁件控制温度。(4)铁液中磷含量超标。(5)浇铸系统和冒口和冷铁设置不当,不能保证金属铁液顺序凝固,容易导致缩松、缩孔产生。(6)砂型坚实度不够或者不均匀,以致浇铸后在金属静压力或者膨胀力的作用下,产生型腔扩大的现象,致使原来的铁水不够补缩,导致产生缩松、缩孔。
     缩孔、缩松的控制应从以下几个方面:(1)浇铸温度的合理控制,一般控制在1320-1350度。厚大断面可以相应低一些。(2)砂箱设计合理,型砂必须坚实。(3)浇道和冒口设计要适当,要遵循顺序凝固。(4)控制好碳当量,尽量降低磷含量和镁、稀土的残余量。
    四、皮下气孔
皮下气孔出现在铸件表面0.5-2MM处,呈细小的圆形或椭圆形孔洞形式,直径一般为1-2MM左右其内表面光洁有时带有石墨薄膜,因此无金属光泽。有些容易发现有些进行加工后才能发现,出现皮下气孔的条件是有一定数量的镁,还有铸件表面有一定的水分。铁液中的镁或MgS与砂型表面的水分起作用就在铸件表面产生大量氢气和硫化氢气体。这些气体在界面上形成很大的压力,造成了皮下气孔。造成皮下气孔的原因很多,据相关资料统计造成皮下气孔的因素有一百多种,当然这个数据不切合实际,有些因素是日常工作做好就能确保的,根据本人经验分析造成皮下气孔的主要原因有以下方面(1)铝含量超标,因为铁液中的铝是产出氢气的重要原因。(2)型砂水分超标。(3)残余稀土含量超标,(在最近接触的一家生产厂家,生产QT450,中频炉生产,出现皮下气孔,为此对此原因进行分析时发现使用球化剂为7-8。并且加入量在1.7%。因为稀土含量过高会增加铁液的氧化物含量,使气泡外来核心增加,皮下气孔率增加。)(4)型砂的透气性差。(5)残余镁含量过高。(6)硫含量超标。(7)浇铸温度过高会造成氧化物产生,而产生过长释放大量气体也是造成皮下气孔的原因之一。(8)冒口设计不当大量气体不能释放也会造成皮下气孔。(9)浇铸速度过快。
    为了减少这类现象出现应该从以下方面控制(1)控制好铁水五大元素含量尤其镁、稀土和硫,(2)型砂和合金等原辅材料严格控制水分占有量。(3)控制好浇铸温度。(4)合理设计冒口。(5)采用涂料、覆料,将铸型和铁液分开,减少产生气体。
脚注信息
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