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球墨鑄鐵常見缺陷分析
作者:張自龍    發布于:2014-07-05 18:05:09    文字:【】【】【
    我國鑄鐵發展至今有三千多年的歷史,但是國內企業技術和管理參差不齊,還存在工藝技術落后、管理粗放,很多鑄造企業生產不了高端的鑄鐵,一方面受技術研究的限制,另一方面受行業之間的相互惡性競爭。很多企業為了降低成本就降低了質量標準,不能從現場管理規范化、工藝設計科學化、生產設備自動化等方面邁進。鑄造業的興起造成鑄造人才的缺乏,鑄造企業出現鑄造缺陷很多,但是沒有專業的技術人員做原因分析,往往只會尋找原材料供應商的問題,當然鑄造材料的好壞直接影響鑄件的質量。鑄造業存在著:鑄造原輔材料多、工序多、工種多等特點。為此出現的問題較多,下面就鑄造常見的缺陷做一簡單分析。
    一、球化不良
    形成球化不良的主要原因是球化反應時中間合金數量不足所造成。(1)球化劑加入量少,(2)加入量合適,但是合金氧化鎂超標造成殘鎂不足,(3)球化劑加入量夠,但是鐵液雜質含量超標(尤其含硫量高)(4)球化劑加入鐵水包時壓的不夠嚴實造成燒損過大,(5)處理溫度過高(部分廠家因為澆鑄時間過長為此就提高處理溫度)造成燒損過大,合金元素殘余量不足,(6)鐵水包設計不合理鐵水直接澆鑄到合金上造成劇烈反應燒損過大。
    由于以上因素造成球化不良,球化不良表現在鑄件斷面上出現芝麻點的黑斑,與接近鑄件中心,黑色斑點越密集,球化不良越嚴重斑點數量和直徑越大越多。金相觀察為集中分布的片狀石墨,極少量的球狀石墨,在厚片狀石墨周圍出現鐵素體組織,這種組織嚴重影響鑄鐵力學性能。
    如何防止球化不良,應該從以下方面去控制(1)選擇合適的球化劑(很多企業對球化劑的選擇認為含量越高越好,作為球化劑生產廠家都會推薦高牌號的產品比如:5-8、7-8等,不過到底是不是標準的5-8或者7-8???就目前鑄造原材料質量的不斷提升和技術的進步,根本就不需要這么高牌號的球化劑,球化劑的選擇應該根據:爐型、鑄件大小、鑄件牌號、硫含量等方面選擇使用那種牌號球化劑。一般中頻爐,根據鑄件大小和鐵液質量使用2-5或2-7就可以滿足。沖天爐3-8,大件5-8,因為很多鑄造企業不做合金入場化驗都是依據供應商指標使用)(2)做好球化處理包的設計,(3)裝球化劑一定要嚴實(先裝球化劑再裝孕育劑用鐵錘夯實在覆蓋鐵銷或者專用覆蓋合金)(4)嚴格控制處理溫度(溫度一般控制在1520-1540度,如果澆鑄時間長可以稍微調高加入量并且加強孕育就可以)(5)嚴格控制鐵液的硫含量,(6)球化劑加入量合理控制(一般控制在1.2-1.4%)
    二、石墨漂浮
     產生石墨漂浮的主要原因是碳硅當量過高(一般控制在4.3-4.5%)當碳硅當量超過共晶成分,因澆注溫度高,鐵液在凝固前及析出石墨,,若液態停留一段時間,此時石墨長大并且聚集,由于石墨的密度輕,聚集石墨容易上浮,從而在鑄件表面產生石墨漂浮。
    石墨漂浮常出現于鑄件上表面、試塊邊緣及冒口底部,在斷口上表面出現一層明顯黑斑。其石墨聚集,呈開花狀,有的完全爆裂,使材質的強韌性指標明顯下降。
    為了減少這種現象的出現應從以下方面去控制(1)球化處理時應確保球化合金的加入量,使球化處理后的鐵液中的殘余鎂,稀土含量控制在一定范圍內,這樣可以達到較好的球化效果,減少石墨漂浮,(一般控制:Mg殘:0.03-0.06%,Re殘:0.02-0.04%)(2)加大冷卻速度,尤其厚大斷面鑄件,采用外冷鐵組成的半金屬型,以提高冷卻速度,減少鑄件凝固時間。(3)嚴格控制鐵液化學成分,對于一般球墨鑄鐵件,碳應不超過3.9%,硅不超過2.8%,厚大斷面碳硅量還要低一些。普通球墨鑄鐵鐵液的碳當量不能大于4.5%,對于厚大斷面不能大于4.2%。(4)澆鑄溫度不能過高控制在1520-1540度。
    三、縮孔縮松
縮孔及縮松是球墨鑄鐵最常見的鑄造缺陷之一。由于球墨鑄鐵呈“粥狀凝固”特性,在澆鑄后的一個較長時間內,是在一個強度低的塑性薄殼內進行凝固的,在凝固時,共晶的石墨化膨脹很大,伴隨產生的共晶膨脹也很大,再加上鐵液的靜壓力的作用,就很容易使鑄件壁的表殼向外推移,使鑄件外形擴大,因而產生很大的縮孔。除縮孔外,球墨鑄鐵形成的縮松的傾向也較大。縮孔及縮松的產生因素(1)阻礙石墨化的合金元素都會造成縮孔和縮松傾向。錳過高容易產生縮松。(2)殘余稀土量過高會惡化石墨形狀,降低球化率,因此稀土的殘余量不宜過高,而鎂是一種強烈穩定碳化物的元素,阻礙石墨化。由此可見,殘余稀土量和殘鎂量會增加球墨鑄鐵的白口傾向,使石墨膨脹減少,所以含量高時就會增加縮松、縮孔傾向。(3)澆鑄溫度高,雖然有利順序凝固,縮松、縮孔于補縮,但是太高了就會增加鐵液的收縮量,對消除縮孔、縮松不利,要根據薄厚壁件控制溫度。(4)鐵液中磷含量超標。(5)澆鑄系統和冒口和冷鐵設置不當,不能保證金屬鐵液順序凝固,容易導致縮松、縮孔產生。(6)砂型堅實度不夠或者不均勻,以致澆鑄后在金屬靜壓力或者膨脹力的作用下,產生型腔擴大的現象,致使原來的鐵水不夠補縮,導致產生縮松、縮孔。
     縮孔、縮松的控制應從以下幾個方面:(1)澆鑄溫度的合理控制,一般控制在1320-1350度。厚大斷面可以相應低一些。(2)砂箱設計合理,型砂必須堅實。(3)澆道和冒口設計要適當,要遵循順序凝固。(4)控制好碳當量,盡量降低磷含量和鎂、稀土的殘余量。
    四、皮下氣孔
皮下氣孔出現在鑄件表面0.5-2MM處,呈細小的圓形或橢圓形孔洞形式,直徑一般為1-2MM左右其內表面光潔有時帶有石墨薄膜,因此無金屬光澤。有些容易發現有些進行加工后才能發現,出現皮下氣孔的條件是有一定數量的鎂,還有鑄件表面有一定的水分。鐵液中的鎂或MgS與砂型表面的水分起作用就在鑄件表面產生大量氫氣和硫化氫氣體。這些氣體在界面上形成很大的壓力,造成了皮下氣孔。造成皮下氣孔的原因很多,據相關資料統計造成皮下氣孔的因素有一百多種,當然這個數據不切合實際,有些因素是日常工作做好就能確保的,根據本人經驗分析造成皮下氣孔的主要原因有以下方面(1)鋁含量超標,因為鐵液中的鋁是產出氫氣的重要原因。(2)型砂水分超標。(3)殘余稀土含量超標,(在最近接觸的一家生產廠家,生產QT450,中頻爐生產,出現皮下氣孔,為此對此原因進行分析時發現使用球化劑為7-8。并且加入量在1.7%。因為稀土含量過高會增加鐵液的氧化物含量,使氣泡外來核心增加,皮下氣孔率增加。)(4)型砂的透氣性差。(5)殘余鎂含量過高。(6)硫含量超標。(7)澆鑄溫度過高會造成氧化物產生,而產生過長釋放大量氣體也是造成皮下氣孔的原因之一。(8)冒口設計不當大量氣體不能釋放也會造成皮下氣孔。(9)澆鑄速度過快。
    為了減少這類現象出現應該從以下方面控制(1)控制好鐵水五大元素含量尤其鎂、稀土和硫,(2)型砂和合金等原輔材料嚴格控制水分占有量。(3)控制好澆鑄溫度。(4)合理設計冒口。(5)采用涂料、覆料,將鑄型和鐵液分開,減少產生氣體。
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