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        鑄件麻點缺陷產生的原因及解決方法

        1.麻點的特征

        麻點通常出現在含wCr<20%、wNi<10%的不銹鋼鑄件上。在鑄件表面上有許多灰黑色的圓形淺凹坑,凹坑的直徑0.3~1.0mm,坑深0.3~0.5mm。

        據相關資料介紹,鑄件未清理前,凹坑中充填著熔渣物質。經巖相分析表明,在缺陷處的熔渣物質中有硅酸鐵、硅酸錳及硅酸鉻等化學物存在。電子衍射結果表明,黑色麻點是由磁鐵礦(Fe3O4)及鐵鉻尖晶石(FeO·Cr2O3)組成。光譜分析結果,在缺陷處金屬成分中硅含量增加,而含錳量極少。

        鑄件經過拋丸、噴砂清理后,鑄件表面會有灰黑色的麻點,如圖1所示。

        鑄件麻點



        圖1鑄件上的麻點

        麻點缺陷常出現在鑄件的局部厚斷面、拐角及內孔部位,甚至是鑄件的整個表面上。

        2.產生原因

        從上述巖相、電子衍射和光譜分析中可以看出,麻點主要是由于金屬氧化物與型殼材料中的氧化物發生化學反應造成的,尤其是型殼面層耐火材料選用不當,或進廠的型殼面層耐火材料不符合質量要求,或進廠后的型殼面層耐火材料管理不善等原因,澆注后更容易在成批鑄件的表面上產生不同程度的麻點缺陷。產生的主要原因如下:

        (1)金屬液中的氧化物過多①爐料中的氧化物過多。使用感應爐熔煉時,爐料銹蝕較多、較重,或使用回爐料的比例較大,回用的次數較多,均會增加金屬液中的氧化物。②金屬液脫氧不充分。脫氧劑的選擇要達到既能使金屬液充分脫氧,又能達到脫氧后形成的氧化物熔點低,易于聚集和上浮的目的。脫氧劑的加入量少,金屬加工真不錯影響脫氧效果,金屬加工真不錯使金屬液中殘留過多的氧化物。③熔煉工藝不當或操作不當,金屬液中的氧化物沒有除去干凈等;爐料熔化過程中,金屬液表面裸露的時間長,使合金元素的氧化機會增多。預脫氧后,停電靜置時間短,金屬液中的氧化物沒有及時、完全上??;終脫氧不充分,澆注過程中產生二次氧化等。

        (2)型殼面層材料中的氧化物過多據相關資料介紹,由于鋯砂具有導熱性好,蓄熱能力大,耐火度高等優點,在生產不銹鋼熔模鑄件時,采用鋯砂作為型殼面層耐火材料。純ZrSiO4的耐火度為2000℃以上,但是隨著雜質含量的增加,耐火度相應下降。當鋯砂中含有Ca、Mg氧化物雜質時分解溫度會下降到1300℃左右,當含有K、Na氧化物時,其分解溫度會下降到900℃左右。鋯砂是ZrO2·SiO2二元系中唯一的化合物,其分解時析出的無定形的SiO2具有很高的活性,能與金屬中的Cr、Ni、Ti、Mn、Al等合金元素在高溫下發生化學反應,致使鑄件的表面產生麻點。

        如某熔模鑄造廠生產不銹鋼鑄件,原來型殼面層材料選用石英砂/粉,嚴重時鑄件的麻點缺陷約占80%。后來更換鋯英砂/粉(沒有進行來料檢驗)和硅酸乙酯水解液作為粘結劑時,鑄件的麻點缺陷有所降低,但仍然在50%左右。當采取來料檢驗,控制鋯英砂/粉中的氧化物后,鑄件的麻點缺陷不僅數量大幅度較少,而且麻點缺陷的程度也明顯減輕。

        (3)與型殼焙燒質量有關型殼充分焙燒可以去除型殼中的水分、殘留蠟料、皂化物、有機物和揮發物,以及型殼中殘留的氯化銨硬化液和鈉鹽等。如果型殼中殘留這些物質(見圖2),就會在澆注時使金屬液產生二次氧化,生成大量的氣體或新的氧化物,這些氧化物與型殼中的氧化物產生化學反應,易在鑄件的表面上生成麻點缺陷。

        鑄件麻點


        圖2型腔中的殘留物

        ①皂化物②鹽類

        (4)與粘結劑有關目前,熔模鑄造生產中廣泛使用的水玻璃、硅溶膠和硅酸乙酯水解液都屬于酸性粘結劑,其共同特點是能生成酸性氧化物SiO2(即硅酸溶膠)。這種粘結劑適用于澆注碳素鋼、銅和鋁合金鑄件,如果澆注鈦、鉻合金鋼鑄件時,就容易在鑄件的表面上形成麻點缺陷。

        3.防止措施

        (1)減少、降低金屬液中的氧化物,提高金屬液的質量。

        第一,選用干燥、潔凈的爐料,控制回爐料反復使用的次數或使用量,避免爐料中的氧化物增多。

        第二,采取完全脫氧,先加錳鐵后,加硅鐵脫氧,再加硅鈣脫氧,然后停電靜置2min后,再加鋁終脫氧,出爐、澆注。也可以只選用鋁終脫氧,再補充脫氧。即生產中終脫氧采用二次加入法,第一次爐內終脫氧,加入量為0.10%~0.12%(鋁的加入量與爐料的銹蝕有關,爐料銹蝕嚴重時,加入量取上限;反之取下限)。第二次在澆包中加入補充脫氧,用鋁0.02%~0.05%為宜;

        第三,制訂合理的熔煉工藝和澆注工藝,,并嚴格執行,如出鋼前的鎮靜時間要能夠使氧化物充分上浮,扒渣要凈,及時清除已產生的氧化物;在澆包中加入草木灰,必要時采用真空澆注,防止金屬液的二次氧化等。

        有的資料提出,在型殼填砂材料中加入木炭粉,或把石墨、瀝青等碳質材料加入制殼材料中,或澆注前在型殼中加入四氯化碳,或澆注后立即將型殼置于還原氣氛中,如加木屑或廢蠟再蓋箱密封冷卻,或降低熔煉溫度等措施,以減少或降低麻點。筆者認為選用這些措施時,即要充分考慮其在批量生產中的可行性、合理性,又要考慮其對作業環境的污染,以及對操作者身體健康的影響等因素。

        (2)合理選用型殼材料,并確保其質量。

        第一,選用型殼材料,如鋯石英砂/粉的質量必須滿足工藝要求,尤其是面層耐火材料中含有的氧化物必須在工藝范圍內,金屬加工真不錯尤其是氧化鐵等氧化物的含量不能超標,過高的Fe2O3含量將加劇麻點的產生。

        第二,對進廠的原材料要進行檢驗,合格后方可進廠、入庫。對庫存的原材料要定期復驗,不合格的面層材料不能使用。

        (3)選擇合理的型殼焙燒工藝,并嚴格執行。

        焙燒型殼的目的是從型殼中除去揮發性的物質(如殘留的水分、鹽分、模料等),進一步提高型殼的質量。生產中常采用的型殼焙燒工藝:溫度為850~900C,時間為2~4h(時間與裝爐量有關)。

        型殼焙燒質量的好壞可以從型殼外觀的顏色判斷。如果型殼呈深灰色,則說明型殼中有較多的碳分,說明型殼焙燒不充分;如果型殼內表面或斷面呈白色、粉白色或粉紅色,則說明焙燒的質量好。焙澆過的型殼應及時進行澆注。如果存放時間過長,在澆注前應再次進行烘焙(不是焙燒)。型殼不能多次焙燒,每焙燒一次,就會增加或加大型殼上的裂紋。

        (4)使用中性或堿性粘結劑。

        不銹鋼熔模鑄件產生麻點的主要原因:首先是金屬液和型殼面層耐火材料中含有較多的氧化物,其次是型殼焙燒不良,再次是粘結劑的種類。當采用前三項措施仍然效果不理想時,才可以考慮采用中性或堿性粘結劑。中性粘結劑有鋁、鉻、鋯等金屬鹽類,如硝酸鋁Al(OH)2NO3、堿式氯化鋁Al(OH)2Cl、堿式硝酸鉻Cr(OH)2NO3等。堿性粘結劑主要是鎂、鈣等金屬鹽類,如Ca(NO3)2、Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2等。

        4.小結
        (1)麻點是鋼液中鐵、鉻、硅、鋁的復雜氧化夾雜物在鑄件表面的聚集物。
        (2)防止麻點產生的主要措施是熔煉中要充分完全地脫氧,并使脫氧產物易于上??;在鑄型冷卻過程中要防止鑄件表面的二次氧化。
        (3)嚴格執行型殼的焙燒工藝


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