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铸钢件气孔的成因及预防

2022-07-28 16:50:00

气孔是铸钢产品的主要缺陷之一,也是影响铸钢件质量的主要因素之一。气孔对铸件有多种不利影响,它能减小铸件的有效截面积,降低其强度、裂纹状气孔和多角形气孔还会增加铸件的缺口敏感性,造成应力集中,成为断裂缺陷的裂纹源,此外,气孔还会降低铸件的抗拉强度和疲劳强度。本文以几个有典型性的铸件为例分析说明了其气孔存在的部位、形态及形成的原因,提出了一些解决和防止气孔缺陷的办法,并在实际中得以运用,收到了明显效果。

1,气孔缺陷的类型及形态描述

1.1 气孔与缩孔的区别

气孔与缩孔在外表上很为相似,易引起混淆。一般认为气孔内壁较光滑,因其不同成因,分布也有一定规律;缩孔内壁呈支状结晶的末梢状,往往发生于热节处和补缩不到部位。图1是军工产品平衡机臂内的大面积缩孔。形成原因是因为铸件壁薄,凝固快、补缩通道被枝晶封锁,冒口中钢液不能有效补缩所至。这种缩孔与多角状析出性气孔很为相似。

1.2 气孔的形态及类型

铸件中的气孔根据其气体来源分为侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。这些气孔有圆球形的、扁圆形的和不规则形状的针状气孔和缩松可认为是析出性气孔的一种变态形式。不同类型的气孔分布位置不同。一般来说,因钢水含气量大而产生的析出性气孔分布于铸件的厚大部位、热节处和冒口下等处,且分布密集,1780轧机减速机轴承座的气孔(图2)就是这种类型的气孔,由于其分布的特点,这种缺陷往往难于清除和修复。因型砂干燥不良、含水量高而产生的侵入性气孔分布于铸件表面下一定深度的地方。磨煤机后盘的气孔如图3所示,1780轧机工作辊轴承座气孔如图4所示。

这类气孔是由水蒸气和金属液内的碳、合金元素以及金属液自身含有的气体(这种气体有的以原子状态存在、有的以分子状态存在)发生化学反应后形成的。这种气体在钢液中能够稳定存在,并且没有及时上升排除,进而形成气孔。带有皮下气孔的铸件可用清除后焊补的办法修复,但由于这种缺陷分布面积大,往往给清理修复工作带来很大麻烦,增加了铸件的成本。


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2,气孔缺陷的形成原因

2.1 工艺及设计方面的原因

芯头设计过小.排气不畅,气体进入型腔形成气孔。图5轴承座气孔是芯子排气不良而形成的。轴承盖气孔就是这种类型(图6)。

2.2 砂型、泥芯和造型方面的原因

砂型烘干层不够厚、含水量高或合箱后不能立即浇注,型腔返潮是铸件产生侵入性气孔的很主要原因,浇注时高温金属液进入型腔,使砂型内水分蒸发,产生大量水蒸气如这种水蒸气的压力大于金属液对型壁的压力,水蒸气就会进入型腔形成气孔。图3中后盘铸件的下箱大面积气孔其气孔来源主要是未烘干的地坑砂型中的水蒸气。

2.3 金属液方面的原因

众所周知,液态金属对气体的溶解度远远大于固态金属对气体的溶解度,因此,凡能改变金属液中气体溶解量及影响气体正常逸出的因素都与气孔缺陷的形成有关。一般情况下,金属液中的气体会正常逸出,或以过饱和状态留在金属中,但如气体逸出受到限制,气体就会以气泡的形式存在于金属中,从而形成气孔。未经镇静的钢水和成份中含硅、铝多的钢液含气量大,形成析出气孔的倾向也大得多,前面提到的减速机轴承座气孔就是因钢水含气量大而形成的。

除以上原因外,浇注缓慢或断流、浇注系统设置不合理、浇注吸气等也会造成铸件的气孔缺陷。

3,气孔缺陷的预防

对气孔缺陷应着眼于预防,即在造型、浇注过程中防止出现气孔,这是积极的、有效的解决办法。针对本文对铸钢件气孔缺陷的成因分析,可采用如下办法防止气孔的发生。

(1)对因有自身形状限制,浇注位置低的铸件应尽可能加大金属液压头,即增加直水口和冒口的高度,这样会加大金属液内部压力,砂型和界面处的气体不能进入型腔,加大压头还会加大气泡形成的难度,使钢液内的气体以饱和或过饱和状态留在内部,从而不出现气孔。

(2)实际生产中用加大压头的办法成功地避免了轴承盖(图6)气孔的形成。对铸件截面厚大的部位、热节处,设置外冷铁,允许的情况下设置内冷铁,造成顺序凝固条件,使液一固转变时析出的气体正常逸出,从而避免析出性气孔。

(3)砂型干燥层厚度均匀、不过烧,其厚度不少于80mm;醇基涂料涂刷后立即点燃;合箱前型腔的转角、夹缝处用煤气枪烘干。为加大砂型的透气能力,旧砂回用前要筛去细砂和破碎的砂粒,加入颗粒均匀的新砂,原砂使用前要清除一切外来夹杂物,泥芯要扎出气孔,并保证在搬运、烘干等过程中出气孔不堵死、涂层不破坏。

通过以上办法,严格控制操作和工艺过程,解决了1780轧机工作辊轴承座和磨煤机后盘的气孔问题,生产出了合格的产品。

4,结语

(1)钢件中的气孔缺陷虽然难于完全避免,但通过分析其形成原因,采取一系列防范措施是可以减少或消除。

的,从而提高铸件质量。

(2)气孔的形成受多种因素影响,其中起主要作用的是造型材料、钢水自身及工艺执行不严格等原因。

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