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关于显微缩孔的特点、形成和预防措施 时间:2015-07-28 点击量:
缺陷特征
    在铸件最后凝固位置的海绵状、细微孔洞组织。
 
缺陷发生条件
   缺陷发生在铸件最后凝固的位置,尤其是铸件厚大处、不同壁厚交叉处以及浇口附近。此缺陷尤其发生于铸件被宽凝固温度范围合金化时。 
 
缺陷形成机理说明
    显微缩孔会发生于铸件金属液随温度下降而出现的体积收缩和糊状凝固。难以将此缺陷和产生于气体析出和侵入金属液的气孔缺陷相区分。 当缺陷主要由金属液体积收缩引起时,缺陷被称作显微孔洞;当缺陷主要由缩孔和气体析出引起时,缺陷被称作显微缩孔。
 
可能的工艺原因
 
熔炼
•金属液凝固温度范围过宽
•金属液含气过高
 
粘土砂
•型砂发气量过大
•热量散失过慢
 
树脂砂
•型砂发气量过大
 
造型车间
•砂型刚性较差
•模具圆角过小
 
解决办法
 
熔炼
•减小金属液凝固温度范围;如果必要,细化晶粒
•减少金属液含气量;如果必要,充氮气或氩气来去气
 
粘土砂
•减小型砂发气量。减少膨润土、碳载体和惰性粉尘含量
•减少型砂含水量
•在铸件关键位置使用面砂。改善型砂散热性能
 
树脂砂
•减小砂芯发气量。改善砂型排气
•在铸件关键位置的砂型处添加铁粒或高导热系数的面砂
 
造型车间
•通过增加紧实压力来保证砂型的刚性。更加均匀地紧实砂型
•模具圆角适当增大。通过加大拐角处的圆角来减小热节
 
背景信息
 
    具有宽凝固温度范围的合金会趋向于产生显微缩孔。非顺序凝固会在过热区域发生。这样的区域在冷却和凝固过程中的体积收缩不能从铸件其它位置得到金属液补偿,形成显微孔洞。从金属液或砂型过热区析出的气体渗入显微孔洞使显微孔洞扩大。
 
    类如铜锡合金和铜锌合金的铜合金可以通过顺序凝固来避免显微缩孔的形成。这需要在较高温度下浇注。
        
    对于铁碳合金,关于石墨化膨胀、金属液中析出的气体和砂型与涂料中析出的气体的影响,已经展开相关研究。
 
    为了避免显微缩孔,建议使用碳饱和度Sc大约为0.95的铁水。铸件关键位置的凝固速度要快些,所以这样的位置可以使用面砂。使用铬矿砂或橄榄石砂已经被证明有效。更加有效的散热可以通过在关键位置施加冷铁实现。必须尽量减少从砂型、砂芯、冷铁和涂料中析出的气体。对于膨润土粘土砂,粘土和水分应该尽可能低。这也同样适用于砂芯中粘结剂含量。
 
    因为热节会促进显微缩孔的形成,有必要避免模具上尖锐的拐角。
 
    如上所述,当金属液凝固时,由于微观缩孔,细小的孔洞生成,造成显微孔洞或显微缩孔缺陷。多孔的铸件,因会造成设备渗漏而被熟知,通常会被报废或需要昂贵的密封返修。
    体积收缩过程(体积亏损)会造成在铸件最后凝固的位置产生微观缩孔。所以,根据具体应用的铸造技术,应该保证通过在相关位置设置冒口来快速封堵住这些微观孔洞,或者通过在最后冷却位置附近加冷铁来实现顺序凝固。最终,最后凝固的位置被转移到冒口内。
    对于在凝固前沿(固/液界面)存在枝晶生长的凝固过程,会发生不能够被冒口补缩的不规则的孔洞(或者被称为晶间孔洞)。从金属液中析出的气体也会集中进入这些微观孔洞中。所以,比较难以区分因金属液体积收缩造成的微观缩孔和因气体析出造成的微观孔洞。
    因为这种缺陷主要归因于熔炼,改进措施的第一步应该是按照改进流程图讨论出优先顺序清单,用来确定所列出的可能原因中哪一个是最可能的元凶。
海瑟建议在缸体铸件中使用小于0.95的碳饱和度作为防止微观缩孔的措施。冲天炉炉渣中的铁的氧化物应尽可能低。
在所有情况下,铸件的凝固速度应该最大化。尼尔斯瓦格、普拉哈科夫和崔斯奥夫调查了从0.5 到40×10-4 cm/s的凝固速度,分析了通过顺序凝固生产的铸件结构和性能,发现高凝固速度和低硫、磷含量有益于消除微观缩孔。
他们发表了关于球铁铸件的微观缩孔生成的报告,强调坚固铸型的有利影响,阐明铸件应该尽快凝固。莱宾和他的同事发现在坚固的铸型里微观缩孔的趋势减小50%。
 
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