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怎么避免铸件的晶粒粗大

来源: 时间:2021-01-19 09:20:10 浏览次数:

铸件晶粒粗大是指经过机械工或进行断口检验时,显示出晶粒组织过分粗大而不适合应用的缺陷,这种晶粒粗大的组织,可能是遍布于铸件整体,也可能发生于铸件的局部。从本质上讲,晶粒粗大缺陷是一种冶金缺陷。笔者根据多年的生产实践并参阅有关资料,谈谈铸件晶粒粗大缺陷产生的原因及防止措施。

铸件晶粒粗大是指经过机械工或进行断口检验时,显示出晶粒组织过分粗大而不适合应用的缺陷,这种晶粒粗大的组织,可能是遍布于铸件整体,也可能发生于铸件的局部。从本质上讲,晶粒粗大缺陷是一种冶金缺陷。笔者根据多年的生产实践并参阅有关资料,谈谈铸件晶粒粗大缺陷产生的原因及防止措施。

1铸件结构和工艺设计

(1)铸件截面差异过大,会因为较厚的截面冷却缓慢而造成该处晶粒粗大?;抑榷越孛姹浠置舾械慕鹗?,更容易产生此类缺陷。防止产生这类缺陷的有效方法是避免铸件截面尺寸过分悬殊,但这种途径有时是铸造工作者所无能为力的。因而就铸造本身言,可通过采取设置冷铁、控制浇注温度或通过选择合适的浇汁系统来减少这类问题的发生,降低这类缺陷的严重程度。采用冷铁可加快铸件较厚截面的冷却速度;浇注温度过高,会使这类问题更为严重,应予以避免;通过调节、修正浇注系统设计,使温度低的金属熔液位于铸件截面较厚的部位,并在铸件的厚截面处设计最有效的冒口,以尽可能减小冒口的尺寸。

(2)对于带孔铸件,工艺设计人员有时没有采用有助于减小有效截面尺寸的型芯,使未设芯的截面过厚而产生此缺陷,因此在工艺设计时,应尽可能在较厚的截面中设置砂芯。

(3)在某些情况下,铸件截面并不太厚,但因某一较窄的凹陷部位或型芯在铸件中形成热汇截面,其结果和厚大截面一样。例如.在铸件较深部位的一个柱状脐子处,可能需要设置型芯,而这样就会造成冷却缓慢。在不能设计进行修改的情况下,除非可以降低金属温度,或重新没置浇口,最好的解决办法是在型芯或铸型截面处设置冷铁。

(4)工艺设计时加工余量留得过大,不仅增加了切削加工的费用,还会把较致密的铸件表层切削掉,并暴露出中心冷却较慢的疏松部分。这种设计毫无可取之处,因为无论从铸造还是从机械加工的角度来看都是不合理的,解决办法是改变铸件的设计。如果不允许更改设计,那么正确的方法则是采用冷铁、控制浇注温度及调整浇注系统。

(5)在厚截面处型芯设计不合适,型芯支撑不正确,或采用其他引起偏芯的技术,会造成铸件截面的变化,从而引起晶粒粗大。


2浇冒口系统

(1)未能实现顺序凝固 浇注系统未能很好地实现顺序凝固,通常是造成晶粒粗大的原因。对于截面变化急剧的铸件,必须允分注意内浇口的数量和位置。为了进行补缩,在冒口的作用区保持灼热的熔融金属,会使厚截面的冷却速度降低到产生粗大晶粒的程度。冒口设计不当,如冒口颈过长,冒口垫设计不当,或冒口尺寸太大,都会在较厚截面处造成过多热量的汇集。

(2)易于造成热汇的浇冒口分布 同样,为了对厚截面进行补缩,?;嵩诰植壳蛟斐晒值娜攘炕慵?。例如,因为侧冒口会造成厚截面的过热并减缓冷却速度,所以有时不便于在实际操作中使用。实际生产中需通过合理的冒口设计,尽可能减小冒口的尺寸。

(3)在内浇口或冒口与铸件连接处造成局部热节 内浇口或冒口颈部较短,对于补缩是有利的,但却会使横浇道或冒口太靠近铸件,减缓了该部位的冷却速度。而增大冒口颈部,又会给补缩带来问题。因此最好的措施是采取有效的冒口设计,尽可能减少冒口的尺寸,不使横浇道和冒口过于接近易于形成粗大品粒的关键截面,恰当地设置横浇道和冒口,以实现补缩。

(4)内浇口数量不足 内浇口数量太少,不仅易于造成冲砂,同时还会造成局部热节和粗大晶粒组织。这种现象普遍存在于所有的铸造金属中,即使是浇注温度较低的铝合金也会出现这种情况。在某些情况下,因为浇口数量太少,会导致产生缩松缺陷。这种缩松缺陷可能会掩盖由于同样原因造成的晶粒粗大的缺陷。实际上,当晶粒粗大缺陷严重恶化时,就变成了一种缩松缺陷,因而对这两种缺陷的防治措施,常常是相同的。


3型砂

只有当型砂使型壁产生的位移足以导致增加临界截面(易于形成粗大晶粒的截面)的截面尺寸时,型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一个因素。由于在厚截面处的型壁移动可能最大,所以这种缺陷还是有可能产生的,此时所产生的品粒粗大缺陷和胀砂有关。


4制芯

生产中应避免采用未烘透或空气硬化的油砂芯,因为这种型芯可能会产生放热反应,从而造成热量过分汇集。这种情况或出现于大型铸件,或出现于采用具有放热性能粘接剂的厚大型芯。从某种意义来说,这种型芯起着一种高效率的绝热体的作用,并把金属熔液的冷却速度减缓到了危险的程度。


5造型

(1)缺少能促使加快冷却速度的通气孔就较厚的铸件截面来说,铸件的冷却速度与通过型砂散出热量的速度有关。排气充分会有助于水气迅速排出,从而产生一种致冷的效应。

(2)未设置激冷钉或冷铁这种情况通常是因为粗心疏忽所致。


6化学成分

从本质上来说,晶粒粗大和金属的化学成分与冷却速度的配合有关,因此选择这种配合是非常重要的。如果冷却速度难以调节,那么粗晶组织必定是起因于金属的化学成分不当。由于金属成分的重要性,现将每一种金属简述如下。

(1)灰铸铁和可锻铸铁

碳当量过高,碳和硅效应的数学计算,通??梢愿爬ㄎ篊E=C+1/3Si,晶粒粗大可能是因为碳过量或硅过量,或者碳硅过量所致。与硅相比,碳的效应相当其3倍,所以碳的做量变化,要比硅的同量变化危险得多。碳、硅的这种作用,既影响到可锻铸铁,也影响到灰铸铁。对可锻铸铁而言,晶粒粗大既不呈现为黑色,也不呈现出表示初生石墨的麻口,而是以一般的晶粒粗大的形式呈现,这是由于含碳或含硅量过高,或者二者均过高。磷也会对晶粒粗大产生影响。当wp=0.1%时,会加重缩孔缺陷,特别是在冷却较缓慢的截面部位加重晶粒粗大缺陷的程度。

(2)铸钢

在铸钢的熔化和脱氧操作中,加入了一些会延缓晶粒长大的元素,因此和锻钢相比,铸钢不太容易形成品粒粗大。因成分而引起品粒粗大的铸钢件,可通过退火或正火处理得到细化。

(3)铝合金

铁杂质会使铸铝件品粒粗大,脆性增加,这类缺陷多数是由于熔化操作不当所致。在铝合金中,特别是那些要求过热的铝合金,加入适量的细化品粒合金元素是必要的。

(4)铜合金

铜合金中晶粒粗大的缺陷常被针孔、气孔或缩松所掩盖。铜合金因成分变化会造成品粒粗大,但通常总是先出现针孔、气孔或缩松。

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