大中型消失模铸钢件内孔烧结成因及预防

大中型消失模铸钢件内孔烧结成因及预防 大中型消失模铸钢件内孔烧结成因及预防 铸造工艺 大中型消失模铸钢件内孑L烧结成因及预防 李伟 (铜陵有色金属集团公司机械总厂,安徽铜陵244022) 摘要:粘砂烧结是铸型与金属界面动压力,静压力,摩擦力及毛细作用力平衡被破坏的结 果.热作用是造成烧结的主要原因. 关键词:粘砂烧结;消失模铸造;铸钢 中图分类号:TG249.6文献标识码:A文章编号:1673-3320(2007)03-0019-02 ThePreventionofPenetrationinLargeSteelCastingbyEPCProcess LIWei (MachineShopofTonglingNonferrousAlloyGroupCompany,Tongling244022,China) Abstract:Thepenetrationistheresultofunbalancingamongdynamicpressure,pressure,frict ion forceandcapillaryforce.Theheatalsoplaysimportantrole. Keywords:Penetration;EPC;Steelcasting 我厂采用真空消失模铸造工艺,大中型铸件 在安装孔,格子孔以及内角处经常出现粘砂及烧 结现象,特别是厚度>70mm以上的铸钢件较严 重,但铸件面很少有粘结,烧结现象.认为孔 眼处型砂紧实度不够,抽负压时,孔眼处有局部 形成空洞,涂料层在高温金属液热作用以及浇注 静,动压力头作用下,涂料层破裂造成金属液进 入孔眼内而形成粘砂烧结.根据经验介绍,采用 高铝砂,镁橄榄石砂等混制的树脂砂预埋孔眼, 有时粘砂,烧结现象反而更为严重.烧结的孔眼 为砂与金属的混合物,常规清理非常困难,需要 用电焊,碳弧气刨,气割等手段慢慢修出,对产 品的质量,生产效率影响较大,特别对高锰钢铸 件质量影响大,因为高锰钢受热碳化物容易析 出,使冲击韧性下降,造成铸件产生裂纹, 断裂等早期失效. 1粘砂及烧结成因 铸件形成过程实质上是金属液与铸型型腔表 面壳层相互作用的过程,它们之间是彼此联系并 互为条件的.其相互作用十分复杂,主要有热作 用,机械作用,物理一化学作用,其中热作用是 其它两作用的基础,影响着机械作用和物理一化 学作用的程度. 1.1型芯与铸件金属的热作用 型芯与金属液相互作用最重要特征是铸件 与型芯之间的热交换.液态金属初温高,热容量 大,铸件壁厚大,离型腔表面距离近,加热时间 长,型砂导温系数高,则该砂层被加热的温度就 高. 树脂砂受热时在500?左右树脂热分解,树 脂膜被烧蚀,树脂粘结力降低,强度开始逐渐下 降,砂粒间空隙增大[.失掉强度后砂粒有可能 在压力下自由移动,如同无粘结性原砂,对重金 属过滤的毛细管抗力变弱,金属的渗透作用加 剧.另一方面,铸件是通过与砂接触的面以及边 角效应向外散热冷却,加上消失模负压工艺作 用,铸件表层很快凝固成壳.但实验证明,被金 属包围的型芯,当其直径或厚度较小时,由于砂 芯很快被加热到铸件温度,不能再起冷却作用, 对于铸钢件,与型芯接触的这部分铸件表面不能 2007年第3期I19 一 画 纳入铸件的散热表面f2]. 1.2型芯与铸件金属的机械作用 1.2.1型芯受金属液的浮力作用 当型芯整体或局部刚度不足时,在金属液浮 力和抬力作用下会引起显着变形[33.严重时涂料 层破裂,型芯渗入金属液,造成型芯烧结现象. 1.2.2型芯受金属收缩作用 型芯完全被铸件包围,受热后体积膨胀受到 限制,另一方面树脂砂型芯,由于加热时形成坚 硬的焦炭骨架,溃散性差[3].在外加载荷(铸件 收缩应力)条件下,型芯内孔边角处,由于边角 效应,型芯热量较高,加之涂料层厚度有可能较 厚,因应力集中易形成裂纹,使金属液渗入型芯 内,造成型芯烧结现象. 1.3型芯与铸件金属的物理一化学作用 1.3.1型芯与铸件金属的物理作用 型砂蓄热系数,导热率等对金属处于液态 时金属的渗入也有影响.蓄热系数高,金属凝固 快,渗入深度小;导热率高,金属凝固快,渗入 深度小. 砂型的导热率还受砂型空隙率的影响,空隙 率高时型砂导热率低,提高砂型的紧实率可提高 导热率,以减少减轻粘砂烧结. 因为热量在树脂砂中的传递速度比金属渗透 速度低2,3个数量级,而砂壳的形成只需要几分 钟的时间.因此在浇注大型铸件时,型砂的松孔 特性对粘砂的形成起决定性作用,热活性起从属 作用.采用细粒填充砂是预防粘砂的有效. 1.3.2型芯与铸件金属的化学作用 化学粘砂是由于金属液和型砂在高温作用下 发生化学反应而产生的.产生化学粘砂的先决条 件是金属氧化.影响化学粘砂的因素主要是金属 氧化物的数量以及与型砂之间的作用程度.但在 非石英砂的条件,不形成低熔点化合物,对砂粒 润湿作用小.氧化物层的厚度影响铸件与粘砂层 的连接,氧化层的厚度达到或超过某个临界厚度 (约100gm)时,粘砂层就容易清除,反之则不 易[引. 1.4小结 20J2..7年第3期 砂型铸造的涂料向铸型内渗入一定的深度, 与型砂颗粒紧密接触.真空消失模铸造涂层与型 砂之间是点接触,涂层外部是无粘结剂的干砂. 由于真空消失模铸造工艺形成原理的特殊性如真 空,干砂造型等,消失模的涂层更容易被液态 金属的压力所挤压而破裂,一旦破裂,液态金属 比普通砂型更容易渗入型砂中,即使孔眼采用树 脂砂预埋,砂粒与涂层松散接触,涂料层一旦开 裂,金属渗透缺陷比普通砂型铸造更为严重.铸 件上由型芯形成的内腔表面,由于金属凝固收缩 时产生的压力,比外表面更容易形成粘砂[4]. 2预防 烧结是粘砂的特例,是更加严重的粘砂现 象.预防烧结可注意以下几方面:1)加强脱氧, 降低浇注温度,以减少金属氧化物形成,或加剧 金属氧化达到增加氧化铁层厚度,以减小化学粘 砂.2)保持足够负压时间,并减少搬运砂箱,防 止过早搬运产生震动使型芯表层破裂,在铸件没 有完全凝固时,金属液渗入型芯内,形成型芯烧 结现象.3)加快型砂冷却速度,使铸件表面形成 较厚的凝固层,以抵抗外力作用.4)提高涂料强 度,抗激热开裂的性能.5)更换润湿角更大的原 砂,并提高砂粒细度,减少孔隙,配合型砂振实 工艺,提高砂型强度 3结语 粘砂烧结主要为高温金属液与型芯热作用伴 随机械作用的结果,物理化学作用次之.金属材 料的成分,脱氧程度,型砂的润湿性,导温系数 等因素对粘砂及烧结都有影响可通过提高涂料 抗激热开裂性能,型砂的导热系数,增加铸型强 度等解决. 参考文献: (1】谢明师.铸造手册一造型材料[M].北京:机械工业出版社 1997. [2】丁根宝,铸造工艺学[M】,北京:机械工业出版社,1988. [3]儒科夫斯基.c,c.冷硬砂铸型及型芯[M】.北京:国防工 业出版社,1985:86, [4]大中选雄,计算机传热凝固解析入门一铸造过程中的应用 [M],北京:机械工业出版社,1988,