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铸造缺陷及其控制方法

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      铸件缺陷种类繁多,产生缺陷的原因也十分复杂。它不仅与铸型工艺有关,而且还与铸造合金的性制、合金的熔炼、造型材料的性能等一系列因素有关。因此,分析铸件缺陷产生的原因时,要从具体情况出发,根据缺陷的特征、位置、采用的工艺和所用型砂等因素,进行综合分析,然后采取相应的技术措施,防止和消除缺陷。

1. 浇不到
铸件局部有残缺、常出现在薄壁部位、离浇道最远部位或铸件上部。残缺的边角圆滑光亮不粘砂。
产生原因
浇注温度低、浇注速度太慢或断续浇注;
横浇道、内浇道截面积小;
铁水成分中碳、硅含量过低;
型砂中水分、煤粉含量过多,发气量大,或含泥量太高,透气性不良;
上砂型高度不够,铁水压力不足。
防止方法:
提高浇注温度、加快浇注速度,防止断续浇注;
加大横浇道和内浇道的截面积;
调整炉后配料,适当提高碳、硅含量;
铸型中加强排气,减少型砂中的煤粉,有机物加入量;
增加上砂箱高度。
2. 未浇满
铸件上部残缺,直浇道中铁水的水平面与铸件的铁水水平面相平,边部略呈圆形。
产生原因:
浇包中铁水量不够;
浇道狭小,浇注速度又过快,当铁水从浇口杯外溢时,操作者误认为铸型已经充满,停浇过早。
防止方法:
正确估计浇包中的铁水量;
对浇道狭小的铸型,适当放慢浇注速度,保证铸型充满。
3. 损伤
铸件损伤断缺。
产生原因:
铸件落砂过于剧烈,或在搬运过程中铸件受到冲撞而损坏;
滚筒清理时,铸件装料不当,铸件的薄弱部分在翻滚时被碰断;
冒口、冒口颈截面尺寸过大;冒口颈没有做出敲断面( 凹槽)。或敲除浇冒口的方法不正确,使铸件本体损伤缺肉。
防止方法:
铸件在落砂清理和搬运时,注意避免各种形式的过度冲撞、振击,避免不合理的丢放;
滚筒清理时严格按工艺规程和要求进行操作;
修改冒口和冒口颈尺寸,做出冒口颈敲断面,正确掌握打浇冒口的方向。
4. 粘砂和表面粗糙
粘砂是一种铸件表面缺陷,表现为铸件表面粘附着难以清除的砂粒;如铸件经清除砂粒后出现凹凸不平的不光滑表面,称表面粗糙。
产生原因:
砂粒太粗、砂型紧实度不够;
型砂中水分太高,使型砂不易紧实;
浇注速度太快、压力过大、温度过高;
型砂中煤粉太少;
模板烘温过高,导致表面型砂干枯;或模板烘温过低,型砂粘附在模板上。
防止方法:
在透气性足够的情况下,使用较细原砂,并适当提高型砂紧实度;
保证型砂中稳定的有效煤粉含量;
严格控制砂水分;
改进浇注系统,改进浇注操作、降低浇注温度;
控制模板烘烤温度,一般与型砂温度相等或略高。
5. 砂眼
在铸件内部或表面充塞有型砂的孔眼。
产生原因:
型砂表面强度不够;
模样上无圆角或拔模斜度小导致钩砂、铸型损坏后没修理或没修理好就合箱;
砂型在浇注前放置时间过长,风干后表面强度降低;
铸型在合箱时或搬运过程中损坏;
合箱时型内浮砂未清除干净,合箱后浇口杯没盖好,碎砂掉进铸型。
防止方法:
提高型砂中粘士含量、及时补加新砂,提高型砂表面强度;
模样光洁度要高,并合理做出拔模斜度和铸造圆角。损坏的铸型要修好后再合箱;
缩短浇注前砂型的放置时间;
合箱或搬运铸型时要小心,避免损坏或掉入砂型腔砂粒;
合箱前清除型内浮砂,并盖好浇口。
6. 披缝和胀砂
披缝常出现在铸件分型面处,是垂直于铸件表面,且厚薄不均匀的薄片状金属突起物。胀砂是铸件内、外表面局部胀大,形成不规则的瘤状金属突起物。
产生原因:
紧实度不够或不匀;
面砂强度不够、或型砂水分过高;
液态金属压头过大、浇注速度太快。
防止方法:
提高铸型紧实度、避免局部过松;
调整混砂工艺、控制水分,提高型砂强度;
降低液态金属的压头、降低浇注速度。
7. 抬箱
铸件在分型面处有大面积的披缝,使铸型外形尺寸发生变化。抬箱过大,造成跑火——铁水自分型面外溢,严重时造成浇不足缺陷。
产生原因:
砂箱未紧固、压铁质量不够或去除压铁过早;
浇注过快,冲击力过大;
模板翅曲。
防止方法:
增加压铁重量,特铁水凝固后再去除压铁;
降低浇包位置,降低浇注速度;
修正模板。
8. 掉砂
铸件表面上出现的块状金属突起物,其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位,则往往出现砂眼或残缺。
产生原因:
模样上有深而小的凹槽,同于结构特征或拔模斜度小,起模时将砂型带坏或震裂;
紧实度不匀,铸型局部强度不足;
合箱、搬运铸型时,不小心使铸型局部砂块掉落。
防止方法:
模样拔模斜度要合适、表面光洁;
铸型紧实度高且均匀;
合箱、搬运过程中,操作小心。
9. 错型(错箱)
铸件的一部分与另一部分在分型面的接缝处错开,发生相对位移,使铸件外形与图纸不相符合。
产生原因:
模样制作不良,上下模没有对准或模样变形;
砂箱或模板定位不准确,或定位销松动;
挤压造型机上零件磨损,例如正压板下衬板、反压板轴承的磨损等;
浇注时用的套箱变形,搬运、围箱时不注意,使上下铸型发生位移。
防止方法:
加强模板的检查和修理;
经常检查砂箱、模板的定位销及销孔、并合理地安装;
检查挤压造型机的有关零件,及时调整,磨损大的要更换;
定期对套箱整形。脱箱后的铸型在搬运时要小心。在面浇注的砂型,应该做一排砂型围一排。
10. 灰口和麻点
铸件断口呈灰黑色或出现黑色小点,中心部位较多,边部较少,金相观察可见到片状石墨。
产生原因:
铁水化学成分不合要求,碳、硅含量过高;
炉前孕育的铋加入浇包内过早或过迟,或是铋量不足。
防止方法:
正确选择化学成分,合理配料,使铁水中碳、硅量在规定范围内;
增加铋的加入量并严格炉前孕育工艺。
11. 裂纹(热裂、冷裂)
铸件外部或内部有穿透或不穿透的裂纹。热裂时带有暗色或黑色的氧化表面断口外形曲折。冷裂是较干净的脆性裂纹,断口较平,具有金属光泽或轻微的氧化色泽。
产生原因:
铁水中碳、硅含苞欲放量过低,含硫量过高;
浇注温度过高;
冒口颈过大、过短,造成局部过热严重,或重口太小,补缩不好;
铸件在清理、运输过程中,受冲击过大。
防止方法:
控制铁水化学成分在规定的范围内;
降低浇注温度;
合理设计冒口系统;
铸件在清理、运输过程中避免过度冲击。
12. 气孔
气孔的孔壁光滑明亮,形状有圆形、梨形和针状,孔的尺寸有大有小,产生在铸件表面或内部。铸件内部的气孔在敲碎后或机械加工时才能被发现。
产生原因:
小炉料潮湿、锈蚀严重或带有油污,使铁水含气量太多、氧化严重;
出铁孔、出铁槽、炉衬、浇包衬未洪干;
浇注温度较低,使气体来不及上浮和逸出;
炉料中含铝量较高,易造成氢气孔;
砂型透气性不好、型砂水分高、含煤粉或有机物较多,使浇注时产生大量气体且不易排出。
防止方法:
炉料要妥善管理,表面要清洁;
炉缸、前炉、出铁口、出铁槽、浇包必须烘干;
提高浇注温度;
不使用铝量过高的废钢;
适当降低型砂的水分、控制煤粉加入量,扎通气孔等。
13. 缩松、疏松
分散、细小的缩孔,带有树枝关结晶的称缩松,比缩松更细小的称疏松。常出现在热世部位。
产生原因:
铁水中碳、硅含量过低,收缩大;
浇注速度太快、浇注温度过高,使得液态收缩大;
浇注系统、冒口设计不当,无法实现顺序凝固;
冒口太小,补缩不充分。
防止方法:
控制铁水的化学成分在规定范围内;
降低浇注速度和浇注温度;
改进浇冒口系统,利用顺序凝固;
加大冒口体积,保证充分补缩。
14. 反白口
铸件断口内部出现白口组织,边缘部分出现灰口。
产生原因:
碳、硅含量较高的铁水,含氢量过高;
炉料中带入的铬等白口形成元素过多;
元素偏析严重;
防止方法:
控制化学成分、碳、硅含量不宜过高;
炉衬、包衬要烘干;型砂水分不宜过高;
加强炉料管理,减少带入白口化元素。

汽车铸造新技术和新方向

1. 砂成形技术的发展趋势
潮模造型经过手工紧实→震击+压实紧实→高压+微震紧实→气冲紧实→静压紧实几个发展阶段。静压造型技术实质是“气冲预紧实+压实”。有以下优点:铸型轮廓清晰,表面硬度高且均匀,起模斜度小,型板利用率高,工艺装备磨损小,铸型表面光洁度高,铸型型废率低。因此,是目前最新、最先进的造型工艺,并已成为当今的主流紧实工艺。
当前,国外比较有名的制造静压造型设备的厂家有德国的 KW公司、HWS公司和意大利萨威力公司。国内汽车铸造厂家大都选用HWS公司或KW公司制造的设备,如一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西三联、广西玉柴、无锡柴油机厂等。
2. 近净形技术发展趋势
铸造成形工艺
消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造,被铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。该工艺的方法是采用无粘结剂干砂加抽真空技术。我国有一百多家企业用该工艺生产箱体类、管件阀体类、耐热耐磨合金钢类等三大类铸件,总产量超过10万t。今后,该工艺将大量采用快速制造技术和模拟仿真技术,以缩短生产准备周期,实现铸件的快捷生产。
熔模精密铸造成形型工艺
熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。汽车产品材料有碳素钢、合金钢、有色合金与球墨铸铁。国外有高合金钢、超合金材料。熔炼设备国内采用普通、快速中频炉;国外采用真空炉、翻转炉、高频炉技术。熔模精密铸造技术成型工艺将来的发展趋势是产品离商品越来越近,传统的精铸件只作为毛坯,已经不适应市场的快速应变;产品的复杂程度和质量档次越来越高;研发手段越来越强,专业化协作开始显现,CAD、CAM、CAE的应用成为产品开发主要技术。
3. 制芯技术的发展趋势
目前,国内外汽车铸造制芯有三种制芯工艺,在现代汽车铸造中常并行采用的主要工艺有热芯盒制芯、壳芯制芯、冷芯盒制芯等,传统的合脂或油砂制芯已被淘汰。
制芯工艺技术有以冷芯盒技术为主的发展趋势。一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西国际铸造公司等均采用冷芯盒制芯技术。
4. 铸铁熔炼技术的发展趋势
目前,国内外铸铁熔炼技术有两种主要方式:一是采用大型热风除尘冲天炉与工频保温炉双联熔炼工艺;二是采用中频感应电炉熔炼工艺技术。
美国因达公司和彼乐公司生产的中频炉技术开始越来越受到重视,该技术日益成熟,其清洁、环保、节能、高效、安全的优势突出,是今后发展的方向。一汽铸造公司、东风汽公司采用因达公司和彼乐公司生产的中频炉和保温炉技术。已经开发与应用的球化剂、孕育剂、蠕化剂和其他各种添加剂产品,形成商品化、标准化、规格化、系列化。
5. 合金气缸体、气缸盖压铸成形技术
铝合金是汽车上应用最快和最广的轻金属,因为铝合金本身的性能已经达到质量轻、强度高、耐腐蚀的要求。最初,铝合金仅用于一些不受冲击的部件。后来,通过强化合金元素,铝合金的强度大大提高,由于质轻、散热性好等特性,可以满足发动机活塞、气缸体、气缸盖在恶劣环境下工作的要求。铝合金气缸体、气缸盖压铸成形核心技术可以提高净化、精练、细化、变质等材质质量控制,使得铝铸件质量达到一致性和稳定性。
随着我国汽车业的发展,特别是家用轿车的快速增加和汽车部件出口的增大,汽车铝铸件将有很大的增长。铝气缸盖成形工艺主要有两种,一是以欧美为代表的重力铸造成型工艺,上海皮尔博格、南京泰克西等公司,选用意大利法塔公司重力铸造机生产铝气缸盖。二是以日韩为代表的低压铸造成型工艺,东风日产发动机分公司铝压铸车间、广东肇庆铸造公司、天津丰田铸造公司,选用日本新东等公司低压铸造机生产铝气缸盖。
6. 半固态压铸成型技术
半固态技术发源于美国,因此在美国这一技术已经基本成熟,处于全球领先地位,被称之为21世纪最有前途的材料成形加工工艺。Alumax公司率先将该技术转化为生产力,生产的铝合金汽车制动总泵体毛坯尺寸接近零件尺寸,加工量占铸件质量的13%,同样的金属型铸件的加工余量则占铸件质量的40%。20世纪80年代以来,欧洲等国在半固态应用方面作了大量研究和应用工作。
7. 铸铁材质的发展趋势
薄壁高强度灰铸铁件技术
灰铸铁件在汽车上大量应用,由于该材料具有低的成本和良好的铸造性能优势。随着汽车技术轻量化要求,灰铸铁的增长和发展将受到一定的影响,因此加强薄壁高强度气缸体、气缸盖铸件技术的开发与应用将是发展趋势。
蠕墨铸铁技术
蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度,与灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力及铸造性能,有好的塑性和耐热疲劳性能,可以解决大马力气缸盖的热疲劳裂纹问题。蠕墨铸铁广泛应用的巨大潜在市场是在汽车业,其主要产品则是发动机气缸体和大功率柴油机气缸盖铸件。随着汽车轻量化和比功率(kW/排量)的提高,气缸体和气缸盖的工作温度越来越高,许多部位的工作温度超过200 ℃,在此温度下,铝合金的强度大幅度下降,而蠕铁则具有很大的优势。
球墨铸铁技术
球墨铸铁由于其高强度、高韧性和低价格,所以在汽车市场上仍有很大发展。汽车铸造业球铁主要有4类产品技术工艺的发展趋势。一是铸态珠光体、高强度的载货车和轿车曲轴,铸态铁素体、高伸长率的汽车排气管和桥壳底盘类铸件;二是保安类铸件,铸态生产轿车转向节;三是耐热球铁件,高硅钼、中硅钼、高镍球铁,该材质生产的排气管件;四是奥贝球铁,主要用于生产曲轴等产品。除上述外,汽车铸造厂已经生产出铸态球铁冷激凸轮轴。
8. 铸造过程计算机应用技术发展趋势
随着汽车铸造技术的快速发展,为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险,采用快速原型技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术的应用越来越广。快速原型技术应用开发新产品试制用的模样及熔模铸造的蜡模外,还可以制做酚醛树脂壳型、壳芯,可以直接用来装配成砂型。模拟造型过程正在成为国际汽车铸造关注的前沿领域之一。应用Magma、华铸软件对新产品的铸件充型、凝固的温度场和流动场模拟分析处理,预测和分析铸件的缺陷。
9. 铸造检测技术
无损检测技术的应用越来越广,对重要件时常采用荧光磁粉检测表面裂纹;采用超声波或音频检测球铁的球化率;涡流检测铸件的基体组织(珠光体含量)。为满足重要件检测的要求,有的将上述三项检测仪器组合成一条自动检测线。
10. 绿色铸造技术发展趋势
“绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源效率最高。铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业,要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使用。

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2019年9月16日 15:50