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技術(shù)應用

鑄件麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的原因及解決方法

1.麻點(diǎn)的特征

麻點(diǎn)通常出現在含wCr<20%、wNi<10%的不銹鋼鑄件上。在鑄件表面上有許多灰黑色的圓形淺凹坑,凹坑的直徑0.3~1.0mm,坑深0.3~0.5mm。

據相關(guān)資料介紹,鑄件未清理前,凹坑中充填著(zhù)熔渣物質(zhì)。經(jīng)巖相分析表明,在缺陷處的熔渣物質(zhì)中有硅酸鐵、硅酸錳及硅酸鉻等化學(xué)物存在。電子衍射結果表明,黑色麻點(diǎn)是由磁鐵礦(Fe3O4)及鐵鉻尖晶石(FeO·Cr2O3)組成。光譜分析結果,在缺陷處金屬成分中硅含量增加,而含錳量極少。

鑄件經(jīng)過(guò)拋丸、噴砂清理后,鑄件表面會(huì )有灰黑色的麻點(diǎn),如圖1所示。

鑄件麻點(diǎn)



圖1鑄件上的麻點(diǎn)

麻點(diǎn)缺陷常出現在鑄件的局部厚斷面、拐角及內孔部位,甚至是鑄件的整個(gè)表面上。

2.產(chǎn)生原因

從上述巖相、電子衍射和光譜分析中可以看出,麻點(diǎn)主要是由于金屬氧化物與型殼材料中的氧化物發(fā)生化學(xué)反應造成的,尤其是型殼面層耐火材料選用不當,或進(jìn)廠(chǎng)的型殼面層耐火材料不符合質(zhì)量要求,或進(jìn)廠(chǎng)后的型殼面層耐火材料管理不善等原因,澆注后更容易在成批鑄件的表面上產(chǎn)生不同程度的麻點(diǎn)缺陷。產(chǎn)生的主要原因如下:

(1)金屬液中的氧化物過(guò)多①爐料中的氧化物過(guò)多。使用感應爐熔煉時(shí),爐料銹蝕較多、較重,或使用回爐料的比例較大,回用的次數較多,均會(huì )增加金屬液中的氧化物。②金屬液脫氧不充分。脫氧劑的選擇要達到既能使金屬液充分脫氧,又能達到脫氧后形成的氧化物熔點(diǎn)低,易于聚集和上浮的目的。脫氧劑的加入量少,金屬加工真不錯影響脫氧效果,金屬加工真不錯使金屬液中殘留過(guò)多的氧化物。③熔煉工藝不當或操作不當,金屬液中的氧化物沒(méi)有除去干凈等;爐料熔化過(guò)程中,金屬液表面裸露的時(shí)間長(cháng),使合金元素的氧化機會(huì )增多。預脫氧后,停電靜置時(shí)間短,金屬液中的氧化物沒(méi)有及時(shí)、完全上??;終脫氧不充分,澆注過(guò)程中產(chǎn)生二次氧化等。

(2)型殼面層材料中的氧化物過(guò)多據相關(guān)資料介紹,由于鋯砂具有導熱性好,蓄熱能力大,耐火度高等優(yōu)點(diǎn),在生產(chǎn)不銹鋼熔模鑄件時(shí),采用鋯砂作為型殼面層耐火材料。純ZrSiO4的耐火度為2000℃以上,但是隨著(zhù)雜質(zhì)含量的增加,耐火度相應下降。當鋯砂中含有Ca、Mg氧化物雜質(zhì)時(shí)分解溫度會(huì )下降到1300℃左右,當含有K、Na氧化物時(shí),其分解溫度會(huì )下降到900℃左右。鋯砂是ZrO2·SiO2二元系中唯一的化合物,其分解時(shí)析出的無(wú)定形的SiO2具有很高的活性,能與金屬中的Cr、Ni、Ti、Mn、Al等合金元素在高溫下發(fā)生化學(xué)反應,致使鑄件的表面產(chǎn)生麻點(diǎn)。

如某熔模鑄造廠(chǎng)生產(chǎn)不銹鋼鑄件,原來(lái)型殼面層材料選用石英砂/粉,嚴重時(shí)鑄件的麻點(diǎn)缺陷約占80%。后來(lái)更換鋯英砂/粉(沒(méi)有進(jìn)行來(lái)料檢驗)和硅酸乙酯水解液作為粘結劑時(shí),鑄件的麻點(diǎn)缺陷有所降低,但仍然在50%左右。當采取來(lái)料檢驗,控制鋯英砂/粉中的氧化物后,鑄件的麻點(diǎn)缺陷不僅數量大幅度較少,而且麻點(diǎn)缺陷的程度也明顯減輕。

(3)與型殼焙燒質(zhì)量有關(guān)型殼充分焙燒可以去除型殼中的水分、殘留蠟料、皂化物、有機物和揮發(fā)物,以及型殼中殘留的氯化銨硬化液和鈉鹽等。如果型殼中殘留這些物質(zhì)(見(jiàn)圖2),就會(huì )在澆注時(shí)使金屬液產(chǎn)生二次氧化,生成大量的氣體或新的氧化物,這些氧化物與型殼中的氧化物產(chǎn)生化學(xué)反應,易在鑄件的表面上生成麻點(diǎn)缺陷。

鑄件麻點(diǎn)


圖2型腔中的殘留物

①皂化物②鹽類(lèi)

(4)與粘結劑有關(guān)目前,熔模鑄造生產(chǎn)中廣泛使用的水玻璃、硅溶膠和硅酸乙酯水解液都屬于酸性粘結劑,其共同特點(diǎn)是能生成酸性氧化物SiO2(即硅酸溶膠)。這種粘結劑適用于澆注碳素鋼、銅和鋁合金鑄件,如果澆注鈦、鉻合金鋼鑄件時(shí),就容易在鑄件的表面上形成麻點(diǎn)缺陷。

3.防止措施

(1)減少、降低金屬液中的氧化物,提高金屬液的質(zhì)量。

第一,選用干燥、潔凈的爐料,控制回爐料反復使用的次數或使用量,避免爐料中的氧化物增多。

第二,采取完全脫氧,先加錳鐵后,加硅鐵脫氧,再加硅鈣脫氧,然后停電靜置2min后,再加鋁終脫氧,出爐、澆注。也可以只選用鋁終脫氧,再補充脫氧。即生產(chǎn)中終脫氧采用二次加入法,第一次爐內終脫氧,加入量為0.10%~0.12%(鋁的加入量與爐料的銹蝕有關(guān),爐料銹蝕嚴重時(shí),加入量取上限;反之取下限)。第二次在澆包中加入補充脫氧,用鋁0.02%~0.05%為宜;

第三,制訂合理的熔煉工藝和澆注工藝,,并嚴格執行,如出鋼前的鎮靜時(shí)間要能夠使氧化物充分上浮,扒渣要凈,及時(shí)清除已產(chǎn)生的氧化物;在澆包中加入草木灰,必要時(shí)采用真空澆注,防止金屬液的二次氧化等。

有的資料提出,在型殼填砂材料中加入木炭粉,或把石墨、瀝青等碳質(zhì)材料加入制殼材料中,或澆注前在型殼中加入四氯化碳,或澆注后立即將型殼置于還原氣氛中,如加木屑或廢蠟再蓋箱密封冷卻,或降低熔煉溫度等措施,以減少或降低麻點(diǎn)。筆者認為選用這些措施時(shí),即要充分考慮其在批量生產(chǎn)中的可行性、合理性,又要考慮其對作業(yè)環(huán)境的污染,以及對操作者身體健康的影響等因素。

(2)合理選用型殼材料,并確保其質(zhì)量。

第一,選用型殼材料,如鋯石英砂/粉的質(zhì)量必須滿(mǎn)足工藝要求,尤其是面層耐火材料中含有的氧化物必須在工藝范圍內,金屬加工真不錯尤其是氧化鐵等氧化物的含量不能超標,過(guò)高的Fe2O3含量將加劇麻點(diǎn)的產(chǎn)生。

第二,對進(jìn)廠(chǎng)的原材料要進(jìn)行檢驗,合格后方可進(jìn)廠(chǎng)、入庫。對庫存的原材料要定期復驗,不合格的面層材料不能使用。

(3)選擇合理的型殼焙燒工藝,并嚴格執行。

焙燒型殼的目的是從型殼中除去揮發(fā)性的物質(zhì)(如殘留的水分、鹽分、模料等),進(jìn)一步提高型殼的質(zhì)量。生產(chǎn)中常采用的型殼焙燒工藝:溫度為850~900C,時(shí)間為2~4h(時(shí)間與裝爐量有關(guān))。

型殼焙燒質(zhì)量的好壞可以從型殼外觀(guān)的顏色判斷。如果型殼呈深灰色,則說(shuō)明型殼中有較多的碳分,說(shuō)明型殼焙燒不充分;如果型殼內表面或斷面呈白色、粉白色或粉紅色,則說(shuō)明焙燒的質(zhì)量好。焙澆過(guò)的型殼應及時(shí)進(jìn)行澆注。如果存放時(shí)間過(guò)長(cháng),在澆注前應再次進(jìn)行烘焙(不是焙燒)。型殼不能多次焙燒,每焙燒一次,就會(huì )增加或加大型殼上的裂紋。

(4)使用中性或堿性粘結劑。

不銹鋼熔模鑄件產(chǎn)生麻點(diǎn)的主要原因:首先是金屬液和型殼面層耐火材料中含有較多的氧化物,其次是型殼焙燒不良,再次是粘結劑的種類(lèi)。當采用前三項措施仍然效果不理想時(shí),才可以考慮采用中性或堿性粘結劑。中性粘結劑有鋁、鉻、鋯等金屬鹽類(lèi),如硝酸鋁Al(OH)2NO3、堿式氯化鋁Al(OH)2Cl、堿式硝酸鉻Cr(OH)2NO3等。堿性粘結劑主要是鎂、鈣等金屬鹽類(lèi),如Ca(NO3)2、Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2等。

4.小結
(1)麻點(diǎn)是鋼液中鐵、鉻、硅、鋁的復雜氧化夾雜物在鑄件表面的聚集物。
(2)防止麻點(diǎn)產(chǎn)生的主要措施是熔煉中要充分完全地脫氧,并使脫氧產(chǎn)物易于上??;在鑄型冷卻過(guò)程中要防止鑄件表面的二次氧化。
(3)嚴格執行型殼的焙燒工藝


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