田 斌,張朋濤,范國(guó)均,朱永輝,吳龍祥,劉敏娟,靖 林,崔兵濤
(中冶陜壓重工設(shè)備有限公司,陜西富平 711711)
在鑄造生產(chǎn)中,鑄件的淺表層容易產(chǎn)生一種似水浪波紋或雞爪子形狀的裂紋,所以稱為波浪紋或水波紋,有的又似烏龜背上的花紋,所以又稱龜裂。龜裂已嚴(yán)重影響了鑄件的光潔度,破壞了鑄件的型線精度,影響了鑄件的耐空蝕性。
鑄件在澆注過(guò)程中,金屬液面容易受大氣的氧化而形成一層氧化膜。新的鋼液不斷補(bǔ)充,如其熱量不足以使氧化膜重熔,則至使氧化膜全部堆積在鑄件與砂型的分界面,此處冷卻速度大,金屬凝固快,終至使鑄件表面產(chǎn)生龜裂。
氧化膜的生成過(guò)程可用下列反應(yīng)表達(dá):
從鑄件的龜裂表面取樣,用X光結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)分析及金相分析,證明氧化膜組成為:α—Fe、γ—Fe2O3及FeOSiO2.
提高澆注溫度或增大鑄件的加工余量。但是,實(shí)際生產(chǎn)中,澆注溫度提高太多又會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題,如熱裂、疏松、粘砂等;而增大加工余量不僅增加了生產(chǎn)周期和加工費(fèi)用且僅對(duì)于全加工件適用,而對(duì)于難以加工的形狀復(fù)雜件,表面光潔度和型線精度要求高的鑄件不適用。
在此種情況下,研究采用在鑄型型腔中造成還原性或中性氣體防止氧化膜的產(chǎn)生來(lái)保護(hù)鋼水不被氧化,從而消除龜裂??捎脕?lái)生成還原性或中性氣體的物質(zhì)很多,如:C、Ca、Mg、Al、Si、B及 Ti等,但其中大多數(shù)元素在鋼中易形成夾渣、夾雜物或氣體,如 Al-Mg、Fe-Si、Mg-Si、SiCa、TiC、ZrC、TiB、CO及H2等,此外CO有害人體健康,H2容易爆炸,很難在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生作用。實(shí)踐證明,在生產(chǎn)中比較可行的是氬氣或者氮?dú)馀c有機(jī)物。氬氣和氮?dú)獗戎乇容^大,充入型腔可趕跑空氣占據(jù)型腔的空間,保護(hù)鋼水不被氧化,從而防止氧化膜的產(chǎn)生消除龜裂。另一種是使用有機(jī)物的方法。有機(jī)物的主要成分是C及H,要求是造成還原性或中性氣體又不能發(fā)氣量過(guò)大,以免產(chǎn)生氣孔。幾種有機(jī)物發(fā)氣量的比較大致為:酚醛樹(shù)脂∶殘油∶乙醇脂為1∶1.5∶2,可見(jiàn)第一種比較理想。酚醛樹(shù)脂用酒精稀釋混為涂料,噴涂于砂芯表面后烘干或者點(diǎn)燃,當(dāng)鋼水與其接觸時(shí),即產(chǎn)生一層還原性氣體,保護(hù)鋼水不受氧化,從而消除龜裂。
以下是對(duì)兩種公司產(chǎn)品(日本磨煤機(jī)):MHA2302.03-1磨臺(tái)和MHA2302.00-2輥門的生產(chǎn)實(shí)踐。
2.1.1 磨臺(tái)生產(chǎn)的充氬實(shí)例
1)磨臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析
該鑄件材質(zhì)為ZG 270-500,外形尺寸大,且內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非加工面較多。所以可以采用充氬保護(hù)鑄型型腔來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。
2)磨臺(tái)的生產(chǎn)工藝流程
磨臺(tái)的工藝流程如圖1所示。
相對(duì)與原生產(chǎn)工藝,現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝只在原工藝的基礎(chǔ)上增加了一步就是在造型完畢后,對(duì)鑄型充一定量的氬氣來(lái)趕跑型腔內(nèi)的空氣。此次生產(chǎn)的6件磨臺(tái)在澆注前都對(duì)型腔充氬氣,時(shí)間均為90 s左右,鋼水出鋼后鎮(zhèn)靜10 min左右,使?jié)沧囟瓤刂圃?550℃左右。澆注完畢后,根據(jù)工藝對(duì)鑄件保溫6 d后進(jìn)行清砂。
3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖2 為清砂后經(jīng)過(guò)粗磨的磨臺(tái),并經(jīng)過(guò)專業(yè)探傷人員進(jìn)行著色探傷未發(fā)現(xiàn)表面有龜裂現(xiàn)象,且鑄件的表面、內(nèi)腔光滑。
圖1 改進(jìn)后磨臺(tái)的生產(chǎn)工藝
圖2 經(jīng)粗磨的磨臺(tái)
2.1.2 輥門生產(chǎn)中涂敷涂料的實(shí)例
1)輥門的結(jié)構(gòu)分析
該鑄件材質(zhì)為ZG 230-450,外形尺寸不大但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非加工面較多。所以可以采用對(duì)砂型型腔和砂芯表面涂敷有機(jī)涂料來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。
2)輥門的生產(chǎn)工藝流程
輥門的生產(chǎn)工藝流程與磨臺(tái)的生產(chǎn)工藝流程差不多,只是對(duì)砂型型腔和砂芯表面涂敷有機(jī)涂料與鋼水接觸生成還原性氣體。涂料的主要涂敷方法有刷、浸、噴、流、靜電噴等。由于我們車間的生產(chǎn)模式為單件小批量生產(chǎn),所以采用手工涂刷的方法。此次生產(chǎn)的18件輥門在澆注前都對(duì)型腔和砂芯涂刷有機(jī)涂料,然后使用點(diǎn)燃的方法讓乙醇充分燃燒等待澆注。鋼水出鋼后鎮(zhèn)靜10 min左右,使?jié)沧囟瓤刂圃?550℃左右。澆注完畢后,根據(jù)工藝對(duì)件保溫2 d后進(jìn)行清砂。
3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖3 為清砂后經(jīng)過(guò)粗磨的輥門,并經(jīng)過(guò)專業(yè)探傷人員進(jìn)行著色探傷未發(fā)現(xiàn)表面有龜裂現(xiàn)象,且鑄件的表面、內(nèi)腔光滑。
圖3 經(jīng)粗磨的輥門
生產(chǎn)實(shí)踐證明在鑄件型腔內(nèi)充入氬氣趕跑了空氣,占據(jù)了型腔的空間,保護(hù)鋼水不被氧化,從而防止氧化膜的產(chǎn)生,很好地消除了鑄件的淺表層龜裂。普通鑄造生產(chǎn)使用有機(jī)涂料也可以解決龜裂問(wèn)題。涂料能消除鑄件的龜裂,也能填塞砂型和砂芯表面空隙,在鑄件與金屬液之間建立起一道有效的耐火屏障,避免鑄件產(chǎn)生機(jī)械粘砂、化學(xué)粘砂,使鑄件表面粗糙度得到較好的改善。
但是如果涂料使用不當(dāng),會(huì)帶來(lái)許多負(fù)面影響。如涂敷涂料為水基涂料就應(yīng)盡快烘干;如涂敷涂料為醇基涂料,就應(yīng)在施涂后立即點(diǎn)火。否則就有可能使砂型和砂芯表面軟化,有可能澆注時(shí)掉砂造成鑄件夾砂等鑄造缺陷。所以除普通鑄件采用涂料外,在實(shí)際鑄造生產(chǎn)中大多采用對(duì)鑄型型腔充氬氣來(lái)減少鑄件的淺表層龜裂和改善鑄件的表面質(zhì)量。
[1]第一重型機(jī)械廠,哈爾濱工業(yè)大學(xué)編.大型鑄鋼件生產(chǎn)[M].北京:人民出版社,1979.
[2]李龍盛.鑄鋼手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.
[3]李傳栻.鑄造工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.