馬永威,王建榮
(中車戚墅堰機(jī)車有限公司,江蘇常州 213011)
侵入性氣孔主要從孔洞位置、形狀和分布等外觀特征進(jìn)行鑒別,見圖1。
圖1 侵入性氣孔外觀特征
(1)形狀:一般呈圓形、橢圓形;當(dāng)呈梨形時(shí),尖端所指方向即為氣體侵入方向;氣體過多時(shí)形成蜂窩狀;澆注時(shí)嚴(yán)重沸騰則會(huì)造成鑄件不成形。
(2)孔壁表面面貌:內(nèi)壁光滑。對(duì)于鑄鐵件,侵入氣體主要成分為CO 時(shí),孔壁呈藍(lán)色;主要成分為H2時(shí),孔壁呈金屬本色;主要成分為H2O 時(shí),孔壁呈氧化色而發(fā)暗。
(3)尺寸:體積較大,一般來說,其最大直徑總在幾毫米以上。
(4)位置:通常在鑄件澆注位置的上表面,靠近鑄型或砂芯的表面。
(5)分布:大多數(shù)情況下是單個(gè)或幾個(gè)氣孔局部存在,有時(shí)可聚集成蜂窩狀氣孔,但很少形成彌散狀氣孔。
澆注過程中,由于金屬液的熱作用,型腔表面的砂層被急劇加熱,砂層中水分汽化、有機(jī)物的揮發(fā)和燃燒等形成大量的氣體,隨著氣體量的增加,氣體壓力增高,當(dāng)金屬——型(芯)壁的界面上氣體壓力符合P氣>P液+P阻+P腔條件時(shí),氣體進(jìn)入金屬液內(nèi)形成氣孔[1,2]。具體原因主要有以下幾方面。
型(芯)因水分或有機(jī)物加入量高或者沒有烘干,增加了發(fā)氣量,造成金屬——型(芯)壁的界面上氣體壓力增高。例1,用粘土砂濕型、干芯橫做立澆工藝生產(chǎn)的280 推桿體(圖2),機(jī)加工后因分布于整個(gè)內(nèi)孔、尺寸大且數(shù)量多、形狀呈圓形或橢圓形的氣孔缺陷造成整批鑄件報(bào)廢。經(jīng)過合脂油砂芯和粘土干芯砂對(duì)比、高溫下芯、下芯至澆注間隔時(shí)間、使用未烘干砂芯等工藝試驗(yàn),證實(shí)砂芯種類和下芯時(shí)砂芯溫度等對(duì)氣孔產(chǎn)生的影響不大,產(chǎn)生氣孔的原因是砂芯未烘干。
圖2 280 推桿體工藝簡圖
導(dǎo)致型(芯)排氣能力不足的具體原因有型砂含泥量高、透氣性低、芯頭通氣孔設(shè)置不合理造成型(芯)排氣不暢等,高溫金屬作用產(chǎn)生的氣體不能順利排出,氣體壓力增高。
金屬液的靜壓頭過小,對(duì)氣體侵入的阻力小,使氣體容易進(jìn)入金屬液。濕型澆注時(shí)的箱體鑄件在最高部位經(jīng)常發(fā)生圖3 所示氣孔,檢查發(fā)現(xiàn)上型鑄件最高點(diǎn)到澆口杯之間只有45mm 左右,沒有達(dá)到型腔頂面到澆口杯之間的高度不小于65mm 的要求。
圖3 排糧管氣孔缺陷
另外,澆注溫度過低,使進(jìn)入金屬液的氣體無法逸出也可以形成氣孔。
防止氣孔的產(chǎn)生應(yīng)從減小產(chǎn)生氣孔的氣體壓力P氣和增大氣體進(jìn)入金屬液的阻力(P液+P阻+P腔)及使進(jìn)入金屬液的氣體浮出三方面著手,而且以減小氣體壓力為主。
(1)提高型砂的透氣性,如選用較粗的原砂、降低原砂的灰份含量等,使產(chǎn)生的氣體能較快的排到鑄型外。
(2)人為增加砂型、砂型—砂芯排氣系統(tǒng)的通氣能力。具體措施有砂型扎出氣孔,保證砂型—砂芯排氣系統(tǒng)的暢通等;當(dāng)形成鑄件內(nèi)腔的砂芯的芯頭數(shù)目、大小或部位不能滿足澆注時(shí)的排氣要求時(shí),可以在鑄件合理部位增設(shè)通孔,以增加砂芯芯頭,增強(qiáng)砂芯排氣能力。例如,W32 泵殼采取6# 砂芯側(cè)面的兩個(gè)孔設(shè)置芯頭并做出通氣孔(見圖4),將通氣孔與鑄型通氣孔接通后,增加了砂芯的排氣能力,完全消除了氣孔缺陷。
圖4 砂芯改進(jìn)
(3)減少造型材料的發(fā)氣性,如減少型砂中有機(jī)粘結(jié)劑加入量和控制型砂中的水分等。推桿體砂芯加強(qiáng)烘烤措施實(shí)施后,防止了缺陷再發(fā)生。
(1)加高上型。圖3 的排糧管鑄件加高上型后,使氣體不易侵入,氣孔基本消除。
(2)傾斜澆注。傾斜澆注可以使鑄件大平面部分增加液面上升速度,增加了平面部位的金屬液靜壓力,另一方面可以使大平面逐步充滿,增加型(芯)向型腔排氣的時(shí)間。
(3)采取提高澆注溫度和溢流冒口等措施,使侵入金屬液的氣體所形成的氣泡,再從金屬液中排出。
防止侵入性氣孔主要應(yīng)從工藝設(shè)計(jì)以及原材料、造型材料制備、造型制芯和合型操作的全流程質(zhì)量控制著手,有效降低型(芯)的發(fā)氣量和發(fā)氣速度,增加鑄型(芯)的排氣能力,同時(shí)要針對(duì)性的從加大金屬液的靜壓力,增加氣體進(jìn)入金屬液的阻力和適當(dāng)提高澆注溫度使進(jìn)入金屬液的氣體能逸出等方面著手,防止氣孔的產(chǎn)生。