熔模铸件缺陷分析及对策PPT幻灯片

2006.4.1,熔模铸件缺陷分析及对策,马吉生,介绍,1977年毕业于清华大学机械系铸造专业中国铸协精铸分会副秘书长中国铸协教育培训委员会委员北京亚新科天纬公司精铸高级工程师人力资源高级顾问联系电话:83693240(O)63851604(H),精铸件常见缺陷分析和对策,缺陷分析,铸件尺寸精度超差铸件表面粗糙铸件表面缺陷：粘砂、夹砂、鼠尾与凹陷麻点、鼓胀、金属刺、金属珠孔洞类缺陷：缩孔、缩松、气孔、渣气孔裂纹缺陷：冷裂、热裂其它缺陷：铸件脆断、变形、表面脱碳。,铸件质量:铸件质量标准:,产品质量(狭义的)工程质量(广义的),国标(GB)国际标准(ISO)行业标准企业内控标准,前言,铸件质量标准定量地表示铸件满足一定要求的适应程度。,铸件精度标准铸件表面质量标准铸件功能质量标准,前言,铸件缺陷,广义的铸件缺陷指铸件质量特性没有达到等级标准，铸造厂质量管理差，产品质量得不到有效保证。（工程质量问题）,狭义的铸件缺陷是铸件可检测出的：如尺寸和重量超差、材质不符合验收技术条件。（产品质量问题）,使用可熔(溶)性一次模和一次型(芯)，不用开型起模，无分型面。采用涂料浆制型壳，涂层对蜡模（易熔模）复印性好。采用热壳浇注,金属液充型性好。,熔模铸件缺陷分析及对策,熔模铸造的工艺特点归纳起来为三点：,熔模铸造工艺的局限性,1、工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素多。,2、原辅材料种类多，不宜控制其质量的好坏，不同程度的影响铸件质量。,熔模铸造工艺的局限性,3、适宜中小型铸件，有一定的限制。,4、生产周期长。,5、铸件的冷却速度较慢，易产生铸件晶粒粗大，碳钢件还容易形成表面脱碳层。,一、铸件尺寸超差,影响铸件尺寸变化的因素有五个方面:,、铸件形状、大小和结构、压型、制易熔模、型壳、浇注工艺,熔模铸造生产铸件尺寸变化过程：,1、模料及制模工艺对铸件尺寸的影响,(1)模料的影响：填充蜡，非填充蜡，再生蜡,(2)造成熔模尺寸偏差的制模工艺因素：压注设备、压蜡温度、压注压力、流动速度，保温时间、压型温度、开型时间、冷却方式、室温等因素波动而造成。,铸件尺寸超差,铸件尺寸超差,压注时间：压注时间包括充型，压实，和保压三个时间段。延长压注时间可减小收缩率。压蜡温度;(与压注时间长短有关）压注时间短时，压蜡温度上升收缩率增大，压注时间长（增加到35秒以上）随着压蜡温度上升蜡模收缩率反而变小。压注压力：压力增大收缩率略有减小，压蜡温度高时压力增大的效果会更明显一些。（但延长压注时间会减小压力的影响）流动速度：改变注蜡口截面积。改变压蜡机模料流速的设定，此方法对蜡模收缩率影响较小。压注设备：压蜡机冷却系统对蜡模收缩率可能产生0.3%的影响。压型温度高，蜡模冷却慢，收缩大。起模时蜡模温度高，收缩就大（此时蜡模处在自由收缩状态），反之则小。其它,根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理的压注工艺参数。,2、为了减少熔模尺寸偏差对铸件尺寸的影响，应注意以下几个方面：,采用线收缩小的模料，且注意保持模料的工艺性能。,铸件尺寸超差,保证工作环境温度、恒温，并注意对尺寸精度要求高的熔模取模后的存放时间。,手工压蜡时，注意锁紧力的均匀、注射力、保压时间及取模时间的合理。,铸件尺寸超差,型壳热膨胀影响铸件尺寸，而型壳热膨胀又和制壳材料及工艺有关。,铸件尺寸超差,3、制壳材料及工艺对铸件尺寸的影响,常用制壳耐火材料部分性能,对熔模铸造型壳影响其热膨胀的首先是所用的耐火材料，它直接影响着铸件尺寸，耐火材料膨胀系数大的，对铸件尺寸精度影响就越大。,铸件尺寸超差,浇注时型壳温度、金属液浇注温度、铸件在型壳中的位置均会影响铸件尺寸。,铸件尺寸超差,4、浇注条件对铸件尺寸的影响,浇注时型壳温度在室温至900之间变化时，铸件尺寸变化将达1.5%。,金属液浇注温度改变了型、芯的过热情况，从而使金属冷却时受阻程度不同造成铸件尺寸的波动。,铸件尺寸超差,相同铸件处于不同浇注位置时，金属液实际温度及铸件所受压力均不相同，也会引起尺寸的波动。,熔模铸件表面应光洁，表面粗糙度应为Ra3.20.8m。,二、铸件表面粗糙,铸件表面粗糙是指熔模铸件表面粗糙度达不到要求。,1、影响熔模表面粗糙度的因素,压型表面粗糙度压制方式（糊状模料压制或液态模料压制）压制工艺参数,模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方式的关系,铸件表面粗糙,压制工艺参数,采用糊状模料压制熔模时，模料温度、压型温度、压注压力、保压时间等都会对熔模表面粗糙度产生很大的影响。,铸件表面粗糙,模料温度和压型温度低，压注压力小。保压时间短及压射速度慢均会使所制熔模表面粗糙度高。,铸件表面粗糙,要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个方面：,讲究压型制作质量。根据熔模结构,大小,形状的不同,合理选择压制工艺参数。注蜡道尺寸应根据熔模大小合理设计。,在熔模表面粗糙度合格的条件下型壳表面粗糙度将成为影响铸件表面粗糙度的另一个重要因素。,铸件表面粗糙,2、影响型壳表面粗糙度的因素,影响型壳表面粗糙度的因素主要有面层涂料对熔模的湿润性，即复印熔模的性能；其次是涂料的粉液比要足够高，使制得的面层致密；第三是面层的干燥条件。,对熔模表面应清洗干净，去除油等物质。对水基粘结剂水玻璃、硅溶胶的涂料加入适量的润湿剂（表面活性剂）。面层涂料的回性面层涂料配制好后，不能马上使用，要经过12小时左右的回性使粘结剂与耐火粉料充分湿润后再用。,铸件表面粗糙,涂料的湿润性,为使涂料能很好的湿润熔模，应注意以下几个方面：,铸件表面粗糙,硅溶胶和硅酸乙酯水解液粘结剂本身粘度小，故配制的面层涂料粉液比较高。,面层涂料粉液比对型壳致密性的影响,水玻璃粘结剂因自身粘度高，故水玻璃涂料粉液比很低，但也可以通过降低水玻璃密度：1.261.28g/cm3，模数M3.03.2及采用级配石英粉来提高粉液比。,关于级配粉对面层涂料的作用级配粉是按照一定要求配制的粒度分布合理的耐火材料,粒度有粗、有细，分布分散，平均粒径适中，用级配粉配制的涂料在高粉液比的条件下，仍有适宜的涂料粘度和良好的流动性。,铸件表面粗糙,面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度的影响,面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度也有很大影响：,铸件表面粗糙,对于水玻璃型壳，面层制好后，硬化前应先进行12小时以上的自然干燥，使其面层中的溶剂缓慢的挥发一部分，以缓冲型壳放入硬化液中的硬化速度，减少对型壳表面粗糙度的影响.,对于硅溶胶型壳，面层的干燥应在湿度相对高些55%70%，温度2426（恒温条件下）及风速1米/秒的工艺条件下进行面层的干燥。,铸件表面粗糙,3、金属液精确复型的影响因素足够高的型壳温度适宜的浇注湿度,浇注和金属液凝固过程中，铸件表面会氧化，而造成铸件表面粗糙。金属液的二次氧化物与型壳中的氧化物有可能作用，增高铸件的表面粗糙度。,铸件表面粗糙,4、其它影响铸件表面粗糙度的因素,金属液凝固过程中的二次氧化的影响,采取铸件在保护气氛下冷却是防止上述不良因素和获得优质铸件表面很重要的一环。,采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度较好的方法。,喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙度好2级以上。,铸件表面粗糙,清理对熔模铸件表面粗糙度的影响清理对熔模铸件表面粗糙度的影响也很大，应注意以下几个方面：,铸件的热处理应采取防氧化保护措施，以免因铸件表面氧化而增加铸件表面粗糙度。,整组铸件组振壳后，先喷丸再切割，个别清不到的地方采用喷砂处理。减少或不用在抛丸滚筒中进行清理。,铸件表面粗糙,1、粘砂,三、铸件表面缺陷,铸件表面缺陷,特征：粘砂是熔模铸造中常见的一种表面缺陷。它的特征是在铸件表面上粘附一层金属与型壳的化合物或型壳材料。,铸件表面缺陷,面层为硅砂粉的型壳，浇注铸钢件时，由于型壳中存有氧化性气氛，使金属表面氧化：2Fe+O2=2FeO(氧化亚铁)（液、固）（气）（液、固）,形成原因：,氧化亚铁(FeO)与硅酸粉中的主要矿物成分石英相作用发生下列反应：2FeO+SiO2=2FeOSiO2(硅酸亚铁),铸件表面缺陷,铸件表面缺陷,生成的硅酸亚铁（铁橄榄石)FeOSiO2熔点仅1205C，在高于熔点温度时，有很好的流动性，能湿润溶解石英，型壳表面被硅酸亚铁腐蚀后，颗粒间孔隙则不断扩大，FeOSiO2进一步渗入，凝固后将砂粒和铸件粘结在一起，形成了化学粘砂。,在金属液中镍、铬、钛、锰等合金元素易氧化。他们的氧化物在高温时与型壳中SiO2反应生产低熔点化合物，造成化学粘砂。,当石英粉中存在金属氧化物Fe2O3等有害杂质时,会显著降低型壳耐火度，使粘砂更为严重。,铸件表面缺陷,铸件表面缺陷,浇注温度过高，钢水氧化，与型壳发生界面反应,造成化学粘砂。,浇注系统设计不合理，造成型壳局部过热，也会造成化学粘砂。,防止措施,严格控制面层涂料及撒砂中的杂质含量，特别是Fe2O3含量。正确选择型壳耐火材料，做高锰钢和高温合金钢铸件时，面层涂料、撒砂应选用中性耐火材料为宜，如电熔钢玉或锆英砂粉等。,铸件表面缺陷,合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免金属液氧化并充分脱氧、除气。,在可能的条件下，适当降低金属液浇注温度，薄壁件以提高型壳温度，尽量做到出壳后马上浇注为宜。,铸件表面缺陷,改进浇注系统，改善型壳散热条件，防止局部过热。,2、夹砂、鼠尾,铸件表面缺陷,铸件表面缺陷,特征:,夹砂铸件表面局部呈翘舌状金属疤块，金属疤块与铸件间夹有片状型壳层(砂),又称结疤夹砂。,铸件表面缺陷,鼠尾铸件表面呈现条纹状沟痕。夹砂鼠尾是熔模铸造中常见的表面缺陷，常出现在铸件大平面或过热处。,型壳分层，主要有以下几种情况:面层涂料撒砂后干燥、硬化不良。面层撒砂太细，过度层撒砂太粗，造成过度层与面层结合不好及砂中粉尘太多。,铸件表面缺陷,形成原因:,涂下层时，上层存在浮砂未清除。,涂料粘度过大，涂料流动性不好，产生局部堆积造成硬化不良。,铸件表面缺陷,残余硬化液作用在下层涂料上，使涂料两面硬化，但两面都硬化不透，使涂料本身形成未硬化的夹层。,防止措施:,面层型壳充分干燥，硬化。降低第二层涂料粘度,防止面涂料堆积。面层撒砂不易过细，层间撒砂粒度差不易过于悬殊。砂中粉尘含量及含水量要尽量小，并注意涂料前的浮砂去除。,铸件表面缺陷,必要时，在大平面结构的铸件上加设工艺筋、工艺孔，防止型壳分层导致铸件产生此类缺陷。,型壳过湿不宜高温入炉焙烧。,尽量避免铸件的大平面结构平面向上或平面浇注。,铸件表面缺陷,3、麻点:,铸件表面缺陷,铸件表面上有许多密集的圆形浅洼斑点，称为麻点缺陷。此类缺陷常出现在含Cr20%,Ni8%时，凝固时间延长，流动性又有所改善。Ni、Mn、Cu都能降低熔点而提高流动性。加钛形成难熔质点，影响钢的流动性。,其它类缺陷,2、由于含铬量高，在浇注过程中钢液表面容易生成氧化铬膜，使铸件产生氧化斑疤、冷隔、表面皱皮和夹杂等缺陷。钢液温度及浇注温度越低，浇注时间越长，氧化现象越严重。,其它类缺陷,经验表明：提高钢水温度，液体表面氧化膜逐渐消失，可明显减少铸件斑疤。,适当提高浇注温度（不低于1530）并缩短浇注时间。,浇注系统的截面尺寸应比碳钢件大30%-50%为宜。,其它类缺陷,3、不锈钢的体收缩均较大，易产生缩孔缩松。从补缩角度出发，铸件应依体顺序凝固条件，其冒口尺寸比碳钢件大20%-30%。,其它类缺陷,4、铸造收缩率：马氏体组织的不锈钢与碳钢近似（1.7%-2%）铁素体组织的不锈钢为1.4%-1.6%奥氏体组织的不锈钢为2.1%-2.3%,增大铸造圆角,5、不锈钢具有较大的热裂倾向，尤其是高铬和铬镍不锈钢热裂倾向更大。,加强型壳的退化性,其它类缺陷,高铬钢及铬锰不锈钢还容易产生冷裂，应采取相当措施。（如适当降低浇注温度、减缓体收缩率、合理设置浇注系统避免局部热点、改进熔炼工艺、减少金属液含气量等。）,其它类缺陷,3蜡模的存放时间、室温、码放。,一、模料及蜡模,1模料的溶化温度90。,2模料的处理a.先静置，后脱水（120）b.静置时间长些，尽量减少蜡料的脱水搅拌时间（防止氧化）。,硅溶胶工艺生产中应注意的问题,6注意组焊质量及清洗、脱脂，表面毛化效果，避免清洗液（丙酮、丁酮）污染涂料或使用水基清洗剂。,4注意模头的质量，要讲究。,5讲究模具的质量，尽量减少蜡模的修整。（正确的使用方法，定位方式，保管保养）,硅溶胶工艺生产中应注意的问题,二、制壳：,1涂料的配制与回性。,严格按工艺配制，特别是面层涂料。,充分搅拌，并用手将粉团打开。,加入表面活性剂的次序。,回性12小时以上。,每天调整涂料，补加蒸馏水，每月定期更。,停电时人工搅拌，防止胶凝，清理困难。,配套浆桶，一序两个为宜。,硅溶胶工艺生产中应注意的问题,注意选择粉、砂的粒度，使其层层之间结合好。,浮砂的清除，（沾浆前）。,深孔、槽的涂、挂质量，必要时可在三层后填入干砂，脱蜡时将封口打洞，以免负压造成芯子断裂。,硅溶胶工艺生产中应注意的问题,封浆的目的及正确的工艺方法。,硅溶胶的选择，面层要粘度低的，提高粉液。,2-3层粘浆前的强化处理，提高型壳连续性及致密度。,环境条件的三大要素：温度、湿度及风速。,硅溶胶工艺生产中应注意的问题,4蒸汽锅