不锈钢熔模铸造缺陷分析及质量控制

1、不锈钢熔模铸造缺陷分析及质量限制熔模铸造的工艺流程通常为：压型制造一蜡模压制-蜡模组装-浸涂 料一撒砂-硬化及枯燥一脱蜡一焙烧一浇注一落砂及清理.由于其工艺环节较多,过程较复杂,因而最终铸件的品质受诸多因素的影响很 大,不易进行限制.结合不锈钢熔模铸造生产过程中出现的假设干缺陷 类型,探讨、分析不锈钢熔模铸造过程中品质限制的关键环节.1、典型缺陷及其成因1外表麻坑在生产中,有时发现成批铸件外表出现麻坑见图 1-1.呈规那么的半 球形小坑,凹坑直径为013018mm 013015mm麻坑在铸件局部 呈密集状分布.该缺陷虽不影响铸件使用性能,但无法修整,严重影响 了铸件的外表品质,导致铸件成批报废

2、.对该缺陷进行能谱分析见 图1-2 ,结果说明该缺陷位置存在着微量的 Mg Ca等元素.| QQ J_ J QQi 1 JU I, /*图1-1铸件外表麻坑缺陷图1-2麻坑缺陷位置的能谱分析该外表麻坑缺陷产生的主要原因是面层型壳材料不合格. 在铸造生产中多采用错砂作为型壳面层耐火材料,其导热性好,蓄热水平大,耐火 度高,热震稳定性好.纯ZrSiO4的耐火度在2000c以上,但随着杂质 含量增加,耐火度相应下降.当错砂中含有氧化物杂质时,其分解温度 会下降,如含有Ca Mg氧化物时,分解温度会降至1300c左右,当含 有K、Na氧化物时,其分解温度会降至900c左右1,2.错砂是ZrO2 ? S

3、iO2二元系中唯一的化合物,但其分解时析出的无定形 SiO2具有 很高的活性,能与金属中的Cr、Ni、Ti、Mn Al等合金元素在高温 下发生化学反响,致使铸件外表产生麻坑缺陷,恶化铸件的外表品质.2黑点不锈钢铸件加工或抛光后,在加工外表位置时,会出现分散的规那么球状的黑点缺陷见图1-3,其缺陷位置的能谱分析见图1-4.可见该黑点缺陷存在Q Si、Mn等元素.图1-3铸件黑点缺陷图1-4黑点缺陷位置的能谱分析该黑点缺陷产生的原因可能是由于钢液中存在有非金属夹杂物主要是金属元素的氧化物、硫化物和硅酸盐而导致的.非金属夹杂物 的来源既有外来的,如金属炉料带入的泥沙杂质,从炉衬耐火材料上 剥落下来的

4、碎粒以及在浇注过程中型壳被钢液冲刷下来的碎砂等；也有熔体内部产生的,如钢液中的元素被氧化生成的氧化物.上述非金 属夹杂中的硅酸盐类,如FeSiOS MnSiO3 FeO? A12O3? SiO2等使钢 液中的Si被氧化成SiO2,SiO2与钢液中的MnO FeO以及A12O3等化 合物反响而生成多组元复合化合物,这类夹杂物的熔点比合金熔体温 度低而呈液态存在.又由于它们有较大的外表张力,并且与钢液之间 不相互润湿,因此在钢液中聚成球形,钢液凝固后形成球形夹杂物,在 铸件外表形成的是规那么的球状黑点缺陷.3凹陷在生产中有时也发现局部铸件外表有不规那么的凹陷见图 1-5其缺 陷位置的能谱分析见图1

5、-6.由图1-6可见,缺陷部位存在 Zr及微量C& Mg图5铸件凹陷缺陷4缩陷图6凹陷缺陷的能谱分析面出现较明显的砂粒印迹.图1-7铸造缩陷缺陷图1-8图7局部放大在热节部位外表有时会呈现出不规那么的缩陷,见图1-7,其缺陷位 置的局部放大见图1-8,由图1-8可以看出,缩陷缺陷位置附近表该缺陷产生的主要原因可能是铸件局部散热条件差,或者浇注温度与 型壳温度过高且浇注速度过快,导致在铸件热节部位产生缩陷缺陷5疤痕在生产中,局部铸件的局部外表也会出现有蜂窝状凹陷,即疤痕见图 1-9,其缺陷位置的能谱分析见图1-10,由图1-10可见缺陷 部位存在C O及微量Ca Mg该缺陷产生的主要原因可能是型

6、壳中 残留过多的皂化物且型壳焙烧不良或者型壳存放时间过长或湿度大,导致型壳中残留的碳质等物质较多,当钢液进入此类型壳中,将导致合金熔体外表与型壳发生反响,从而产生外表蜂窝状凹陷的疤痕缺陷图1-9铸造疤痕缺陷图1-10疤痕缺陷位置的能谱分析6岛状凸起蛤蟆皮在生产中有事也发现局部铸件外表有大小不等的鸟状凸起见图 1-11其缺陷位置的能谱分析见图1-12,有图1-12可见,缺陷 位置存在Cr和C元素的偏聚,以及微量Ca Mg等元素.图1-11铸件岛状凸起缺陷图1-12岛状凸起缺陷位置的能谱分析该缺陷产生的主要原因是型壳局部硬化、风干不 透,水分、盐类富集；或者浇注过程中型壳面层的低熔点夹杂物与金属液

7、发生烧蚀,使Cr元素被氧化而导致的.7毛刺局部铸件外表有时会有分散的毛刺缺陷见图1-13,其缺陷位置的能谱分析见图1-14.可见缺陷部位存在C及微量Ca Mg的偏 聚.该缺陷产生的主要原因可能是型壳上存在分散性的孔洞蚁孔.产生蚁孔的主要原因有：面层涂料中的粉/液比太低；面层砂的粒度大,而 面层涂料的粘度低；涂料对蜡模的浸润性差或者涂挂面层时操作不当 导致的.图1-13铸件毛刺缺陷图1-14毛刺缺陷位置的普能分析8氧化物夹砂在局部铸件外表局部会粘附金属氧化物,去除后呈 斑疤见图1-15. 其缺陷主要是由于熔体品质不高,浇注期间存在氧化物夹杂,最终形 成铸件氧化物夹砂缺陷.9铸件多肉在生产中有时也

8、发现局部铸件外表有突出的金属颗粒见图1-16,该缺陷有时无法修整,影响了铸件的外表品质.该缺陷产生的主要原因可能是面层涂料存在问题或者涂挂操作不当而导致的.面层涂料如果含气量大,或者面层涂料对蜡模的浸润性差,又或者涂挂前两层时没有及时去除气泡,在焙烧或合金浇注阶段导致型壳产生鼓泡,最终会被金属液填充,从而产生多肉缺陷图1-15铸件夹砂缺陷2、铸件的品质限制图1-16铸件多肉缺陷从不锈钢熔模铸造铸件的缺陷种类及可能形成原因来看,形成铸件缺 陷的影响因素很多,各环节的工艺限制好坏都将影响到最终的铸件品 质.结合上述生产实践中所遇到的铸造缺陷,主要从以下3个方面对 铸件品质进行严格限制.(1)原材料

9、限制面层材料由于直接与合金熔体接触,对铸件的外表品质有重要的影响.应选用钻砂中性耐火材料作为面层材料,且错砂的ZrSiO4的含量 要高,并限制K、Na Cch Mg等氧化物杂质的含量.为保证铸件品质 的稳 定,应固定选择12家钻砂供给商,并定期对所供错砂委托相应研究机构检测,具体要求应根据航空工业部标准 HB534921986坚持 按标准验收.合金原料及辅料的供给需保持相对稳定的渠道；严格控 制炉料,入炉前需要对炉料进行必要的清理,不能有锈污,严格根据操 作规程进行,预防将外来夹杂引入合金熔体内部.(2)涂挂、脱蜡限制严格涂料浆品质限制和治理定期监测涂料浆中粘结剂提取液的 胶凝时间,果断废弃已

10、经老化变质的涂料,特别是面层涂料.保证型 壳导热性、透气性良好 保证型壳导热性良好,保证蜡模表层在蜡模整 体膨胀前熔化；同时保证型壳面层透气性良好,减轻蜡模整体受热膨 胀对型壳产生的张力,预防型壳开裂.提升型壳枯燥率 型壳越枯燥, 型壳强度越高,承受脱蜡时蜡模膨胀的水平越强,型壳越不容易开裂. 同时适宜的型壳枯燥率也保证型壳中残留水分少,在脱蜡时不会受蒸 气高温作用而出现异常沸腾现象,从而预防型壳局部破损开裂.(3)焙烧、熔炼及浇注限制充分焙烧型壳.合金熔炼时脱氧、除渣处理应充分,同时保证对 熔体外表氧化物等夹渣应及时处理干净.必要时在浇注完毕的型壳周 围人为地造成复原性气氛,如向刚浇注完毕的型壳撒木屑.同时也要 预防参加过量的脱氧剂,以防反而增加钢水中非金属夹杂物的含量. 如不锈钢的脱氧剂多用镒铁和硅铁,其在钢水中反响生成MnCW SiO2,SiO2熔点较高,在钢水中悬浮很难排除,易与金属反响生成硅酸 盐系列的非金属夹杂,是外表黑点缺陷的主要来源之一.限制适宜 的浇注温度.为了保证钢液充满型腔,获得良好的铸件外表品质,必须 采用足够高的浇注温度.但是浇注温度过高,容易加剧外表合金元素 的氧化,从而产生外表麻点等其他缺陷.因此,在保证获得轮廓清