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1、鑄件“桔皮”缺陷的特征 鑄件“桔皮”是生產(chǎn)中反復出現(xiàn)的一種鑄造缺陷，它對鑄件質(zhì)量的影響較大，缺陷出現(xiàn)在鑄件肥厚部位、熱節(jié)及內(nèi)澆道附近以及受熱集中而冷卻又慢的部位。鑄件表面有微凸的小圓斑，呈“眼圈”狀，這些表面粗糙，看起來象“桔子皮”的斑點，在多種鑄件中反復出現(xiàn)，有時整批鑄件均有，其在每個鑄件上的數(shù)量少則幾個，多至整個平面；小圓斑有的較大，有的小至麻點；有時是單個分散的，有時也呈密集的片狀凸起物，高出鑄件0.4-0.6mm，直徑3-5mm。據(jù)我公司統(tǒng)計，廢品中的15%是“桔皮”缺陷造成的，而且碳鋼件產(chǎn)生桔皮缺陷的機會更多一些。 2、“桔皮”缺陷產(chǎn)生的原因分析 導致“桔皮”產(chǎn)生的根本的原因是涂料表面堆積、硬化不充分。型殼在焙燒后，其表面上形成黃色或黃綠色玻璃體，澆注后與鋼液反應而形成硅酸鹽瘤粘附于鑄件表面。單純地延長硬化時間，無助于zui終解決“桔皮”問題。通過實踐，有以下幾方面的原因。 2.1原材料方面的影響 眾所周知，水玻璃涂料的粉液比低，粉料分布不均勻。水玻璃的模數(shù)愈高，密度愈大，則涂料的粉液比愈低，粉料的分布愈不均勻，也zui不易充分硬化。 (1)水玻璃的影響 水玻璃的模數(shù)、密度以及雜質(zhì)的多少對涂料的流動性影響極大。隨著模數(shù)的增大，水玻璃中亞膠粒子比例增加，其粘度會隨之增加，涂料的流變性惡化，當模組涂掛時極易在表層造成局部涂料堆積。 水玻璃參數(shù)不一致對涂料性能的影響是很大的，這一點很容易被忽視。參數(shù)的不一致性表現(xiàn)在兩個方面。 其一是模數(shù)的不一致性，剛進廠的水玻璃只有經(jīng)過長時間的靜置擴散(分散)后才能使同一批模數(shù)趨于一致，達到穩(wěn)定的分散狀態(tài)；這一過程所需時間在一星期以上，如果急于使用則不可能獲得理想的涂料流變性能。 其二是溶液密度的不一致性，在配涂料前通常要對水玻璃溶液的密度進行調(diào)整，應該特別注意加水攪拌后馬上測得的密度是不真實的，因為液體分散穩(wěn)定的過程尚未完成，與所希望的密度有一定的誤差，據(jù)此配制的涂料，其粘度和流動性都有誤差。 (2)耐火粉料的影響 耐火粉料顆粒的分布和形狀對涂料流變性的影響較大，雙峰粉涂料具有較好的流變性是大家公認的；但即便是粒度分布基本相同的雙峰粉，當耐火粉料顆料形狀分別為多角、尖角和片狀的粉配制涂料時，在粉液比和水玻璃模數(shù)相同的條件下其流變性也會有很大的差異。 當粉料形狀越接近片狀時，其比表面積也越大，顆粒間的摩擦力和作用力增大，涂料的粘度將大于多角形的粉料。 (3)水玻璃密度和粉液比的綜合影響 水玻璃密度和粉液比的變化對表層涂料流變性的影響是非常直觀的，水玻璃密度和粉液比過大時涂料粘度增加、流變性變差、涂層變厚會引起涂料在型殼表面局部堆積，型殼硬化不良zui終導致“桔皮”問題。 2.2工藝方面的影響 (1)表面層風干不充分。表面層風干是涂料的再均勻化過程，同時，也是水玻璃脫水固化過程，如風干時間過短，表面層涂料在熔模表面分布不均勻，造成其后的硬化不充分，脫蠟后將在型殼內(nèi)表面形成團狀聚集物，局部形成鈉鹽雜質(zhì)。 (2)過度滴控。過度滴控指表面層浸掛涂料時，單方向流動未能及時粘砂，將導致涂料在熔模表面局部方向上的堆積，造成其后的硬化不完全。 (3)型殼層間硬化不良。由于涂料層尤其是前兩層中存在未硬化部分，未硬化的涂料在脫蠟和焙燒后造成型殼內(nèi)表面的鈉鹽聚集，與鋼水反應后生成“桔皮”缺陷。 2.3環(huán)境方面的影響 在寒冷的冬季，過低的室溫使涂料流動性變差造成涂料堆積，過厚堆積的涂料又不能完全硬化；此外硬化液的溫度隨室溫的降低也會造成硬化過程的緩慢和不完全。環(huán)境濕度的影響則主要發(fā)生在雨季，空氣濕度的增加會影響風干過程，常因為風干不足而出現(xiàn)“桔皮”問題。 3、避免“桔皮”缺陷的措施 3.1原料選用 (l)水玻璃在模數(shù)合適的情況下，必須嚴格控制雜質(zhì)含量；應根據(jù)環(huán)境的溫度、濕度、鑄件的結(jié)構(gòu)特點以及所配粉料的特點調(diào)整水玻璃密度。 (2)粉料在粒度符合使用要求的條件下，其粒形至關重要，球形和多角形粉料是較理想的，而片狀粉料不能使用。 3.2工藝對策 (1)水玻璃密度的調(diào)整。密度的合適與否將直接影響鑄件的表面質(zhì)量，密度過大會導致涂料流動性差而造成分層和“桔皮”缺陷，密度過小又會形成鑄件表面的黃瓜刺；合適的密度通常與環(huán)境溫度、粉料的粒度、微觀形狀及鑄件的結(jié)構(gòu)特點有關系。密度一般控制在1.27-1.29g/cm3之間，其調(diào)整原則是: ①環(huán)境溫度高時增加密度，低時減小密度； ②粉料粗且片狀比例小時增加密度，粉料細且片狀比例大時減小密度； ③結(jié)構(gòu)簡單涂料易流動的鑄件可適當增加密度，反之減小密度。 (2)粉液比的確定。粉液比也是影響鑄件表面質(zhì)量的重要因素之一，比例過大則會因涂料的流動性差導致涂掛不均勻而產(chǎn)生分層和涂料堆積；而太小則會產(chǎn)生鑄件表面的黃瓜刺。其配比原則是在保證涂料流動性的前提下盡量提高粉液比。 (3)硬化液的濃度、溫度與硬化時間。一般情況下，氯化氨質(zhì)量分數(shù)在25%以上的硬化劑才會有較好的硬化效果；如果氯化銨含量低，靠延長時間是不能改善硬化效果的。 (4)涂掛操作方式。實際生產(chǎn)中有相當一部分“桔皮”問題是由于操作不當造成的，涂料的單方向流動極易產(chǎn)生堆積而造成硬化不充分，所以在蠟模浸掛涂料之后的滴控直到撒砂完畢的整個過程中，必須不斷改變模組的方向。 (5)脫蠟工藝。在脫蠟熱水中補充適當?shù)挠不瘎捎谟不瘎┑奈鼰嶙饔煤头磻?，會進一步使得表面層所滯留的反應產(chǎn)物NaCl溶于脫蠟水中而大部分去除，此時，型殼表面形成的是一層低鈉硅膠層，有利于防止“桔皮”缺陷的產(chǎn)生。 (6)環(huán)境溫度。環(huán)境溫度偏低會導致涂料流動性差，造成涂掛不均勻而形成桔皮及其他制殼缺陷，制殼工序的環(huán)境溫度應控制在15℃以上。
+查看全文23 2020-04
氣泡是鑄件常見問題之一，而且一旦鑄件出現(xiàn)了氣泡問題，也等于產(chǎn)品報廢了。那么如何避免鑄件產(chǎn)生氣泡？看看下面這7條。 【缺陷現(xiàn)象】 鑄件表皮下，聚集氣體鼓脹所形成的泡，有時會崩裂，存在貫通和非貫通兩種。 別名：鼓泡、起泡 【原因分析】 模具溫度太高，開模過早。 填充速度太高，金屬流卷入氣體過多。 涂料發(fā)氣量大，用量過多，澆注前未燃盡，使揮發(fā)氣體被包在鑄件表層，另涂料含水量大。 型腔內(nèi)氣體沒有排出，排氣不順。 合金熔煉溫度過高。 鋁合金液體除氣不徹底，吸有較多氣體，鑄件凝固時析出留在鑄件內(nèi) 填充時產(chǎn)生紊流。 【對應措施】 1、測溫槍測試模具表面溫度，顯示數(shù)值超過工藝規(guī)定范圍。降低模具表面溫度，增加保壓時間； 2、鑄件表面內(nèi)澆口壓入的金屬流明顯比其它部位亮很多。填充速度高產(chǎn)生原因一方面是設備本身的壓射速度高，另一方面可能是內(nèi)澆口太薄造成。降低壓射速度，適當增加內(nèi)澆口厚度；判斷內(nèi)澆口薄的方法：是否有澆口易粘現(xiàn)象，降低二快速度看遠端是否有嚴重壓不實現(xiàn)象，不給壓打件，看是否有多股鋁液流； 3、噴涂時察看霧的顏色是否呈白色，合模前察看型腔是否還有氣體殘留。更換涂料或增大涂料與水的配比； 4、在燙模階段，鑄件表面有明顯的漩渦和涂料堆積。判斷及解決方法：調(diào)開檔，人為產(chǎn)生漲模，如果解決，需開排氣道； 5、鑄件表面內(nèi)澆口壓入的金屬流特別亮并伴有粘結(jié)。適當降低澆注溫度； 6、取樣塊測密度，看是否符合要求。重新進行除氣處理或在保溫爐內(nèi)進行再次精煉； 7、燙模階段鑄件表面明顯有各流溶接不到一起的痕跡伴有涂料堆積。 判斷及解決方法：涂黑油生產(chǎn)，看痕跡是否有堆積，分析堆積部位，解決方法： a、開設或加大相應部位的集渣包， b、調(diào)整內(nèi)澆口流向、位置或填充方向。
+查看全文22 2020-04
1．冒口設計的基本原理 鑄件冒口主要是在鑄鋼件上使用。鑄鐵件只用于個別的厚大件的灰鑄鐵件和球鐵件上。金屬液在液態(tài)降溫和凝固過程中，體積要收縮。鑄件的體收縮大約為線收縮的3倍。因此，鑄鋼的體收縮通常按3---6%考慮，灰鑄鐵按2---3%，不過由于灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固時的石墨化膨脹，可以抵消部分體積收縮，所以如果壁厚均勻，鑄型緊實度高，通常不需要設計冒口。鑄件的體收縮如果得不到補充，就會在鑄件上或者內(nèi)部形成縮孔、縮陷或者縮松。嚴重時常常造成鑄件報廢。 冒口尺寸計算原則是，首先計算需要補縮的金屬液需要多少。通常把這一部分金屬液假設成球體，并求出直徑（設為d0）用于冒口計算。冒口補縮鑄件是有一定的范圍------叫有效補縮距離，設為L，對厚度為h的板狀零件通常L=3~5h 。對棒狀零件L=（25~30）√h 式子中，h------鑄件厚度 2．冒口尺寸的基本計算方法 冒口計算的公式、圖線、表格等有很多。介紹如下。 zui常用的方法是，冒口直徑 D=d0+h 理由是假定冒口和鑄件以相同的速度凝固，凝固過程是從鑄件的兩個表面向內(nèi)層進行，當鑄件完全凝固終了，正好冒口凝固了同樣的厚度，這時還剩下中間的空心的縮孔，體積正好等于補縮球的體積，這部分金屬液在凝固過程中正好補縮進了鑄件。 當鑄件存在熱節(jié)時，可以把h換成熱節(jié)的直徑T即可。 即D=do+T 。 另外設計冒口，還有個重要的部位，就是冒口頸，所謂冒口頸就是冒口和鑄件的連接通道，冒口里的金屬液都是經(jīng)由冒口頸補縮到鑄件里的。所以對冒口頸的截面是有要求的，通常取冒口頸的直徑dj=（0.6~0.8）T 。 冒口高度 H=（1.5~2.5）D 。 H的高度還應該考慮要高于需要補縮部位的高度，否則就成了反補縮了，鑄件補縮了冒口，這是要避免的。 3．其它計算方法 常用的經(jīng)驗計算方法還有不計算需要估算補縮的金屬液，直接將熱節(jié)園的直徑乘個系數(shù)得出冒口直徑。例如 簡單鑄件 D=（1.05~1.15）T 外形簡單，熱節(jié)比較集中。 復雜鑄件 D=（1.40~1.80）T 外形復雜，例如有許多筋條和鑄件的其余部分連接。 中間類型 D=（1.15~1.40）T 介于以上兩種之間。 鑄造生產(chǎn)的條件千差萬別，因素太多，以至于所有的計算公式都是近似的有條件的。往往一個公式不一定適用于所有的場合。所以公式中往往有取值范圍較大的系數(shù)供用戶結(jié)合本單位的情況選擇。
+查看全文21 2020-04
型砂的配制包括三個方面，即原材料的準備、型砂的混制和將混制好的型砂調(diào)勻及松砂等工藝環(huán)節(jié)。鑄造生產(chǎn)中所使用的型砂，有的是由回用砂加適量的新砂、粘土和水經(jīng)混合均勻配制成的，有的全部是由新的材料配制成的。為了確保新砂質(zhì)量，所有的原材料都須根據(jù)技術要求經(jīng)驗收合格后才能使用。為此，在配砂前都必須進行加工準備。 （1） 新砂 新砂在采購、運輸過程中?；煊胁莞⒚盒技澳鄩K等雜物，同時含有一定數(shù)量的分分。潮濕的原砂不易過篩，配砂時不便于控制型砂的水分。因此，除含水量低、用于手工造型的濕型砂可直接配制外，新砂在使用前必須進行烘干和過篩。新砂的烘干用立式或臥式烘干滾筒，也可采用氣流烘干的辦法。常用的篩砂設備有手工篩、滾筒篩和振動篩等。 （2） 粘土 剛開采的粘土往往含有較多的水分具多為塊狀，因此使用前必須烘干、破碎并磨成粘土粉，主要由專門的工廠進行加工，包裝萬袋供應。有的工廠事先將膨潤土或粘土與煤粉按比例制成粘土—煤粉粉漿，使粘土充分吸水膨脹，混砂時與原砂一起加入到混砂機里混合均勻。這種做法可簡化混砂操作，便于運輸，改善勞動條件，提高型砂質(zhì)量。但必須嚴格控制粉漿的含水量，否則會影響型砂性能。 （3） 附加物 煤粉、硼配、氟化物和硫黃等附加物都必須粉碎、過篩后再使用。 （4） 舊砂 為了節(jié)省造型材料，降低鑄件成本，舊砂應回用。舊砂在型砂所占比例很大，它對型砂的成分及性能有著很大的影響。舊砂中?；煊懈鞣N雜物，如釘子、鐵塊和砂團等，在回用前必須進行處理，包括將砂塊粉碎，用電磁分離器除去其中的鐵質(zhì)雜物然后過篩，必要時進行冷卻。 在機械化程度高的鑄造車間，型砂需求量大，周轉(zhuǎn)速度很快，往往舊砂的溫度還比較高，有的回用砂溫度高達60攝氏度以上，如果采用這種型砂造型，容易粘附模樣、芯盒及砂斗。由于型砂溫度過高，會使水分蒸發(fā)太快，使型砂性能不穩(wěn)定，同時影響鑄件表面質(zhì)量，影響造型勞動生產(chǎn)率。因此必須在鑄件落砂、舊砂過篩、運輸和混砂過程中加強通風冷卻，降低型砂溫度。 （5） 混砂 混砂的任務是將各種原材料混合均勻，使粘結(jié)劑包覆在砂粒表面上，混砂的質(zhì)量主要取決于混砂工藝和混砂機的形式。 一、混砂機的形式。生產(chǎn)中常用的混砂設備有輾輪式、擺輪式和葉片式混砂機。輾輪式混砂機除有攪拌作用外，還有輾壓搓揉作用，型砂的質(zhì)量較好，但生產(chǎn)效率較低，主要用來混制面砂和單一砂。擺式混砂機的生產(chǎn)效率比輾輪式高幾倍，且可邊混砂邊鼓風冷卻，并有一定的搓揉作用，但型砂質(zhì)量不如輾輪式混砂好，主要用于機械化程度高、生產(chǎn)量大的鑄造車間混制單一砂及背砂。葉片式混砂機是一種連續(xù)作業(yè)式的設備，各種原是否無誤混砂機的一端進入，混好的型砂從混砂機的另一端出來，生產(chǎn)效率高。葉片式混砂機有混合作用，但搓揉作用很差，主要用于混制背砂和粘土含量低的單一砂。 二、加料順序與混砂時間?；熘普惩列蜕暗募禹樞蛞话闶窍燃踊赜蒙?、原砂、粘土粉和附加物等干料，干混均勻后再加水濕混，均勻后即可使用。如果型砂中含有渣油液以及其他液態(tài)粘結(jié)劑，則應先加水將型砂混合均勻后再加入油類粘結(jié)劑。這種先加干粉后加水的混砂加料順序存在的缺點是，在混砂機的輾盤邊緣遺留一些粉料，這些粉料吸水后粘附在混砂機壁上，直到混輾后期或卸砂時才脫落下來，使型砂里含有混合不均勻的粘土或煤粉團塊，惡化了型砂性能。同時干混時粉塵飛揚，勞動條件差。因此，有的工廠采用先在回用砂里加水混合，然后加粘土及煤粉混合均勻，zui后再加少量水分調(diào)節(jié)到所需要的含水量的混砂工藝。試驗結(jié)果表明，后面這種加料順序可縮短混砂時間，提高型砂質(zhì)量，改善勞動條件。 為了使各種原材料混合均勻，混砂時間不能太短，否則影響型砂性能，但混砂時間也不宜過長。否則將使型砂溫度升高，水分過多揮發(fā)，型砂結(jié)成塊狀，性能變壞且生產(chǎn)效率低?；焐皶r間主要根據(jù)混砂機的形式、粘土含量、對型砂性能要求等來決定。一般來說，粘土含量越多，對型砂質(zhì)量要求越高，混砂時間越長。采用輾輪式混砂機混制面砂時，混砂時間一般為6—12分鐘，北砂為3—6分鐘，單一砂為4—8分鐘。 （6） 調(diào)勻 型砂的調(diào)勻又稱回性、滲勻，是指將混好的型砂在不失去水分的條件下放置一段時間，使水分均勻滲透到型砂中，讓粘土充分吸水膨脹，以提高型砂的強度和透氣性等性能。調(diào)勻時間主要根據(jù)粘土種類及加入量而定。型砂中粘土含量越多，原砂的顆粒越細，調(diào)勻時間越長。調(diào)勻時間應適當，否則型砂性能難以滿足要注。單一砂一般為2—3小時，面砂為4—5小時。機械化鑄造廠間型砂調(diào)勻是在型砂調(diào)勻斗里進行，非機械化的手工造型車間是將混好的型砂堆放在軒間地面上，并用濕麻袋覆蓋進行調(diào)勻。 型砂經(jīng)混輾和調(diào)勻后會被壓實，有的被壓成團塊。如果采用這種型砂直接造型，型砂的堅實度不均勻，透氣性等性能差。因此，調(diào)勻后的型砂必須經(jīng)松砂或過篩才能使用。在機械化的鑄造車間一般采用圓棒式或葉片式松砂機進行松砂處理。在百機械化的手工造型車間，常用移動式松砂機或用篩孔為5—8毫米的篩子過篩。
+查看全文20 2020-04
覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的歷史，鑄件的產(chǎn)量也相當大；但采用覆膜砂鑄造生產(chǎn)精密鑄鋼件時面臨很多難題：粘砂（結(jié)疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待于我們?nèi)ミM一步探討。 一、對覆膜砂的認識與了解（覆膜砂屬于有機粘結(jié)劑型、芯砂） （1）覆膜砂的特點：具有適宜的強度性能；流動性好，制出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能夠制造出復雜的砂芯；砂型（芯）表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可達CT7～CT9級；潰散性好，鑄件容易清理。 （2）適用范圍：覆膜砂既可制作鑄型又可制作砂芯，覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可與其它砂型（芯）配合使用；不僅可以用于金屬型重力鑄造或低壓鑄造，也可以用于鐵型覆砂鑄造，還可以用于熱法離心鑄造；不僅可以用于鑄鐵、非鐵合金鑄件的生產(chǎn)，還可以用于鑄鋼件的生產(chǎn)。 二、覆膜砂的制備 1．覆膜砂組成 一般由耐火材料、粘結(jié)劑、固化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。 （1）耐火材料是構(gòu)成覆膜砂的主體。對耐火材料的要求是：耐火度高、揮發(fā)物少、顆粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗硅砂。對硅砂的要求是：SiO2含量高（鑄鐵及非鐵合金鑄件要求大于90%，鑄鋼件要求大于97%）；含泥量不大于0.3%（為擦洗砂）--[水洗砂含泥量規(guī)定小于；粒度①分布在相鄰3～5個篩號上；粒形圓整，角形因素應不大于1.3；酸耗值不小于5ml。 （2）粘結(jié)劑普遍采用酚醛樹脂。 （3）固化劑通常采用烏洛托品；潤滑劑一般采用硬脂酸鈣，其作用是防止覆膜砂結(jié)塊，增加流動性。添加劑的主要作用是改善覆膜砂的性能。 （4）覆膜砂的基本配比 成分 配比（質(zhì)量分數(shù)，%）說明：原砂 100 擦洗砂， 酚醛樹脂 1.0～3.0 占原砂重 ，烏洛托品（水溶液2）10～15 占樹脂重，硬脂酸鈣 5～7 占樹脂重，添加劑 0.1～0.5 占原砂重。1：2）10～15 占樹脂重，硬脂酸鈣 5～7 占樹脂重，添加劑 0.1～0.5 占原砂重。 ２．覆膜砂的生產(chǎn)工藝 覆膜砂的制備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜三種，目前覆膜砂的生產(chǎn)幾乎都是采用熱覆膜法。熱法覆膜工藝是先將原砂加熱到一定溫度，然后分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌，經(jīng)冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異，混制工藝有所不同。目前國內(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類很多，手工加料的半自動生產(chǎn)線約有2000~2300條，電腦控制的全自動生產(chǎn)線也已經(jīng)有將近50條，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生產(chǎn)線，其加料時間控制精確到0.1秒，加熱溫度控制精確到1/10℃，并且可以通過視頻時時觀察混砂狀態(tài)，生產(chǎn)效率達到6噸/小時。 ３．覆膜砂的主要產(chǎn)品類型 （1） 普通類覆膜砂 普通覆膜砂即傳統(tǒng)覆膜砂，其組成通常由石英砂，熱塑性酚醛樹脂，烏洛托品和硬脂酸鈣構(gòu)成，不加有關添加劑，其樹脂加入量通常在一定強度要求下相對較高，不具備耐高溫，低膨脹、低發(fā)氣等特性，適用于要求不高的鑄件生產(chǎn) （2） 高強度低發(fā)氣類覆膜砂 特點：高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、抗氧化 簡介:高強度低發(fā)氣覆膜砂是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，通過加入有關特性的“添加劑”和采用新的配制工藝，使樹脂用量大幅度下降，其強度比普通覆膜砂高30%以上，發(fā)氣量顯著降低，并能延緩發(fā)氣速度，能更好地適應鑄件生產(chǎn)的需要。該類覆膜砂主要適用于鑄鐵件中，中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產(chǎn)。目前該類覆膜砂有三個系列：GD-1高強度低發(fā)氣覆膜砂；GD-2高強度低膨脹低發(fā)氣覆膜砂；GD-3高強度低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜。 （3） 耐高溫(類)覆膜砂(ND型) 特點：耐高溫、高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、易潰散、抗氧化 簡介:耐高溫覆膜砂是通過特殊工藝配方技術生產(chǎn)出的具有優(yōu)異高溫性能(高溫下強度高、耐熱時間長、熱膨脹量小、發(fā)氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類覆膜砂特別適用于復雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發(fā)動機缸體、缸蓋等)以及高要求的鑄鋼件(如集裝箱角和火車剎車緩；中器殼件等)的生產(chǎn)，可有效消除粘砂、變形、熱裂和氣孔等鑄造缺陷。目前該覆膜砂有四個系列：VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發(fā)氣覆膜 （4） 易潰散類覆膜砂 具有較好的強度，同時具有優(yōu)異的低溫潰散性能，適用于生產(chǎn)有色金屬鑄件。 （5） 其它特殊要求覆膜砂 為適應不同產(chǎn)品的需要，開發(fā)出了系列特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態(tài)覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等?！?三、覆膜砂制芯主要工藝過程 加熱溫度200-300℃、固化時間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡單的砂芯、流動性好的覆膜砂可選用較低的射砂壓力，細薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低時可適當延長固化時間等。覆膜砂所使用的樹脂是酚醛類樹脂。制芯工藝的優(yōu)點：具有適宜的強度性能；流動性好；砂芯表面質(zhì)量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸濕性強；潰散性好，鑄件容易清理。 1、鑄型（模具）溫度 鑄型溫度是影響殼層厚度及強度的主要因素之一,一般控制在220～260℃,并根據(jù)下列原則選定: （1）保證覆膜砂上的樹脂軟化及固化所需的足夠熱量； （2）保證形成需要的殼厚且殼型（芯）表面不焦化； （3）盡量縮短結(jié)殼及硬化時間，以提高生產(chǎn)率。 2、射砂壓力及時間 射砂時間一般控制在3～10s，時間過短則砂型（芯）不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低時，易造成射不足或疏松現(xiàn)象。3、硬化時間：硬化時間的長短主要取決于砂型（芯）的厚度與鑄型的溫度，一般在60～120s左右。時間過短，殼層未完全固化則強度低；時間過長，砂型（芯）表面層易燒焦影響鑄件質(zhì)量。覆膜砂造型（芯）工藝參數(shù)實例：序號圖號 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型溫度（℃） 射砂時間（s）硬化時間（s） 1 （導向套）DN80-05 8～10 2.5～2.6220～240 2～3 60～80 2 （閥體）DN05-01 10～123.75～3.8 240～260 3～5 80～100 四、覆膜砂應用中存在的問題及解決對策 制芯的方法種類很多，總的可以劃分為熱固性方法和冷固性方法兩大類，覆膜砂制芯屬于熱固性方法類。任何一種制芯方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，這主要取決于產(chǎn)品的質(zhì)量要求、復雜程度、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價格等綜合因素來決定采用何種制芯方法。對鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量要求高，尺寸精度要求高、形狀復雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。例如：轎車發(fā)動機氣缸蓋的進排氣道砂芯、水道砂芯、油道砂芯，氣缸體的水道砂芯、油道砂芯，進氣岐管、排氣岐管的殼芯砂芯，液壓閥的流道砂芯，汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。但是在覆膜砂使用中還常遇到一些問題，這里僅就工作中的體會略談一二。 1、覆膜砂的強度和發(fā)氣量的確定方法 在原砂質(zhì)量和樹脂質(zhì)量一定的前提下，影響覆膜砂強度的關鍵因素主要取于酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂加入量多，則強度就提高，但發(fā)氣量也增加，潰散性就降低。因此在生產(chǎn)應用中一定要控制覆膜砂的強度來減少發(fā)氣量，提高潰散性，在強度標準的制訂時定要找到一個平衡點。這個平衡點就是保證砂芯的表面質(zhì)量及在澆注時不產(chǎn)生變形、不產(chǎn)生斷芯前提下的強度。這樣才能保證鑄件的表面質(zhì)量和尺寸精度，又可以減少發(fā)氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對砂芯存放，搬運過程中可以采用工位器具、砂芯小車，并在其上面鋪有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可以減少砂芯的損耗率。 2、覆膜砂砂芯的存放期 任何砂芯都會吸濕，特別是南方地區(qū)空氣相對濕度大，必須對砂芯存放期在工藝文件上加以規(guī)定，利用精益生產(chǎn)先進先出的生產(chǎn)方式減少砂芯的存放量和存放周期。各企業(yè)應結(jié)合自己的廠房條件和當?shù)氐臍夂驐l件來確定砂芯的存放周期。 3、控制好覆膜砂的供貨質(zhì)量 覆膜砂進廠時必須附有供應商的質(zhì)量保證資料，并且企業(yè)根據(jù)抽樣標準進行檢查，檢查合格后方可入庫。企業(yè)取樣檢測不合格時由質(zhì)保和技術部門做出處理結(jié)果，是讓步接受或向供應商退貨。 4、合格的覆膜砂在制芯時發(fā)現(xiàn)砂芯斷裂變形 制芯時砂芯的斷裂變形通常會認為覆膜砂強度低造成的。實際上砂芯斷裂和變形會涉及到許多生產(chǎn)過程。出現(xiàn)不正常情況，必須要查到真正的原因才能徹底解決。具體原因如下： （１）制芯時模具的溫度和留模時間，關系到砂芯結(jié)殼硬化厚度是否滿足工藝要求。工藝上所規(guī)定的工藝參數(shù)都需要有一個范圍，這個范圍需靠操作人員的技能來進行調(diào)整。在模具溫度上限時留模時間可以取下限，模具溫度在下限時留模時間取上限。對操作人員需要不斷地培訓提高操作技能。 （２）制芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂粒，必須進行及時清理并噴上脫模劑，否則會越積越多開模時會把砂芯拉斷或變形。 （３）熱芯盒模具靜模上的彈簧頂桿，由于長期在高溫狀態(tài)下工作會產(chǎn)生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時更換彈簧。 （４）動模和靜模不平行或不在同一中心線上，合模時在油缸或氣缸的壓力作用下，定位銷前端有一段斜度，模具還是會合緊，但在開模時動模和靜模仍會恢復到原始狀態(tài)使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時會跑砂，砂芯的尺寸會變大。解決對策是及時調(diào)整模具的平行度和同軸度。 （５）在殼芯機上生產(chǎn)空心砂芯時，從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時，必須進行過篩并未用過的覆膜砂按３：７比例混合后使用，這樣才能保證殼芯砂芯的表面質(zhì)量和砂芯強度。
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什么叫淬火？ 鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。 淬火的目的： 1）提高金屬成材或零件的機械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機械性能等。 2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。 淬火冷卻時，除需合理選用淬火介質(zhì)外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火，雙液淬火，分級淬火、等溫淬火，局部淬火等。 鋼鐵工件在淬火后具有以下特點： ① 得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。 ② 存在較大內(nèi)應力。 ③ 力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火 什么叫回火？ 回火是將淬火后的金屬成材或零件加熱到某一溫度，保溫一定時間后，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火后緊接著進行的一種操作，通常也是工件進行熱處理的zui后一道工序，因而把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為zui終處理。淬火與回火的主要目的是： 1）減少內(nèi)應力和降低脆性，淬火件存在著很大的應力和脆性，如沒有及時回火往往會產(chǎn)生變形甚至開裂。 2）調(diào)整工件的機械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調(diào)整，硬度，強度，塑性和韌性。 3）穩(wěn)定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。 4）改善某些合金鋼的切削性能。 回火的作用在于： ① 提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。 ② 消除內(nèi)應力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。 ③ 調(diào)整鋼鐵的力學性能以滿足使用要求。 回火之所以具有這些作用，是因為溫度升高時，原子活動能力增強，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進行擴散，實現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應力的消除還與溫度升高時金屬強度降低有關。一般鋼鐵回火時，硬度和強度下降，塑性提高?；鼗饻囟仍礁?，這些力學性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時，會析出一些顆粒細小的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。 回火要求：用途不同的工件應在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。 ① 刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下進行低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內(nèi)應力減小，韌性稍有提高。 ② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。 ③ 中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適宜的強度與韌性的良好配合。 鋼在300℃左右回火時，常使其脆性增大，這種現(xiàn)象稱為首類回火脆性。一般不應在這個溫度區(qū)間回火。某些中碳合金結(jié)構(gòu)鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。在鋼中加入鉬，或回火時在油或水中冷卻，都可以防止第二類回火脆性。將第二類回火脆性的鋼重新加熱至原來的回火溫度，便可以消除這種脆性。 在生產(chǎn)中，常根據(jù)對工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，即在具有高度強度的同時，又有好的塑性韌性。 1、低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內(nèi)應力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動軸承等。 2、中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。 3、高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學性能。用于制作齒輪、曲軸等。 什么是正火? 正火是—種改善鋼材韌性的熱處理。將鋼構(gòu)件加熱到Ac3溫度以上30?50℃后，保溫一段時間出爐空冷。主要特點是冷卻速度快于退火而低于淬火，正火時可在稍快的冷卻中使鋼材的結(jié)晶晶粒細化，不但可得到滿意的強度，而且可以明顯提高韌性(AKV值），降低構(gòu)件的開裂傾向。—些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛件與鑄造件經(jīng)正火處理后，材料的綜合力學性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。 正火有以下目的和用途： ① 對亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細化晶粒；并可作為淬火前的預先熱處理。 ② 對過共析鋼，正火可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細化，不但改善機械性能，而且有利于以后的球化退火。 ③ 對低碳深沖薄鋼板，正火可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。 ④ 對低碳鋼和低碳低合金鋼，采用正火，可得到較多的細片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時的“粘刀”現(xiàn)象，改善切削加工性。對中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合下，用正火更為經(jīng)濟和方便。 ⑤ 對普通中碳結(jié)構(gòu)鋼，在力學性能要求不高的場合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡便，而且使鋼材的組織和尺寸穩(wěn)定。 ⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由于高溫下擴散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火后的粗大晶粒可通過隨后第二次較低溫度的正火予以細化。 ⑦ 對某些用于汽輪機和鍋爐的低、中碳合金鋼，常采用正火以獲得貝氏體組織，再經(jīng)高溫回火，用于400～550℃時具有良好的抗蠕變能力。 ⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用于球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強度。 由于正火的特點是空氣冷卻，因而環(huán)境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對正火后的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據(jù)直徑為25毫米的試樣加熱到900℃后,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。 什么是退火？ 退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應力退火。退火材料的力學性能可以用拉伸試驗來檢測，也可以用硬度試驗來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態(tài)供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計，檢測HRT硬度。 退火的目的在于： ① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開裂。 ② 軟化工件以便進行切削加工。 ③ 細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。 ④ 為zui終熱處理（淬火、回火）作好組織準備。 常用的退火工藝有： ① 完全退火。用以細化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細。 ② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕取?③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體zui不穩(wěn)定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。 ④ 再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。 ⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時間后適當冷卻，使?jié)B碳體分解形成團絮狀石墨。 ⑥ 擴散退火。用以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。 ⑦ 去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應力。
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一、變形的原因 鋼的變形主要原因是鋼中存在內(nèi)應力或者外部施加的應力。內(nèi)應力是因溫度分布不均勻或者相變所致，殘余應力也是原因之一。外應力引起的變形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情況下也應考慮碰撞被加熱的工件，或者夾持工具夾持所引起的凹陷等。變形包括彈性變形和塑性變形兩種。尺寸變化主要是基于組織轉(zhuǎn)變，故表現(xiàn)出同樣的膨脹和收縮，但當工件上有孔穴或者復雜形狀工件，則將導致附加的變形。如果淬火形成大量馬氏體則發(fā)生膨脹，如果產(chǎn)生大量殘余奧氏體則相應的要收縮。此外，回火時一般發(fā)生收縮，而出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象的合金鋼則發(fā)生膨脹，如果進行深冷處理，則由于殘余奧氏體的馬氏體化而進一步膨脹，這些組織的比容都隨著含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸變化量增大。 二、淬火變形的主要發(fā)生時段 1.加熱過程：工件在加熱過程中，由于內(nèi)應力逐漸釋放而產(chǎn)生變形。 2.保溫過程：以自重塌陷變形為主，即塌陷彎曲。 3.冷卻過程：由于不均勻冷卻和組織轉(zhuǎn)變而至變形。 三、加熱與變形 當加熱大型工件時，存在殘余應力或者加熱不均勻，均可產(chǎn)生變形。殘余應力主要來源于加工過程。當存在這些應力時，由于隨著溫度的升高，鋼的屈服強度逐漸下降，即使加熱很均勻，很輕微的應力也會導致變形。 一般，工件的外緣部位殘余應力較高，當溫度的上升從外部開始進行時，外緣部位變形較大，殘余應力引起的變形包括彈性變形和塑性變形兩種。 加熱時產(chǎn)生的熱應力和想變應力都是導致變形的原因。加熱速度越快、工件尺寸越大、截面變化越大，則加熱變形越大。熱應力取決于溫度的不均勻分布程度和溫度梯度，它們都是導致熱膨脹發(fā)生差異的原因。如果熱應力高于材料的高溫屈服點，則引起塑性變形，這種塑性變形就表現(xiàn)為“變形”。 相變應力主要源于相變的不等時性，即材料一部分發(fā)生相變，而其它部分還未發(fā)生相變時產(chǎn)生的。加熱時材料的組織轉(zhuǎn)變成奧氏體發(fā)生體積收縮時可出現(xiàn)塑性變形。如果材料的各部分同時發(fā)生相同的組織轉(zhuǎn)變，則不產(chǎn)生應力。為此，緩慢加熱可以適當降低加熱變形，zui好采用預熱。 此外，由于加熱中因自重而出現(xiàn)“塌陷”變形的情況非常多，加熱溫度越高，加熱時間越長，“塌陷”現(xiàn)象越嚴重。 四、冷卻與變形 冷卻不均時將產(chǎn)生熱應力導致變形發(fā)生。因工件的外緣和內(nèi)部存在冷卻速度差異，該熱應力是不可避免的，淬火情況下，熱應力與組織應力疊加，變形更為復雜。加之組織的不均勻、脫碳等，還會導致相變點出現(xiàn)差異，相變的膨脹量也有所不同。 總之，“變形”是相變應力和熱應力共同所致，但并非全部應力都消耗在變形上，而是一部分作為殘余應力存在于工件中，這種應力就是導致時效變形和時效裂紋的原因。 因冷卻而導致的變形表現(xiàn)為以下幾種形式： 1.件急冷初期，急冷的一側(cè)凹陷，然后轉(zhuǎn)為凸起，結(jié)果快冷的一面凸起，這種情況屬于熱應力引起的變形大于相變引起的變形。 2.由熱應力所引起的變形是鋼料趨于球形化，而由相變應力所引起的變形則使之趨于繞線軸狀。因此淬火冷卻所致的變形表現(xiàn)為兩者的結(jié)合，按照淬火方式的不同，表現(xiàn)出不同的變形。 3. 僅對內(nèi)孔部分淬火時，內(nèi)孔收縮。將整個環(huán)形工件加熱整體淬火時，其外徑總是增大，而內(nèi)徑則根據(jù)尺寸的不同時漲時縮，一般內(nèi)徑大時，內(nèi)孔漲大，內(nèi)徑小時，內(nèi)孔收縮 五、冷處理與變形 冷處理促進馬氏體轉(zhuǎn)變，溫度較低，產(chǎn)生的變形比淬火冷卻要小，但此時產(chǎn)生的應力較大，由于殘余應力、相變應力和熱應力等的疊加容易導致開裂。 六、回火與變形 工件在回火過程中由于內(nèi)應力的均勻化、減小甚至消失，加上組織發(fā)生變化，變形趨于減小，但同時，一旦出現(xiàn)變形，也是很難矯正的。為了矯正這種變形，多采用加壓回火或噴丸硬化等方法。 七 、重復淬火與變形 通常情況下，一次淬火后的工件未經(jīng)過中間退火而進行重復淬火，將增大變形。重復淬火引起的變形，經(jīng)過重復淬火，其變形累加而趨于球狀，容易產(chǎn)生龜裂，但形狀相對穩(wěn)定了，不再容易產(chǎn)生變形了，因此重復淬火前應增加中間退火，重復淬火次數(shù)應小于等于2次（不含初次淬火）。 八、殘余應力與變形 加熱過程中，在450℃左右，鋼由彈性體轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄泽w，因此很容易呈上升塑性變形。同時，殘余應力在約高于此溫度時也將因再結(jié)晶而消失。因此，快速加熱時，由于工件內(nèi)外部存在溫度差，外部達到450℃變成了塑性區(qū)，受而內(nèi)部溫度較低處存在殘余應力作用而發(fā)生變形，冷卻后，該區(qū)域就是出現(xiàn)變形的地方。由于實際生產(chǎn)過程中，很難實現(xiàn)均勻、緩慢加熱，淬火前進行消除應力退火是非常重要的，除了通過加熱消除應力外，對于大型零件采用振動消除應力也是有效的。
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球墨鑄鐵（NodularCastIron）是一種具有優(yōu)良力學性能的金屬材料，通過在鐵液中加入球化劑和孕育劑，讓石墨呈球狀形核并長大而獲得。20世紀40年代，現(xiàn)代球墨鑄鐵由美國國際錫公司(INCO)青年科研人員K.D.Millis首先研究成功。球墨鑄鐵在力學性能、物理性能、工藝性能、使用性能上具有獨特的優(yōu)勢，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，在機械、冶金、礦山、紡織、汽車及船舶等領域應用廣泛。 生產(chǎn)球墨鑄鐵時夾渣是zui常見的缺陷，其多出現(xiàn)在鑄件澆注位置的上平面或型芯上表面部位。夾渣缺陷嚴重影響鑄件的力學性能，特別是韌性和屈服強度，導致承壓部位發(fā)生滲漏。 筆者所在單位生產(chǎn)的一種發(fā)電設備鑄件前期經(jīng)常出現(xiàn)鑄件夾渣缺陷而報廢，針對此缺陷進行了改進。 1.原工藝及缺陷狀況 鑄件重量為4500kg，材料為QT400-18，呋喃樹脂自硬砂造型。采用15t/h工頻電爐熔煉，化學成分為：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，澆注溫度為1350~1380℃。澆注系統(tǒng)采用半封閉式、橫澆道在分型面的環(huán)形底注工藝，內(nèi)澆道為4道φ35mm的陶瓷管，直澆道為φ80mm，橫澆道截面為：70/80mm×100mm，截面比為：F直：F橫：F內(nèi)=1∶2.99∶0.77，工藝方案如圖1所示。這樣設計出來的鑄件缺陷主要為夾渣，位置在法蘭背面和軸承上表面，形狀不規(guī)則，無金屬光澤，用滲透液或磁粉檢測，有時用肉眼即可發(fā)現(xiàn)，如圖2所示。 圖1 工藝方案 圖2 夾渣缺陷分布 2.缺陷原因分析 （1）熔煉或球化處理后，加入的熔劑和形成的熔渣在澆注時隨金屬液一起注入型腔。 （2）金屬液在澆注過程中鎂、稀土、硅、錳、鐵等二次氧化，產(chǎn)生的金屬氧化物和硫化物、游離石墨等上浮到鑄件上表面或滯留在鑄件內(nèi)的死角和砂芯下表面等處。 原工藝該鑄件的澆注壓頭為2.5m，鐵液從澆口杯進入澆注系統(tǒng)后，直接由內(nèi)澆道底返進入底法蘭，進流速度大，約0.7m/s，進入型腔的鐵液紊流嚴重，且嚴重卷氣，因此鑄件表面出現(xiàn)大量的渣，造成該產(chǎn)品的廢品率超過10%。 （3）由于含硫量過高，使金屬液含有大量硫化物，澆注后在鑄件內(nèi)部形成渣。 （4）金屬液中各組元（碳、錳、硫、硅、鋁、鈦）之間或這些組元與氮、氧之間發(fā)生化學反應，其氧化物與爐襯、包襯、砂型壁或涂料之間發(fā)生界面反應形成夾渣。 3.改進方案 （1）熔煉時對原材料進行分揀，保證干燥、清潔、無銹蝕。 （2）提高鐵液出爐溫度和球化處理溫度，對澆包進行充分烘烤。 （3）金屬液在澆包內(nèi)應靜置一段時間，以利于渣上浮。 （4）降低原鐵液含硫量，在保證球化前提下，盡可能減少球墨鑄鐵的殘留鎂含量。 （5）澆注系統(tǒng)改進。為保證鐵液在充填型腔的過程中平穩(wěn)、流暢，按大孔出流理論對澆注系統(tǒng)進行了改進，如圖3所示。采用開放式澆注系統(tǒng)，通過增大進流截面降低進流速度。鑄件整體分散進流，快速充型，保證澆口杯、直澆道及時充滿。 圖3 改進后的澆注系統(tǒng) 該鑄件重4500kg，澆注重量6000kg，根據(jù)相關公式計算的澆注時間為60s，阻流截面積為52cm2，即設計的開放式澆注系統(tǒng)的直澆道截面積為52cm2。按照標準的陶瓷管，則選擇φ80mm的陶瓷管，截面積是50.24cm2，按照推薦的澆注系統(tǒng)比例，設計的橫澆道截面形狀是矩形（9cm×6cm），則面積是108cm2，內(nèi)澆道是13道φ35mm的陶瓷管，截面積是125cm2，則zui終的截面比是F直：F橫：F內(nèi)=1∶2.15∶2.49。 根據(jù)上面計算的參數(shù)計算得進流速度為0.28m/s，進流速度降低很多，是原工藝進流速度的40%。充型平穩(wěn)，避免紊流，大大降低了鐵液二次氧化的機會，從而可以減少夾渣缺陷。 4.改進后驗證 采用以上措施連續(xù)生產(chǎn)15件，鑄件沒有再出現(xiàn)法蘭和軸承上表面部位夾渣缺陷，改進有效。類似的方法在其他產(chǎn)品上運用，也有明顯效果。 5.結(jié)語 大型球墨鑄鐵件易于在澆注位置上表面以及鐵液流動的一些死角區(qū)域產(chǎn)生夾渣缺陷，這些缺陷可以通過熔煉控制和澆注系統(tǒng)的改進來解決。澆注系統(tǒng)形式以及參數(shù)選擇應能保證鐵液平穩(wěn)充型，為此澆注系統(tǒng)各組成部分面積、澆注時間需按照內(nèi)澆道低速進流、鑄件整體快速充滿的原則來計算。
+查看全文14 2020-04
熱處理工藝中淬火的常用方法有十種，分別是單介質(zhì)(水、油、空氣)淬火;雙介質(zhì)淬火;馬氏體分級淬火;低于Ms點的馬氏體分級淬火法;貝氏體等溫淬火法;復合淬火法;預冷等溫淬火法;延遲冷卻淬火法;淬火自回火法;噴射淬火法等。 一、單介質(zhì)(水、油、空氣)淬火 單介質(zhì)(水、油、空氣)淬火：把已加熱到淬火溫度的工件淬人一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。這種是zui簡單的淬火方法，常用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。淬火介質(zhì)根據(jù)零件傳熱系數(shù)大小、淬透性、尺寸、形狀等進行選擇。 二、雙介質(zhì)淬火 雙介質(zhì)淬火：把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力強的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點，然后轉(zhuǎn)入慢冷的淬火介質(zhì)中冷卻至室溫，以達到不同淬火冷卻溫度區(qū)間，并有比較理想的淬火冷卻速度。用于形狀復雜件或高碳鋼、合金鋼制作的大型工件，碳素工具鋼也多采用此法。常用冷卻介質(zhì)有水-油、水-硝鹽、水-空氣、油-空氣，一般用水作快冷淬火介質(zhì)，用油或空氣作慢冷淬火介質(zhì)，較少采用空氣。 三、馬氏體分級淬火 馬氏體分級淬火：鋼材奧氏體化，隨之浸入溫度稍高或稍低于鋼的上馬氏點的液態(tài)介質(zhì)(鹽浴或堿浴)中，保持適當時間，待鋼件的內(nèi)、外層都達到介質(zhì)溫度后取出空冷，過冷奧氏體緩慢轉(zhuǎn)變成馬氏體的淬火工藝。一般用于形狀復雜和變形要求嚴的小型工件，高速鋼和高合金鋼工模具也常用此法淬火。 四、低于Ms點的馬氏體分級淬火法 低于Ms點的馬氏體分級淬火法：浴槽溫度低于工件用鋼的Ms而高于Mf時，工件在該浴槽中冷卻較快，尺寸較大時仍可獲得和分級淬火相同的結(jié)果。常用于尺寸較大的低淬透性鋼工件。 五、貝氏體等溫淬火法 貝氏體等溫淬火法：將工件淬入該鋼下貝氏體溫度的浴槽中等溫，使其發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變，一般在浴槽中保溫30~60min。數(shù)控微信公號cncdar貝氏體等溫淬火工藝主要三個步驟：①奧氏體化處理;②奧氏體化后冷卻處理;③貝氏體等溫處理;常用于合金鋼、高碳鋼小尺寸零件及球墨鑄鐵件。 六、復合淬火法 復合淬火法：先將工件急冷至Ms以下得體積分數(shù)為10%~30%的馬氏體，然后在下貝氏體區(qū)等溫，使較大截面工件得到馬氏體和貝氏體組織，常用于合金工具鋼工件。 七、預冷等溫淬火法 預冷等溫淬火法：又稱升溫等溫淬火，零件先在溫度較低(大于Ms)浴槽中冷卻，然后轉(zhuǎn)入溫度較高的浴槽中，使奧氏體進行等溫轉(zhuǎn)變。適用于淬透性較差的鋼件或尺寸較大又必須進行等溫淬火的工件。 八、延遲冷卻淬火法 延遲冷卻淬火法：零件先在空氣、熱水、鹽浴中預冷到稍高于Ar3或Ar1溫度，然后進行單介質(zhì)淬火。常用于形狀復雜各部位厚薄懸殊及要求變形小的零件。 九、淬火自回火法 淬火自回火法：將被處理工件全部加熱，但在淬火時僅將需要淬硬的部分(常為工作部位)浸入淬火液冷卻，數(shù)控微信公號cncdar待到未浸入部分火色消失的瞬間，立即取出在空氣中冷卻的淬火工藝。淬火自回火法利用心部未全部冷透的熱量傳到表面，使表面回火。常用于承受沖擊的工具如鏨子、沖子、錘子等。 十、噴射淬火法 噴射淬火法：向工件噴射水流的淬火方法，水流可大可小，根據(jù)所要求的淬火深度而定。噴射淬火法不會在工件表面形成蒸汽膜，這樣就能夠保證得到比昔通水中淬火更深的淬硬層。主要用于局部表面淬火。
+查看全文13 2020-04
第1步 材料的選擇 鐵素體球鐵的生產(chǎn)，選擇高純的原材料是非常必要的，原材料中的Si、Mn、S、P含量要少（Si<1.0%, Mn<0.3% S<0.03%，P<0.03%），對Cu、Cr、Mo等一些合金元素要嚴格控制含量。由于很多微量元素對球化衰退zui為敏感，如，鎢、銻、錫、鈦、釩等。鈦對球化影響很大應加以控制，但鈦高是我國生鐵的特點，這主要與生鐵的冶金工藝有關。 第2步 脫硫 原鐵液含硫量決定球化劑的加入量，原鐵液中的含硫量越高，則球化劑的加入量越多，否則不能獲得球化良好的鑄件。球化處理前原鐵液中的S含量控制在0.02%以下。對球化處理前原鐵液的含硫量高時，必須進行脫硫處理。 第3步 Mo合金處理 Mo合金化處理，采用渦流工藝，加入量控制在0.5～1.0%，具體根據(jù)zui終Mo含量進行調(diào)整。為了確保Mo的有效吸收，對合金的粒度應該嚴格要求。 第4步 球化劑和球化處理 生產(chǎn)厚大斷面球鐵件時，為了提高抗衰退能力，在球化劑中加入一定比例的重稀土，這樣既可以保證起球化作用的Mg的含量，同時也可以增加具有較高抗衰退能力的重稀土元素，如，釔等。根據(jù)國內(nèi)很多工廠的試驗和生產(chǎn)實踐，采用Re—Mg與釔基重稀土的復合球化劑作為厚大斷面球鐵件生產(chǎn)的球化劑是非常理想的，使用這種球化劑在實際生產(chǎn)應用過程中也取得了很好的效果。據(jù)有關資料表明，釔的球化能力僅次于鎂，但其抗衰退能力比鎂強的多，且不回硫，釔可過量加入，高碳孕育良好時，不會出現(xiàn)滲碳體。另外，釔與磷可形成高熔點夾雜物，使磷共晶減少并彌散，從而進一步提高球鐵的延伸率。在球化處理時，為了提高鎂的吸收率，控制反應速度及提高球化效果，采用特有的球化工藝。對球化處理的控制，主要是在反應速度上進行控制，控制球化反應時間在2分鐘左右。 對此采用中低Mg、Re球化劑和釔基重稀土的復合球化劑，球化劑的加入量根據(jù)殘留Mg量確定。 球化衰退防止：球化衰退的原因一方面和Mg、RE元素由鐵液中逃逸減少有關，另一方面也和孕育作用不斷衰退有關，為了防止球化衰退，采取以下措施： A、鐵液中應保持有足夠的球化元素含量； B、降低原鐵液的含硫量，并防止鐵液氧化； C、縮短鐵液經(jīng)球化處理后的停留時間； D、鐵液經(jīng)球化處理并扒渣后，為防止 Mg、RE元素逃逸，可用覆蓋劑將鐵液表面覆蓋嚴，隔絕空氣以減少元素的逃逸。 第5步 孕育劑和孕育處理 球化處理是球鐵生產(chǎn)的基礎，孕育處理是球鐵生產(chǎn)的關鍵，孕育效果決定了石墨球的直徑、石墨球數(shù)和石墨球的園整度，為了保證孕育效果，孕育處理采用多級孕育處理。孕育處理越接近澆注，孕育效果越好。從孕育到澆注需要一定的時間，該時間越長，孕育衰退就越嚴重。為了防止或減少孕育衰退，采用以下措施： A、使用長效孕育劑（含有一定量的鋇、鍶、鋯或錳的硅基孕育劑）； B、采用多級孕育處理（包內(nèi)孕育、孕育槽孕育、水口瞬時孕育等）； C、盡量縮短孕育到澆注時間。 孕育劑的加入量控制在0.6～1.4%，孕育劑加入量過少，直接造成孕育效果差，孕育量過大，導致鑄件夾雜。 第6步 澆注工藝控制 澆注應采用快澆，平穩(wěn)注入的原則。為了提高瞬時孕育的均勻性及防止熔渣進入型腔，水口盆的總?cè)萘繎c鑄件的毛重相當，澆注時將孕育劑放入水口盆中，將鐵水一次全部注入水口，使鐵水與孕育劑充分混合，扒去表面浮渣，提出水口堵澆注。
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