鑄鋼件縮孔及縮松缺陷的消除

【摘要】 通過分析鑄鋼件縮孔及縮松產生的機理， 總結出鑄件產生縮孔及縮松缺陷的部位， 提出從改進澆注系統、改變鑄件結構、適當提高澆注溫度及控制澆注速度等幾個方面消除鑄件中的縮孔及縮松。
    縮孔及縮松缺陷是鑄鋼件生產中的一大難題， 長期以來困擾著廣大鑄造工作者。這兩種缺陷多發生在鑄件內部， 通過機械加工或X 射線檢查可以發現， 要進行挽救比較困難， 也有發生在表面上的， 通過安放冒口可以消除。這兩種缺陷很相似， 危害都很大， 可以歸為一類。由于縮孔及縮松缺陷的消除需要綜合考慮澆注系統、澆注溫度、鑄件結構、冒口及冷鐵等工藝因素， 在實際生產中難以控制。本文擬對鑄鋼件生產中出現的縮孔、縮松缺陷的消除作一探討， 供有關人員參考。) M/ O6 ~& n$ B
     一、縮孔及縮松缺陷產生的機理
    鐵液在鑄型內冷凝的過程中， 體積要發生三次收縮： 次是合金液從澆注溫度冷卻到開始凝固的溫度， 稱為液態收縮; 第二次是從開始凝固的溫度冷卻到金屬液全部凝固的溫度， 稱為凝固收縮; 第三次是從全部凝固的溫度冷卻到室溫， 稱為固態收縮。液態收縮的大小與澆注溫度有關， 鐵液每降低100 ℃， 體積約縮小0. 78 % ～1. 2 % ， 因此澆注溫度越高， 液態收縮越大。一般情況下， 在能保證流動性的前提下， 應盡量降低鐵液的澆注溫度。液態及凝固收縮受合金成分的影響較大， 比如， 在其他成分相同的情況下， 碳、硅含量越大， 收縮就越小; 而錳、硫含量越多， 則收縮量越大。一般鑄鋼件在凝固收縮階段的線收縮率為2. 0 % ～3. 5 % ， 因此在砂型鑄造中制造模樣時，除了加放一定的加工余量外， 還要按鑄造合金的收縮特性， 加上一定量的合金收縮率。
    當金屬液進入型腔后， 靠近型壁的金屬液散熱快，冷卻速度快， 而后向鑄件中心逐次凝固。鑄件在冷卻凝固的過程中， 一般液態收縮時可以得到澆包中液態金屬的補縮， 這個階段的收縮對鑄件質量影響不大; 固態收縮對形成縮孔、縮松缺陷的影響也不大， 但如果在凝固收縮時得不到補縮， 就會在鑄件z后凝固的部位( 如溫度z高的中心處) 形成細小或分散的孔洞， 即縮孔、縮松缺陷。! ?! g  O) V4 A0 {& Y
    二、縮孔及縮松缺陷產生的部位
    實際生產中， 有時候要區分是縮孔還是氣孔或是夾渣缺陷， 并不是很容易， 需要綜合考慮鑄件的結構因素來判斷。總結起來， 縮孔及縮松缺陷在鑄件上產生的部位肯定是z后凝固的地方， 而導致z后凝固主要有以下兩種情況：* G( c) h8 Q4 x& F
    ( 1) z常見是發生在鑄件斷面突增或鑄件幾何熱節的部位， 因為這些地方金屬液的散熱z慢， z后凝固而形成缺陷。* ~8 e: a6 L4 ]' ~; c4 }4 D* x
    ( 2) 并非是鑄件的幾何熱節， 而是因為金屬液長時間流經某處， 使該處過熱， 也會產生縮孔及縮松缺陷，通常稱之為物理熱節。
    三、縮孔及縮松缺陷的防止措施
    要使鑄鋼件在凝固過程中不產生縮孔及縮松缺陷，必須將鑄件z后凝固的部位引出鑄件本體， 這就需要在鑄件內形成順序凝固的溫度梯度， 使金屬液從較低溫度開始凝固， 而z后凝固的部位在冒口中。生產中常用的方法有以下幾種。$ |6 l, L  x  h! t' }9 c7 k& X9 z
    1. 使用冒口

    在澆注一般的小鑄鋼件或結構簡單的小型鑄件時，有無冒口影響不大， 因為鑄鋼件自身有一定的補縮能力。而當鑄鋼件較復雜時， 冒口的作用就比較明顯。冒口有明冒口和暗冒口兩種。明冒口暴露在空氣中， 冷卻速度快， 澆注一段時間后就凝固了， 使冒口中的金屬液與外界隔離， 降低了冒口的補縮效率， 對此可在澆注的z后階段， 將一部分金屬液由冒口澆入， 以強化冒口的補縮效果。冒口的位置需根據鑄件壁厚和冷卻的情況而定， 應設置在鑄件z后凝固的部位。冒口的斷面一般為被補縮斷面的1. 5 ～2 倍， 冒口的高度應為其直徑的1. 5 ～2. 5 倍， 才能保證補縮效果。實際上， 冒口的計算是一個很復雜的問題， 鑄造工作者提出了多種不同的方法， 各有利弊， 需要有一定的實踐經驗。
    2. 選擇合適的內澆口位置1 E1 Q( h8 Q( t
    內澆口的位置對鑄件是否產生縮孔及縮松缺陷的影響很大， 因為合適的內澆口位置能夠形成順序凝固， 避免缺陷的產生。
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    ( 1) 鑄件高度較小而水平尺寸較大時， 導入位置一般應保證鑄件橫向的順序凝固， 內澆口應設于鑄件厚處， 使合金液從厚處導入。
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    ( 2) 鑄件壁厚較大且均勻時， 為了保證鑄件整體的同時凝固和避免澆不足， 合金液應從鑄件四周通過較多內澆口均勻地導入， 在鑄件各區域的z后凝固處設置冒口， 以便補縮。

    ( 3) 鑄件有一定高度時， 則應首先保證自下而上的順序凝固， 而水平方向上同時凝固， 內澆口位置應盡可能使水平方向的溫度分布均勻， 通常把內澆口設置在鑄件的薄壁處， 且在厚壁部分放置冷鐵。另外， 在不破壞鑄件順序凝固的前提下， 內澆口數量宜多些且均勻分布， 以避免局部過熱。

    ( 4) 對于熔模鑄造中的小型簡單鑄鋼件， 應盡量選擇通過內澆口補縮鑄件， 以提高澆注系統的金屬利用率， 即將內澆口設置在鑄件熱節部位， 以利于補縮。澆注系統一般采用頂注式或側注式， 如某鑄件采用圖1a方案時， 熱節A 處產生縮松， 而采用圖1b 方案時， 通過內澆口向熱節A 處補縮， 消除了縮松。