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2022-20 铸造基础知识:铸铁件氮气孔的防止
时间 : 2022-01-22 15:37 浏览量 : 51

    铸造基础知识

    氮气孔难以诊断,往往被误认为是缩孔、缩松。一旦出现这种缺陷,常常会导致铸件批量报废。

    氮气孔的形貌特征及分布:

    氮气孔跟其它的气孔类缺陷有些不同,形貌多呈裂隙状多角形或断续裂纹状,类似与金属撕裂而产生的断口。从外观上看没有明显的气体痕迹,但能明显看到粗大的树枝晶。孔洞表面光滑,组织内部石墨与孔洞表面连通,孔洞周围石墨比较短小,并伴随大量铁素体。孔壁附着一层光亮碳膜。垂直于铸件表面,深度可达皮下20mm处。

铸铁件 (1)

                                  (图片来源热加工行业论坛)

    这种缺陷跟缩孔、缩松类似,主要分布在铸件最后凝固的部位,如冒口附近,热节部位。所以很多时候被误认为是缩孔、缩松。受认知影响,早期的铸造工作者将其称为气缩孔。按照解决缩孔的思路而采取的措施并没有起到真正的效果。

    氮气孔是在凝固过程的晚期形成的,所以孔洞形状不是圆球状,而变成多角形或者裂隙状。这说明气泡在生成和长大时,其周边被固体的枝晶壁所包围和阻隔。

铸铁件 (2)

                                 (图片来源热加工行业论坛)

铸铁件 (3)

                                     (图片来源本厂缺陷产品)

    氮对灰铸铁基体组织有显著的作用。氮使初生奥氏体一次轴变短 ,二次臂间距减小,使共晶团细化,使珠光体数量增多,珠光体和铁素体的显微硬度提高。

    氮气孔的形成机理:

    N在灰铸铁中的临界溶解度为150ppm。在正常熔炼水平下,一般铁液中的N含量不会超过100ppm,根据试验数据得知,N含量低于110ppm,对铸件没有不利影响;当N含量大于120ppm时,就会形成针孔;大于150ppm时就有可能形成裂隙状气孔。

    随着凝固过程的进行,N在铁液中的溶解度急剧下降。析出的气体无法及时排出,就会形成析出性气孔。氮气孔是典型的析出性气孔。

    氮的来源:

    1.采用废钢+增碳剂的合成铸铁工艺,废钢和增碳剂中含有大量的氮。采用电弧炉冶炼钢时,空气中的氮在电极的高温电离作用下变成氮离子而进入钢中。采用中频感应电炉进行废钢重熔时,钢中的氮就进入了铁水中。

    石油焦增碳剂含氮量很高,而经过高温石墨化后的煅烧石油焦则含氮量很低,在选择原辅材料时要注意。

    实际生产中发现,即使是使用了含氮较高的增碳剂,也只是在增碳剂刚刚加入时铁液中的氮含量急剧增加,而当铁液经过高温过热保温处理十多分钟后,铁液中的含氮量逐步恢复至之前的水平。总之在加入增碳剂调整成分后立即出炉浇注是不妥的。应该保温10分钟左右,让氮逸出。

    2.采用树脂砂工艺,树脂中含有大量的氮,型砂的附加物中的含氮化合物,再生砂中累积的氮,涂料添加物中含氮化合物。

    用树脂砂生产铸铁件更容易产生氮气孔,这是因为当铁液浇入铸型后,含N的树脂受热分解出NH3,NH3又在金属液表面离解,NH3一[N]+ H2,[N]原子相当一部分进入铸型,金属界面尚处于熔融状态的金属表层,并由表向里扩散,致使表层金属液为氮饱和。而到金属凝固期间,氮的溶解度急剧下降,就会析出氮气,形成氮气孔。

    铸铁化学成分对含氮量的影响:

    灰铸铁中碳硅含量较低时,也就是碳当量较低时,氮在铁液中的溶解度增加。也就是说高牌号的灰铸铁更容易出现氮气孔。

    改善措施:

  1. 调整配料表,调整废钢和回炉料的配比,相应减少增碳剂的加入量。

  2. 选择优质低氮增碳剂,使用高温石墨化的煅烧石油焦代替普通石油焦。

  3. 做好高温过热与静置处理。

  4. 选择优质低氮树脂,

  5. 改善砂处理系统,增强再生效果,降低再生砂的灼烧减量

  6. 加入Ti、Zr等固氮元素,将铁液中的N转变为氮化物,减轻氮气孔的危害。

  7. 在涂料中加入三氧化二铁(俗称赤铁粉)

  8. 改进工艺,提高浇注速度,适当降低浇注温度。

  9. 增强铸型排气。


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