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2022-22铸造基础知识:影响消失模球墨铸铁件组织的主要因素
时间 : 2022-01-22 16:14 浏览量 : 42

    先进的农机装备技术的发展主要体现在两个方面,一方面是新产品的开发周期和质量要求越来越高,另一方面是关键产品向轻型化、精确化及环保方向发展的要求日益迫切。消失模铸造作为低排放精确成型的生产技术,具有铸件加工余量小、尺寸精度高、铸件重量轻及生产成本低等优点。另外,消失模生产原砂可重复利用,通过除尘和过滤,降低了废气的排放,为清洁生产提供了新的技术路径。但是在实际生产中,消失模铸造所用原砂、白模等因素不同程度对球墨铸铁件的组织产生一定的影响。

    消失模铸造过程中,大量采用白模成型,外挂厚度1mm左右的涂料,在一定真空度条件下浇注。白模材料、模样外表面使用的涂料及浇注时型内真空度都会对球墨铸铁件组织产生影响。因此,消失模铸造对球墨铸铁件组织的影响,远远大于潮模砂铸造,尤其是对球墨铸铁件石墨形态的不良影响十分明显。消失模白模一般采用聚苯乙烯和共聚料,在使用中浇注的铁液与白模接触,一般发生如下式两种反应 。

    EPS: C6H5.C2H3=9C+4H2               (1)

    EPMMA: C5H8O2=3C+2CO+4H2    (2)

    生产消失模球墨铸铁件铸件中,共聚料多于聚苯乙烯的使用,这是由于共聚料与铁液反应后释放较少的碳渣。由于球墨铸铁件碳当量高,EPS裂解的碳量高,会使球铁铁液增碳,增加了球墨铸铁件件出现石墨漂浮缺陷的风险。因此,球墨铸铁件白模材料多用共聚料代替EPS,即便如此,生产中还会时常出现球化不良的缺陷, 致使铸件力学性能降低或报废。

    美国铸造师协会在铸件缺陷分析一书中指出:铸铁在熔炼与浇注过程中,金属液中如果溶解有氢气,就具备了产生反白口的条件。换言之,在熔炼和浇注中遇到过多的氢气,就容易出现铁液过冷倾向。而消失模铸造中裂解出大量的氢气,如果不能及时依靠负压作用抽出型外,氢气就非常容易进入铁液,加剧反白口倾向, 不利于石墨球的析出。所以说,涂料的透气性、浇注后真空度大小直接影响着裂解。氢气与铁液接触时间的长短,也决定铁液析出石墨球的多少。白模模样的材料和密度大小决定着裂解出氢气的多少,密度大的白模强度高,但裂解出氢气也多。白模表面如果使用透气性好的涂料,氢气脱离的速度比较快。真空泵的大小与质量的优劣以及砂箱密封程度,决定了浇注后真空度的变化与大小。浇注后真空度变小不利于氢气脱离,增加了氢气与铁液 的接触时间,增大了氢气对铁液的影响。因此,稳定浇注后真空度处于较高的数值如0.5~0.6MPa,能减少氢气对铁液的不良影响。

    在生产车间采用相同形状的铸件,分别进行了消失模与酚醛树脂砂造型生产的对比试验。采用同一包球化铁液浇注,先浇注消失模铸件,后浇注酚酵树脂砂铸件。消失模铸件球化级别多为3~4级,树脂砂铸件球化级别为2级。通过大量的对比试验表明:消失模球墨铸铁件与水玻璃砂和树脂砂球铁件相比,球化级别平均低1-2级。

    与消失模灰铸铁件生产工艺相比,消失模生产球铁件多了炉前球化处理的过程,消耗了更多的铁液热量,铁水温度较低。因此,消失模球铁铸件需要更高的出炉温度。消失模生产球铁铸件时1580℃以上高温熔炼,使铁液冶金质量变差。此外,模样裂解出来的氢气,以及涂料较差的透气性,会増大氢气与铁液接触作用的时间,石墨球容易变大。较高的铁液浇注温度,型砂蓄热量大,过热的温度延迟了铁液的凝固时间,石墨球周围的奥氏体壳无法完全形成,从而使石墨发生畸变。模样裂解出的碳扩散至铁液中,使原本高碳当量的铁液,非常容易出现石墨漂浮现象,石墨球出现开花状或链条状畸变,造成球化级别的降低。

消失模球墨铸铁件 (3)

    为了解决造型原砂过热质量问题,除了采用砂冷却系统之外,还可选用宝珠砂代替硅砂。这种粒度圆整的人造砂以Al2O3为主要成分,透气性好,热传导性良好, 耐火度高,不易粉碎。消失模造型用砂,没有任何添加物,在负压的作用下具有很高的强度,尤其是壳体件的内部,均是高强度干砂。浇注后不具备黏土砂内部砂芯的退让性,凝固时产生应力,铸件容易形成裂纹。

    球墨铸铁件消失模铸造出炉温度一般在1550~1610 °C,有的高达1650℃,铁液处于过热状态,超出了铁液过热一般许可的温度,铁液的冶金质量变差, 激冷能力增大,白口倾向也急剧增大。

    针对消失模球墨铸铁件出现的球化不良缺陷,有些生产企业依靠增加球化剂的加入量保证消失模球墨铸铁 件的球化率和力学性能,加入量达到铁液的1.8%,这不是好的技术措施,其结果是出现夹渣、石墨漂浮及渗漏等一系列质量问题,而且造成生产成本的增加。这是由于大量稀土残余量增加了石墨漂浮的倾向,也增加了夹渣夹杂的风险。而采用喂丝球化处理的方法,能够很好地解决球化剂中稀土的影响。其次可以采用降低出炉温度、改善铁液冶金质量、强化孕育及使用长效孕育剂或硫氧孕育剂等方法,关键是选择优质的球化剂或喂丝线,严格控制炉内硫量处于较低的水平,如0.012%以内。此外,选用适当的真空泵, 保证真空度的稳定,防止浇注铁液后真空度的大幅降低, 选用共聚料和透气性好的涂料,减少或消除工艺因素对球铁铁液的影响。

    结论

    (1) 消失模球墨铸铁件生产中,球化处理方法,原砂、白模、涂料、真空度、冶金质量及浇注温度等因素, 在一定条件下,对球墨铸铁件的石墨形态产生较大影响, 改变了铁液的凝固特征,降低铸件的球化率。

    (2)改善冶金质量、强化孕育、改进球墨铸铁件处理方法,强化对消失模浇注过程的监测与控制,可以减少或消除消失模球墨铸铁件的不良影响。


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