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低压铸造九大常见缺陷 预防有道

2016-02-23 铸造生态圈


  一、气孔
 
  1.特征 
  (1)气孔 铸件内部由气体形成的孔洞类缺陷。其表面一般比较光滑,主要呈梨形、圆形或椭圆形。一般不在铸件表面露出,大孔常孤立存在,小孔则成群出现。 
  (2)皮下气孔 位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型(铸型、湿芯、涂料、表面不干净的冷铁)之间发生化学反应产生的反应性气孔。形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。大小不一,深度不等。通常在机械加工或热处理后才能发现。 
  (3)气窝(气坑式表面气孔) 铸件表面凹进去一块较平滑的气孔。 
  (4)气缩孔 分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷。 
  (5)针孔 一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。铝合金铸件中常出现这类气孔,对铸件性能危害很大。 
  ① 点状针孔:此类针孔在低倍显微组织中呈圆点状,轮廓清晰且互不相连,能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。点状针孔由铸件凝固时析出的气泡所形成,多发生于结晶温度范围小,补缩能力良好的铸件中,如ZL102合金铸件中。当凝固速度较快时,离共晶成分较远的ZL105合金铸件中也会出现点状 针孔。 
  ② 网状针孔:此类针孔在低倍显微组织中呈密集相联成网状,伴有少量较大的孔洞,不易清点针孔数目,难以测量针孔的直径,往往带有末梢,俗称“苍蝇脚”。结晶温度宽的合金,铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中,此时结晶股价已形成,补缩通道被堵塞,便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。 
  ③ 混合型针孔:此类针孔点状针孔和网状针孔混杂一起,常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。 
  针孔可按国家标准分等级,等级越差,则铸件的力学性能越低,其抗蚀性能和表面质量越差。当达不到铸件技术条件所允许的针孔等级时,铸件将被报废,其中网状针孔割裂合金基体,危害性比点状针孔大。 
  (6)表面针孔  成群分布在铸件表层的分散性气孔。其特征和形成原因与皮下气孔相同,通常暴露在铸件表面,机械加工1~2mm后即可去掉。 
  (7)呛火(呛孔) 浇注过程中产生的大量气体不能顺利排出,在金属液内发生沸腾,导致在铸件内产生大量气孔,甚至出现铸件不完整的缺陷。 
 
  2.气孔分类 
  (1)析出性气孔 这类气孔均匀分布在内部靠近浇口处、冒口处、热节等温度较高的区域,气孔细小而分散,经常同缩孔共存。 
析出:即铝水中含气,未彻底除净,凝固过程中析出。 
  (2)反应性气孔 这类气孔均匀分布在型壁与铸件的接触面上。气孔表面光滑,呈银白色(铸钢件)、金属光亮色或暗色。 
反应:铸型、型芯、冷铁、涂料等含有与铝水发生反应而产生气体的物质。 
  (3)侵入性气孔 这类气孔分布在铸件上部,孔大而光滑。 侵入:型腔中的气体,未及时排出型外,而侵入到铸件中。

   3.气孔形成机理 
  低压铸造的铸型基本上是密封的,金属液充型比较快,气体来不及排出,包在铸件中形成气孔或针孔。 
  (1)金属液中溶解的气体析出——析出性气孔(针孔),金属熔化时所含有的气体,当液态金属冷却和凝固时,因气体溶解度下降析出气体,来不及排除,使铸件产生气孔。  
铝液中的气体,夹杂含量高、精炼效果差、铸件凝固速度低。 
  (2)湿芯、涂料、表面不干净的冷铁,浇注受热后产生的气体——反应性气孔(皮下气孔),型壁物质同液态金属之间或在液态金属内部发生化学反应所产生的气孔。 
  (3)型腔中的气体,未及时排出型外——侵入性气孔(单个大气孔),由于铸件工艺设计不合理,如铸型或型芯排气不畅,或者是由于操作不小心,如浇注时堵死气眼(浇注速度太快),型腔中的气体被憋在铸件中所引起。

   4、防治措施 
  (1)严格执行熔炼操作规程,避免金属液吸气,并认真除气。防止析出性气孔 
  ① 金属原材料及回炉料应干燥、无锈蚀、无油污等,使用前要预热。 
  ② 熔炼温度不宜过高。金属液熔炼温度越高,则溶解在其中的气体量(主要是氢气)就越多。因此,应严格控制熔炼温度,对有色合金尤为如此。 
  ③ 任何种类的金属其熔炼时间都应尽可能缩短,以防时间过长的熔炼使液态金属吸气量增大,某厂生产铝铁锰黄铜铸件,2.5h熔清出炉,浇注的铸件的气密性均合格;但6h熔清出炉后浇注的铸件,在工艺不变的前提下铸件全部因气密性不合格而报废。当恢复熔清时间后铸件的气密性全部合格,这充分说明熔炼时间长短对铸件气密性的影响。
  ④ 含铝的合金应尽可能不用工频炉熔炼,因为这种炉子的搅拌能力极强,而铝与空气接触很易氧化成Al2O3,并进入液态金属中成为熔渣,也为气体的析出提供机会。同时也容易与H2O发生反应,使液态金属吸入氢气H2。若使用电阻反射炉、远红外线加热炉,甚至用燃油或煤气的反射炉熔炼都可以。实践证明:用这些炉子熔炼的铝合金含气量、杂质量都较少。 
  ⑤ 投料时应先投入熔点低的料,依次投入熔点高的料。这样会使金属吸气量少,其原因就在于炉料与空气接触面积和时间均减少。 
  ⑥ 液态金属去气后应立即扒渣,而后浇注,不可停留过久,以防再吸气。 
  ⑦ 用六氯乙烷或氩气精炼去气或真空去气。 
  
  (2)尽量减少涂料、砂芯、金属型(芯)等的发气量。选择质量好的发气量小的涂料,铸型和型芯涂料后要充分烘干。防止反应性气孔 
  ① 涂料的种类应选择合适,涂料的发气量不能高。涂料也具有一定的排气性。 
  ② 铸型与型芯应先预热,然后再喷涂涂料,结束后必须要烘透方可使用。 
  ③ 涂料喷涂后不能抹光。凡涂料脱落处,应立即补喷。
  ④ 砂芯必须彻底烘干才能使用。 
  ⑤ 金属型和冷铁表面应平整光洁,并经烘干后使用。 

  (3)改善铸型和型芯的排气条件。可根据铸件的特点,综合考虑铸件的充型情况,选择合理的排气位置及不同的排气措施:排气槽、排气片、排气针、排气塞、排气孔等进行排气。 
  (4)选择合适的充型速度,力求金属液平稳充型,防止卷入气体。金属液上升速度一般控制在50mm/s。即重力铸造所讲的合理的浇注工艺:浇注温度、模具温度、浇注速度、浇注时间等。

   二、缩孔和缩松 
  收缩缺陷:金属凝固收缩时,由于金属液未对铸件有效补缩而产生的缺陷。包括缩孔、缩松、缩陷、缩沉等。

   1.特征
  ① 缩孔:在铸件上有形状极不规则的孔,孔壁粗糙并带有枝状晶,称缩孔缺陷。多出现在铸件最后凝固部位。 
  ② 缩松:铸件断面上有分散而细小的缩孔,有时借助放大镜,称缩松缺陷。如用低压铸造生产铝活塞时,有时在活塞顶部出现缩松。 
  ③ 疏松:铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞。分布在枝晶内和枝晶间,是弥散性气孔、显微缩松、组织粗大的混合缺陷,使铸件致密性降低,易造成渗漏。 
  ④ 缩陷:铸件的厚端面或断面交接处上平面的塌陷现象。缩陷的下面有时有缩孔,缩陷有时也出现在内缩孔的附近。 
  ⑤ 缩沉:使用水玻璃石灰石砂型生产铸件时产生的一种铸件缺陷,其特征为铸件断面尺寸胀大。 
  ⑥ 缩裂:由于铸件补缩不当、收缩受阻或收缩不均匀而造成的裂纹。可能出现在刚凝固之后或在更低的温度。

   2.产生原因
  缩孔和缩松形成的原因是:金属液在凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩,即体积收缩造成的体积亏损得不到补偿,即得不到补缩,往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞。
  与一般重力浇注不同,低压铸造是从下向上充型,浇口在下部。为使铸件得到足够的补缩,就必须形成自上而下的顺序凝固,即远离浇道处先凝固,浇道处最后凝固,否则就会产生缩孔、缩松缺陷。 
 
  3.防止措施(同时凝固或顺序凝固) 
  由于低压铸造、差压铸造都是反重力铸造,重力时刻都在妨碍补缩,因而无论对于砂型铸造还是金属型铸造、无论对于同时凝固还是顺序凝固的铸件,液面加压控制系统质量的好坏,都是决定铸件致密性的关键环节。尤其是对于薄壁件金属型铸造,凝固时间本来就不长。当充型到型顶时液态金属中固相分数已经占有相当大的比例,此时应立即急速升压,以便克服重力的负作用,进行补缩。这时铸件致密性是极为关键的时刻。目前有些液面加压控制系统在关键时刻仍旧按充型速度缓慢加压,还有些控制系统则更糟,它们在压力低时还能正常升压,但压力越高升压速度也越慢。即所谓开口向下的抛物线充型。 
  当液态金属凝固已基本结束,控制系统才将增压补缩的压力升起,显然为时已晚,这对铸件的致密度不会起到良好的作用。生产中有时补缩压力已经很高(可达0.2MPa),但铸件仍有缩松缺陷,致使打压渗漏率太高。在补缩通道合理时,这主要是因为控制系统增压的时机没控制好,而不是所谓“补缩压力大小对铸件致密性影响不大”的错误说法,例如:某厂试生产一种较大的薄壁件,试制两年多没铸出合格的铸件,毛病出在铸件缩松多,致密性差,打压渗漏严重。 
  当将老式的液面加压控制系统换成闭环反馈的“CLP-3”型低压铸造液面加压控制系统后,情况大变,原工艺没有大改动,就生产出合格的铸件。 
  沈阳某厂用手控系统在差压铸造机上生产薄壁壳体类铸件,其废品率几乎高达80%~90%,后换上哈尔滨工业大学设计的“CLP”型差压铸造液面加压控制系统后,其废品率立即大幅度下降,并铸出外观棱角清晰,印字丰满的合格铸件。由此可知:液面加压控制系统在差压、低压铸造中的地位是极其重要的。 
  预防的具体措施: 对于金属型顺序凝固出现的缩孔,消除方法有如下。
  (1)使铸型温度分布合理,即上部温度低,下部温度高,最好使用CLP-5型液面悬浮式加压控制系统,它可以提高下部温度增加补缩能力。 
  (2)使铸型自身的热容量分布合理,即下部热容小,上部热容大(亦即下部型壁薄,上部型壁厚)。
  (3)对局部热节处应采用强制冷却,以调节出一个符合补缩的温度场分布。 
  (4)对局部影响补缩的“冷节”,可在背后的四周钻孔铣槽,然后充填绝热材料,以增大热阻,可给出合理的温度场。 
  (5)降低充型速度及型温,但要适当,以防出现冷隔及浇不足 
  (6)适当降低浇注温度对减少缩松有显著的影响 对同时凝固的缩孔缩松,消除方法有: 使铸型温度分布合理,上部温度偏高,下部温度偏低;铸型热容分布合理,即上部热容小,下部热容大,亦即铸型壁上薄下厚;局部热节、“冷节”处理方法同上 。
(4)型温、充型速度、浇注温度的处理方法同顺序凝固相反。

  对于 砂型的铸造工艺改动较为方便,因而无论是同时凝固还是顺序凝固,消除缩孔的方法都有很多。 具体防止措施如下: 
  (1)对大中型有色合金和黑色金属铸件,壁厚悬殊大,设置冒口,并从冒口加压来加强补缩,防止缩孔、缩松。 
  (2)适当降低浇注温度或浇注速度。 
  (3)合理设计铸造工艺,建立顺序(同时)凝固条件。

   三、夹杂

   1.特征
  (1)夹杂类缺陷  铸件中各种金属和非金属夹杂物的总称。通常是氧化物、硫化物、硅酸盐等杂质颗粒机械地保留在固体金属中,或凝固时在金属内形成,或凝固后的反应中在金属内形成。包括夹杂物、冷豆、内渗豆、夹渣、砂眼等。 
  (2)夹杂物  铸件内或表面上存在的与基体金属成分不同的质点。包括:渣、砂、涂料层、氧化物、硫化物、硅酸盐等。 
  (3)内生夹杂物  在熔炼、浇注和凝固过程中,因金属液与炉气(还可以包括铸型)之间发生化学反应而生成的夹杂物,以及因金属液温度下降,溶解度减小而析出的夹杂物。 
  (4)外生夹杂物 由熔渣及外来杂质引起的夹杂物。 
  (5)夹渣 因浇注金属液不纯净,或浇注方法和浇注系统设计不当,由裹在金属液中的熔渣、低熔点化合物及氧化物造成的铸件中夹杂类缺陷。由于其熔点和密度通常都比金属液低,一般分布在铸件顶面或上部,以及型芯下表面和铸件死角处,断口无光泽呈暗灰色。 
  (6)涂料渣孔 因图层粉化、脱落后留在铸件表面而造成的,含有残留涂料堆积物质的不规则坑窝。浇注工具、铸型、升液管、砂芯等上面的涂料脱落,尤其是砂芯刷涂料后用火点燃烘烤,会起皮(爆皮),所以生产不紧张时,尽量采用恒温箱烘烤砂芯。 
  (7)冷豆 浇注位置下方存在于铸件表面的金属颗粒(珠),其化学成分与铸件相同,表面有氧化现象。一般是因为金属液喷溅,少量金属液与铸型接触迅速凝固与后续金属液未结合在一起所形成。 
  (8)砂眼 铸件内部或表面带有砂粒的孔洞。 
  (9)硬点 在铸件的断面上出现分散的或比较大的硬质夹杂物,多在机械加工或表面处理时发现。
  (10)渣气孔 铸件浇注位置上表面的非金属夹杂物,通常在加工后发现与气孔并存,孔径大小不一,成群集结。
 
  2.产生原因
  低压铸造的铸件常出现氧化夹渣。氧化夹渣的来源分析起来: 
  (1)连续生产时往坩埚中补加铝液时,将液面上的氧化夹渣冲进升液管,在浇注时又被带入铸型中;所以在补加铝液后,应在升液管上端伸入工具,将升液管内的渣子瓢出来。 
  (2)升液管的液面反复升降造成的氧化皮。
  (3)加压速度过快,造成喷溅产生氧化皮。 
  另外,可能因铸型材料和涂料脱落而引起的非金属夹渣。

  3.防治措施
  (1)严格控制充型速度,保证金属液平稳上升,无冲击、喷溅现象。 
  (2)彻底清除合金液中的氧化渣。 
  (3)在升液管口或铸型内浇道部分采用过滤网。但是,过滤网不是所有的产品都可以使用,有些大而复杂,且壁厚较薄,重量较重的产品,使用过滤网后会充型不起,只有一些小而简单,且壁厚较厚,重量较轻的产品,方便使用。 
  (4)检查涂料层是否有脱落,型腔中的灰尘、砂粒、杂物要彻底清扫干净。

   四、冷隔及浇不足

   1.特征
  (1)冷隔:在铸件上有穿透或不穿透的、边缘呈圆角状的缝隙,缝隙中间常被氧化皮隔开,不能完全融合成为一体的缺陷。多出现在远离浇口的宽大上表面或薄壁处、金属液汇流处、冷铁芯撑等激冷部位。 
  (2)铸件残缺或轮廓不完整或可能完整但边角圆且光亮,称浇不足。常出现在远离浇口的部位及薄壁处。其浇注系统是的。 

  2.形成原因(流动性、排气性)
  (1)铸型温度或金属液温度低; 
  (2)金属液充型压力低、充型速度慢; 
  (3)型腔排气不顺,型腔内气体反压力过大。 

  3.防止措施(流动性、排气性) 
  (1)采用合理的铸型温度和金属液浇注温度(两个重要的工艺参数);    一般铸件 薄壁复杂件 金属型芯 ,金属型 200~300、 250~320 、250~350 低压铸造的浇注温度比相同条件的重力浇注的浇注
温度低10~20 。
   (2)使用合理的加压规范。 
  (3)改善铸型和型芯的排气条件、排气方式。 
  (4)若在铸件上发现很浅的对流沟痕时,只需在模具的对流处适当喷些涂料,即可消除。 

  五、裂纹 

  1.形成原因 
  裂纹可以分为热烈和冷裂。液态金属冷却凝固过程中,由于种种原因造成的应力若发生在固相骨架刚刚形成不久时,则形成的裂纹称之为热裂;反之,则称为冷裂。 

  2.预防方法 
  (1)增加铸型及型芯中阻碍收缩部分的退让性,增加涂料厚度。 
  (2)增加对产生热裂部分的补缩。因为热裂部位大部分是最后凝固处,加强对这一部分的补缩,自然会减少热裂。 
  (3)增大热烈部位铸型的散热能力,可能使热裂部位转移或不发生热裂。 
  (4)在与裂纹处相对应的金属型(芯)的两侧上开设与裂纹方向平行的浅沟道以分散凝固时的收缩应力,达到克服热裂的目的。 
  (5)尽早开模取出铸件可有效地减少热裂。 
  (6)提高型温和浇注温度,有利于同时凝固,对减少热裂有良好的作用。 关于冷裂可以从结构设计上加以考虑,也可以将生产出得铸件立即进行缓冷或退火处理,这有利于减少残余热应力,可有效地减少冷裂,也可以在零件上增设拉筋去防裂。 

  六、粘砂 

  1.形成原因 
  粘砂可分为化学粘砂和机械粘砂,但对于低压铸造或差压铸造则主要是机械粘砂。其产生的原因在于液态金属在保压时压力升高较大,该压力迫使液态金属克服表面张力,渗进砂芯或砂型的内部,而造成机械粘砂。

   2.预防方法 
  (1)在砂型或砂芯表面涂刷耐火度高而又致密性的涂料层,它可极为有效地克服粘砂缺陷。 
  (2)适当降低浇注温度。 
  (3)适当降低保压时压力的跃升值。

   七、变形 

  1.形成原因 
  铸件变形的形成原因与冷裂形成原因相同 

  2.预防方法 
  对这一问题的处理方法与冷裂基本相同。此外,还有一些特殊方法: 
  (1)根据铸件变形情况,在模具上预留出反变形的校正量 。
  (2)模具预留出拉筋,待热处理退火后再除去。 
  (3)变形后可以在压力机上校正。

   八、飞边、毛刺 

  1.飞边毛刺形成的原因 
  模具由于热应力变形或其它机械原因(液压缸压力不足)而合模不严,造成缝隙,充型后留下飞边、毛刺。 

  2.预防方法 
  (1)增大模具的刚度,改变模具结构,以此来减少模具的受热变形。 
  (2)也可能由于操作上的原因,使模具棱角处出现变形(磕碰),并使分型面一侧有凸起,应仔细检查,或在平台上测试,然后锉平即可。 
  (3)适当地降低浇注温度、浇注速度(充型速度、加压速度)或增压结壳延时。  

  九、渗漏 
  
  铸件在气密性实验或使用过程中发生的漏气、渗水或渗油现象。一些致密度要求较高的铸铝件经常发生打压渗漏的质量问题,多是由于铸件有气孔、缩松、疏松、组织粗大或裂纹等缺陷引起,而且在这些部位都有大量的Al2O3存在。其原因是,浇注时铝液接触空气,其表面马上形成氧化薄膜,在充填铸型时由于液流不平稳而出现的混流会把这些氧化膜 
一些致密度要求较高的铸铝件经常发生打压渗漏的质量问题,造成渗漏的主要原因是微气孔、微缩松及裂纹,而且在这些部位都有大量的Al2O3存在。其原因是,浇注时铝液接触空气,其表面马上形成氧化薄膜,在充填铸型时由于液流不平稳而出现的紊流会把这些氧化膜连同吸附的气体一起混入铝液内部。这些夹杂的相对密度与铝液近似,又因铝液粘度随温度下降而增大,因而杂质会来不及浮出,而留在铸件内部。两个相邻的氧化物薄膜为形成初期裂纹提供位置和机会,凝固时析出的气体及补缩不足,也会在这些区域形成微气孔和微缩松。这会显著地降低材料的力学性能,并成为打压渗漏的根源,所以液态金属进入型腔的速度及液流的平稳性是至关重要的问题。国外曾研究过以不同的速度填充厚度为5mm的薄板时,所得铸件的强度和塑性是不同的。即使充型速度相同,但由于型腔的结构原因造成的紊流严重程度不同,其对应部位的强度及塑性也有所不同。因此,液压加压控制系统对于内部质量要求较高的复杂薄壁件的质量影响极为严重。

来源:百铸联盟