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欧洲杯锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制

时间 2020-08-27 22:12

  锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制及防治措施_材料科学_工程科技_专业资料。锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制及防治措施 樊自田 1,毕丽珍,,黄乃瑜1,董选普1,孙德海2刘旭光2,付海利2,段连祥2 (1.华中科技大学,湖北武汉430074;2.中国北车集团牡丹江机车车

  锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制及防治措施 樊自田 1,毕丽珍,,黄乃瑜1,董选普1,孙德海2刘旭光2,付海利2,段连祥2 (1.华中科技大学,湖北武汉430074;2.中国北车集团牡丹江机车车辆厂,黑龙江牡丹江157000) 摘要:论述了锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形成机制,就该缺陷的防治措施进行了探讨。认为错砂覆膜砂铸钢件表面缺 陷气痕和流痕形成的主要成因是:再生砂粒度过细、壳型(芯)的透气性偏低,浇注系统不合理、钢液流动不平稳、铸型排 气能力差,浇注温度偏低且不稳定等。实践表明,增加壳型(芯)的透气性、采用平稳快速浇注工艺方案、适当提高浇注温 度等,可以达到减少和消除锆砂覆膜砂铸钢件气痕和流痕缺陷之目的。 关键词:锆砂;覆膜砂;铸钢件;铸造缺陷;缺陷防治 中图分类号:TG260.6 Surface Defects 文献标识码:A 文章编号:1003—8345(2007)01—0069—04 Formation mechanism of Resin..Coated Zircon Sand Steel Castings and Their Prevention Measures FAN Zi—tianl,BI Li—zhenl,HUANG Nai—yul,DONG Xuan-pul,SUN De-hail,LIU Xu—guan92,FU Hai—li2,DUAN Lian—xiangz f1.Huazhong University of Science and Technology,Wuhan China North Vehicle Group 430074,China;2.Mudanjiang Locomotive&Vehicle≮%rks, Co.Ltd.,Mudanjiang 157000,China) sand mould was Abstract:The surface defeets formation mechanism of steel castings produced with resin—coated zircon described,and their prevention measures trace were discussed.It was considered that the main reason causing the gas and flow defects on the surface of steel castings poured in the resin-coated zircon sand mould was too was not are as follows:the grain size of the was not reclaimed zircon sand the molten steel flow flow was not fine,penneability of the shell moulds smooth,the venting ability of the mould to cores)was was some lower,the gating system was too proper, lower,pouting temperature or low and pouting trace stable,etc.Practice showed that it is possible reduce fast eliminate the gas trace and flow defects by as increasing the permeability of the shell moulds(cores),adopting and smooth pouting process,as well properly increasing pouring temperature. measures Key words:resin—eomed sand;steel castings;casting defects;prevention 为了适应我国铁路运输不断提速、重载的发 收稿日期:2006—10—03修定日期:2006~11—28 展形势,“九五”期间,牡丹江机车车辆厂在铁道 部及中车公司的支持下,进行了大规模技术改 造,开发、试制成功了MT一3型大容量缓冲器和 作者简介:樊自田(1962.10-),男,华中科技大学材料科学与工程 学院教授、博士生导师,主要研究水玻璃砂清洁生产技术、铝镁 合金精密成形技术等.E—mail:fanzt@public.wh.hb.cn。 应生成低熔点的化合物,起了一种助熔剂的作 用。因而在铁液与熔融面之间形成了粘性的玻璃 质层,在铸型表面犹如一层光洁釉面,该层的存 在阻止了砂型与铁液之间化学反应的进行,同时 也阻止了界面气体的侵入,从而消除了表面针孔 缺陷。 参考文选 【1】胡彭生,主编.型砂【M].上海:上海科学技术出版社.1994,8,第 2版. [2]李传轼.造型材料新论[M].北京:机械工业出版社.1992.4. [3]谭银元.壳法制芯脱壳原因的分析及消除办法[J].造型材料, 2003,(2):20-23. [4]李平.壳型铸造技术的研究进展及应用现状[J]现代铸铁, 2005,(2):33—35.溺黻 2007/1现代铸铁f 69 万方数据 ST型缓冲器。针对缓冲器箱体内腔结构复杂、尺 寸精度及内部组织密度要求严格等特点,为了确 保产品质量,在确定铸造工艺时,大胆采用了壳 型铸造方法。使用从意大利FA公司引进的全自 动化的壳型、壳芯造型机.从德国Webac和KGT 公司引进的世界一流水平的锆砂覆膜砂混砂机 及热法旧砂再生机进行生产。牡丹江机车车辆厂 也成为国内首家将壳型、壳芯及锆砂覆膜砂工艺 应用于缓冲箱体铸造生产的厂家。所生产的铸件 尺寸精度高、内部组织致密。形成了应用于壳型、 2锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的形 成原因 经试验测试。造成锆砂覆膜砂铸钢件表面缺 陷的主要原因有以下几个方面: 2.1造型材料 我国商品锆砂原砂的粒度通常很细,加之采 用热法旧砂再生工艺.再生砂经过多年的反复使 用,再生砂的粒度有不断细化的趋势。其结果是: 壳型(芯)的透气性不断下降,浇注时金属液流动 壳芯工艺铸造多品种、系列化产品的竞争优势。 试生产阶段,全部采用国外进口造型材料 (树脂粘结剂、锆砂原砂等)且大都是新砂,铸件 表面质量很好。但随着生产的循环进行和造型材 料的国产化,缓冲器箱体铸钢件表面的气痕缺陷 日趋增加,且有愈来愈严重之趋势,有时缺陷数 量占箱体铸件生产总数的80%以上。造成箱体外 观质量差。用户意见较大.成为困扰工厂箱体质 量的关键问题。研究该铸造缺陷形成的原因机理 及防治方法,已成为MT一3、ST箱体铸钢件生产 迫切需要解决的问题。 1 的阻力加大,凝固后铸件易产生气痕现象。表1 所示为工厂循环使用后的再生砂的粒度变化。 表1 Tab.1 热再生砂及新锆砂的粒度分布及其平均细度 Grain distribution and average fineness of hot reclaimed sand and new zircon sand 平均 粒度分布(%) 20目309 40目50目70N 100目140目200目270且底盘细度 舯姓砂样1 —0.08 一 一 1.36 68.50 36.66 49.42 20.39 24.12 39.70 1.56 0.60 9.30 178.15 0.10 107.17 0.00 95.18 热醚砂样2一 新锆砂 一0.2 0.06 16.44 8.90 21.70 一0.10 0.30 2.2浇注系统设置 锆砂覆膜毋步铸钢件表面缺陷的表彳正 用锆砂覆膜砂工艺生产的MT一3箱体(材料 “气痕”缺陷的主要原因是“充型卷气”和“排 气不畅”所至。除与铸型(芯)的透气性密切相关 外,浇注系统的合理设计,使金属液流动平稳,型 腔中的气体能通畅地排出非常重要。为此我们进 行了不同方案的充型流动的模拟分析。以优化铸 件的浇注系统方案。原浇注系统和改进后的浇注 系统的充型过程流动模拟如图2、图3所示。 原浇注系统方案在浇注充型时.钢液的流动 会产生明显的“水帘”状。充型流动中的卷气现象 较严重。钢液从铸件的顶部注入,铸件的排气通 道也不通畅,很容易“憋气”,使铸件产生气体缺 陷。模拟的特征与现铸件的气痕缺陷特征很相 似。 为ZG20),其表面缺陷的表征如图1所示。缺陷 多发生在铸件的孔洞(芯头)处及拐角处的表面。 在铸件的孔洞(芯头)处,主要为气痕状,如图1 (a);在铸件拐角处、液流交汇处或最后充型部 位,主要是气痕状和冷隔状(即气隔),如图1 (b);在铸件的顶部,主要是流痕状或皱皮状。而 缺陷数量最多且影响铸件表面质量最主要的缺 陷是气痕和气隔。 改进后的浇注系统方案为采用底注式单直 浇道注入钢液,充型流动较原方案平稳,不会产 生“水帘”状流动,铸型中的气体从冒口中排出, 也不会产生“卷气”、“憋气”现象,可望较大地减 轻铸件的气痕缺陷。 浇注实践表明。经计算机优化后的“改进浇 注系统”,钢液充型平稳、排气性能好,对克服“气 体”缺陷非常有利。对比MT箱体铸件的两种浇 70 J现代铸铁2007/1 万方数据 注温度较低时铸件缺陷明显加重:而在每浇包浇 注8~10箱前提下,最后浇注铸件的缺陷程度要 较开始浇注铸件的严重,因为末箱的浇注温度都 低于开始浇注的温度。所以,严格浇注工艺规范, 适当提高浇注温度和浇注速度。对克服锆砂覆膜 砂铸钢件表面缺陷是非常重要的。 综上所述,锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的特 征是“气痕+冷隔”,其主要成因应该是:再生砂粒 度过细、壳型(芯)的透气性偏低。浇注系统不合 理、钢液充型不平稳、铸型的排气能力差。浇注温 度偏低等。 3锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的防 治措施 克服锆砂覆膜砂铸钢件表面缺陷的具体措 施应包括如下几个方面: (1)控制型砂的粒度,增加壳型的透气性。旧 砂经反复热法再生使用,其再生砂粒度不断细 化,加之商品锆砂原砂的粒度通常较细,使得壳 型(芯)的透气性不断下降,浇注时金属液流动的 阻力加大,凝固后铸件易产生气痕现象。为此,必 须控制型砂的粒度,增加粗原砂量、减少细砂和 注系统,改进后的浇注系统,使铸件的缺陷程度 明显减小。 2.3浇注温度及浇注速度 粉尘含量,以保证铸型(芯)浇注时有较好的透气 性和足够的排气能力。 (2)采用平稳快速的浇注工艺方案。锆砂覆 膜砂壳型(芯)的导热性能好、冷却速度快,应采 锆砂覆膜砂比石英覆膜砂的导热速度快,因 此浇注温度较低时。易产生冷隔缺陷。如型内气 体不能及时排出。会加大金属液流的阻力.在发 气量(或气体量)大的部位、两股钢液交汇处等, 产生明显的气隔(或气痕)缺陷。从另外一个方面 可以解释浇注温度对上述表面缺陷的影响:因为 如果是由于纯气体而产生“气痕”表面缺陷,也很 有可能使铸件产生皮下气孑L缺陷;但从实际检测 结果看,从未发现过MT箱体铸钢件有皮下气孑L 缺陷。因此,单从发气、排气的角度,分析现有缺 陷的原因,显然是不全面的;也无法解析“没有皮 下气孑L缺陷”的原因。从缺陷的表面特征看.更象 是“气痕+冷隔”缺陷的综合反映,它与浇注温度 用比石英砂铸型更大的内浇道尺寸,以提高金属 液的充型速度。为了避免快速浇注后出现卷气现 象.浇注系统设计应采用底注式浇注系统,力求 充型过程平稳。 (3)适当提高浇注温度。为了克服铸件的冷 隔缺陷,提高浇注温度是重要措施之一。应严格 控制铸件的开浇温度和末浇温度,使MT箱体铸 钢件的开浇温度高于1 高于1 550 oE。 585—1 610℃、末浇温度 (4)其它措施。包括“采用抽真空措施强化浇 注时壳型(芯)排气”和“采用还原性气氛保护上 升的金属液面”等。实践表明,铸件浇注时采用对 也有较大关系。 MT箱体铸钢件的浇注温度规定为l 1 610 1 585~ 铸型密封抽真空的措施可以加大铸型(芯)排气、 减少充型时金属液流的阻力。有利于消除表面气 痕缺陷。 qC,但实际生产中的开浇温度有时仅为~ 560℃、末浇温度仅为~1 520℃。实践表明:浇 研究还表明,当合金中有易氧化的元素(如 2007/I现代铸铁l 万方数据 71 铁基合金可见光谱特征及看谱分析研究 刘 平1,庞晓辉1,刘浩新2 (1.北京航空材料研究院,北京100095;2.香港科技大学工学院,香港) 摘要:对铁基合金可见光谱线进行了计算机模拟,研究了基体元素铁和各成分元素的可见光谱特征。使用光栅看谱镜和 棱镜看谱镜对铁合金可见光谱进行了看谱分析研究,摄制了彩色图谱。研究了利用铁元素及成分元素特征谱线进行基 体鉴别和成分元素分析的方法,研究结果可用于铁合金基体鉴别及各成分元素的定性和半定量分析。 关键词:看谱分析;铁合金;图谱 中图分类号:06573 Investigation 文献标识码:A Oil 文章编号:1003—8345(2006)06—0072—05 Spectrums of Ferroalloys and Spectroscopic Analysis Characteristics of Visible LIU Pin91,PANG Xiao-huil,LIU Hao-xin2 (1.Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095,China;2.School of Engineering,HongKong University of Science and Technology,HongKong,China) of computer simulation of visible spectrums,the characteristics of visible spectrums of matrix element were Abstract:By the help Fe and other elements of ferroalloys investigated.The visible were spectrums of ferroalloys were analyzed and investigated with optical grating spectroscope,and the COlOr spectrograms taken.The analysis method of using the characteristic spectrums of Fe and other elements of ferroatloys to differentiate the matrix and to analyze various elements was researched. as The result can be applied to the matrix differentiation well as qualitative and semi—quantitative analysis of various elements of ferroalloys. Key words:spectroscope analysis;ferroalloy;spectrum atlas 看谱分析技术是以目视测光为基础的材料 成分分析技术,主要运用光栅看谱镜和棱镜看谱 镜,根据材料光谱特性进行成分分析。我国自20 世纪50年代引进看谱镜和看谱分析技术,随后 Mn、Si等)且含量较高时(如硅锰低合金钢 ZG20、MnSi).极易形成皱纹或流痕。主要原因 是:在钢液的充型过程中,型腔内上升液面随着 温度的降低而形成氧化膜,液面继续上升使氧化 膜粘附于型壁上,钢液面漫过氧化膜留下痕迹; 当液面温度下降到凝固温度范围时,液面结壳, 较高的浇注温度等措施后,MT一3箱体铸件的表 面缺陷率大幅度下降,由原来的缺陷率80%~ 90%降低为10~20%。 参考文献 [1】陈国桢,肖柯则,姜不居.铸件缺陷和对策手册【M】.北京:机械 工业出版社。2004.10. 更严重地阻碍型腔内液面的上升运动,但型腔内 钢液克服阻力。突破液面壳漫过它继续上升,结 果在“金属/铸型”界面上留下痕迹,铸钢薄壁件 表面更易出现这种皱纹缺陷。防止此类缺陷的根 本措施是:提高钢液在型腔内的上升速度(不低 于18 ram/s):采用还原性气氛保护上升的金属 [21:E文清,李魁胜.铸造工艺学[M】.北京:机械工业出版社,北 京:1998.10. [3]张秀亮,李义德.覆膜砂在低合金钢箱体铸件中的应用[J】-铸 造设备研究,2002,(10):48—50. [4]刘向东,肖柯则,王文清,等.覆膜特种砂与覆膜硅砂热膨胀性 能的对比叨.现代铸铁,1999,(4):13-16. 液面,使型腔中CO/CO:、H2/H20的比值增大。 [5]黄天佑.铸造手册?造型材料[M】.北京:机械工业出版社, 2002.5.黼 4结束语 采取提高原砂粒度、使用改进的浇注系统及 7'2 J现代铸铁2007/1 万方数据

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