铸钢缩孔和缩松产生的原因及预防措施!

在铸造生产中,铸钢件出现缩孔、缩松的概率远远大于铸铁件。因为铸铁件由于碳高,会有石墨膨胀对铸件进行补缩,而铸钢件碳含量低,石墨补缩非常弱,碳越低的铸钢件,越没有石墨补缩。因此,缩孔、缩松就成为铸钢件的常缺陷。

那么在生产中怎样预防铸钢件的缩孔和缩松呢?这就需要我们铸造人充分了解铸钢件产生缩孔和缩松的原因,知道原因才能有针对性的进行预防。

铸钢件之所以出现缩孔、缩松,根本原因是钢液的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。这是铸钢件固有特征。

下面我们看一下铸钢件缩孔和缩松的形成示意图:

通过上面的铸钢浇注凝固示意图我们看到,在浇注刚结束时,铸型内的钢液随着温度的下降而收缩,这时候铸件本体可以从内浇道得到液体补充,所以,在这期间铸型内一直充满着液体。
而当型壁表面的钢液温度下降到液相线温度时,铸件开始凝固,形成一层硬壳,如果在这个时候内浇道凝固,则硬壳内的钢液处于封闭状态。
随着温度继续降低,钢液继续发生液态收缩和凝固收缩,铸件早已凝固的硬壳也将发生固态收缩。在大多数情况下铸件的液态收缩和凝固收缩要大于固态收缩,因此在钢液自身重力作用下,液面将脱离硬壳的顶层而出现下降。
钢液凝固继续进行,随着硬壳的增厚,液面不断面下降。直到全部凝固后,铸件上部就形成带有一定真空度的漏斗形缩孔。
我们来观察上图所显示的情况,在大气压力 的作用,处于高温状态但强度很低的顶部硬皮,将可能向缩孔方向凹陷进去,最终形成我们上面图形上面的E图形状。
在实际生产中,铸件顶部硬皮往往太薄或不完整,因而缩孔的顶部通常和能大气相通。
铸件凝固后期,在其最后凝固部分的残余钢液中,由于温度梯度小,金属液将同时凝固,即在钢液中出现许多细小的晶粒,当晶粒长大互相连接后,将剩余的钢液分割成互不相通的小熔池。这些小熔池在进一步冷却和凝固时得不到液体的补缩,会产生许多细小的孔洞,这就是缩松。
缩松按糨的分布情况一般分为三种:
一、弥散缩松,这种缩松是指细小的孔洞均匀分布在铸件的大部分体积内,易在结晶温度范围宽的合金铸件的冷却缓慢的厚大部位处产生。
二、轴线缩松,这种缩松常在铸件截面均匀的板状及柱状中心产生,故称为轴线缩松。
三、局部缩松,这种缩松孔洞产生于铸件某些不能补缩的部位,如局部厚大的浇口处和缩孔的附近等。
通过上面的分析,我们知道缩孔是在铸件最后凝固的地方在i有钢液补充的条件下形成的,实际上铸钢件都会设有冒口(个别铸造除外),但缩孔还是常常发生,其原因大致有下面几个:
一、冒口位置不对,应设冒口处而没有设置冒口。
二、冒口补缩能力不足,冒口体积过小,使铸件没有足够的钢液补偿需要补缩的位置。
三、钢液浇注温度过高,造成钢液收缩量增大,引起缩孔。
缩孔是上面这些原因,缩松也基本如此。对一定成分的铸件而言,缩孔和缩松的数量是可以互相转化的。缩孔和缩松的总容积是一定的。但缩松又与缩孔存在着差异,在铸件最后凝固处,枝晶间的钢液凝固收缩得不到补偿,在定范围内处于同时凝固的状态时,最容易产生缩松。
那么,我们怎样预防铸钢件缩孔和缩松的产生呢?
为了避免铸钢件产生缩孔和缩松,基于铸钢缩孔和缩松产生的原因,解决思路就是控制铸钢件的凝固过程和建立良好的补缩条件,以便把小而分散的缩松转化为大而集中缩孔,并把它转移到铸件最后凝固的位置上,然后由冒口补缩这个位置并把缩孔转移到冒口中云,从而得到致密的铸件。
为了达到这个目的,从工艺上通过浇注系统的布置方式、冷铁、补贴和冒口的配合使用,达到让铸件的凝固过程按预期目标进行,使冒口能在整个凝固过程中按规定的方向源源不断地给铸件需要补缩的部位提供钢液,直到铸件凝固结束。也就是说让铸钢件按顺序凝固的原则进行。
为此要根据铸钢件的结构,合理地选择浇注系统引入的位置及浇注工艺,如内浇道开在铸件厚实处,使浇道通过冒口进入铸件,浇注温度和速度在保证良好充满铸型的条件下再低,稍慢一点,以减少钢液的液态收缩和凝固态收缩。
其次,再从铸型角度考虑应恰当地运用冷铁、补贴、和冒口。以前我们也在其他文章中介绍过铸钢件冒口位置的安放原则及原理,合理安放冒口,再配合冷铁和补贴来保证冒口有足够的补缩距离和补缩通道,是我们冒口设计的重中之重。
对于有些铸件,需要我们采用保温冒口、大气压力冒口以及浇注后点冒口等措施,以达到减少缩孔和缩松缺陷的目的。
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