不锈钢熔模铸造缺陷分析及质量控制

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表面质量起重要的影响作用 。应选用锆砂中性耐火材 料作为面层材料 ,且锆砂的 ZrSiO4 的含量要高 ,并控制 K、Na 、Ca 、Mg 等氧化物杂质的含量 。为保证铸件质量 的稳定 ,应固定选择一至二家锆砂供应商 ,并定期对所 供锆砂委托相应研究机构检测 ,具体要求应按照航空工 业部标准 HB534921986 ,坚持按标准验收 。
在生产中有时也发现部分铸件表面有突出的金属
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特种铸造及有色合金 2008 年年会专刊)
图 14 毛刺缺陷位置的能谱分析 颗粒(见图 16) 。该缺陷有时无法修整 ,影响了铸件的 表面质量。
图 15 铸件夹砂缺陷
图 16 铸件多肉缺 陷
该缺陷产生的主要原因可能是面层涂料存在问题 或者涂挂操作不当而导致的 。面层涂料如果含气量大 或者面层涂料对蜡模的浸润性差或者涂挂前两层时没 有及时清除气泡 ,在焙烧或合金浇注阶段导致型壳产生 鼓泡 ,最终会被金属液填充 ,从而产生多肉缺陷 。
Key wor ds : Invest ment Ca sti ng , Casti ng Def ect s , Qualit y Cont rol
熔模铸造的工艺流程通常为 :压型制造 →蜡模压制 →蜡模组装 →浸涂料 →撒砂 →硬化及干燥 →脱蜡 →焙 烧 →浇注 →落砂及清理 。由于其工艺环节较多 ,过程较 复杂 ,因而最终铸件的质量受诸多因素的影响很大 ,不 易进行控制 。结合我厂不锈钢熔模铸造生产过程中出 现的若干缺陷类型 ,探讨 、分析不锈钢熔模铸造过程中 质量控制的关键环节 。
图 7 铸件缩陷缺陷 该缺陷产生的主要原因可能是铸件局部散热条件 差 ,或者浇注温度与型壳温度过高且浇注速度过快 ,导 致在铸件热节部位产生缩陷缺陷。 1. 5 疤痕 在生产中在部分铸件的局部表面也出现有蜂窝状 凹陷 ,即疤 痕 ( 见图 9) 。其缺陷位置 的能谱分 析见图 10。可见缺陷部位存在着 C、O 及微量 Ca 、M g 的偏聚 。
不锈钢熔模铸造缺陷分析及质量控制 汤 彬等
图 8 缩陷缺陷位置的局部放大
图 11 铸件岛状凸起缺陷
图 9 铸 件疤 痕缺陷
图 12 岛状凸起缺陷位 置的 能谱分析 1. 7 毛刺
部分铸件表面有时会有分散的毛刺缺陷 (如图 13) ,其缺陷位置的能谱分析见图 14。可见缺陷部位存 在着 C 及微量 Ca 、Mg 的偏聚 。
1. 3 凹陷
在生产中有时也发现部分铸件表面有不规则的凹 陷 (见图 5) ,其缺陷位置的能谱分析见图 6。可见缺陷 部位存在着 Zr 及微量 Ca 、M g 的偏聚。
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图 6 凹陷缺陷位置的能谱分析 该缺陷产 生的 主要原 因可 能是锆 砂中 混有 微量 Ca 、Mg 等杂质 ,导致锆砂的高温稳定性能下降 ,从而型 壳在脱蜡或焙烧阶段发生向内的鼓胀变形 ,进而产生铸 件凹陷缺陷 。 1. 4 缩陷 在部分铸件热节部位表面有时会呈现出不规则的 凹陷 (缩陷) ,见图 7 ,其缺陷位置的局部放大见图 8 ,可 以看出缩陷缺陷位置附近表面出现较明显的砂粒印迹 。
Abst ract : The causes of cast ing def ect s which happened i n stainl ess steel i nve st ment ca sting practi ce have been analyzed in t hi s paper , such as pockmark , bl ack poi nt , i ndent ation , s hrinkage depre ssion , and so o n. On ba se of t hese , t he key sections of qualit y cont rol on invest ment ca sti ng have been p ut for2 ward.
图 10 疤痕缺陷位置的能谱分析 该缺陷产生的主要原因可能是型壳中残留过多的 皂化物且型壳焙烧不良或者型壳存放时间过长 (或湿度 大) ,导致型壳中残留的碳质等物质较多 ,当钢液进入此 类型壳中 ,将导致合金熔体表面与型壳发生反应 ,从而 产生表面蜂窝状凹陷的疤痕缺陷 。 1. 6 岛状凸起 (蛤蟆皮) 在生产中有时也发现部分铸件表面有大小不等的 块状凸起 (如图 11) 。其缺陷位置的能谱分析如图 12 所示。可见缺陷部位存在着 Cr 和 C 元素的偏聚 ,以及 微量 Ca 、Mg 元素。 该缺陷产生的主要 原因是型壳 局部硬化 、风干不 透 ,水份 、盐类富集 ;或者浇注过程中型壳面层的低熔点 夹杂物与金属液发生烧蚀 ,使 Cr 合金元素被氧化而导 致的。
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坑缺陷 ,恶化铸件的表面质量。 1. 2 黑点缺陷
不锈钢铸件加工或抛光后 ,在加工表面位置 ,有时 会出现分散的规则球状的黑点缺陷 ,见图 3。其缺陷位 置的能谱分析 见图 4 。可见该黑点缺陷存在着 O 、Si 、 Mn 等元素的偏聚 。
图Fra Baidu bibliotek5 铸件凹陷缺陷
该表面麻坑缺陷产生的主要原因是面层型壳材料 不合格 。在铸造生产中采用锆砂作为型壳面层耐火材 料 ,其导热性好 ,蓄热能力大 ,耐火度高 ,热震稳定性好。 纯 ZrSiO4 的耐火度在 2 000 ℃以上 ,但随着杂质含量 增加 ,耐火度相应下降 。锆砂当含有氧化物杂质时 ,其 分解温度会下降 ,例如含有 Ca 、M g 氧化物时 ,分解温度 会降至 1 300 ℃左右 ,当含有 K、Na 氧化物时 ,其开始
2 铸件的质量控制
从上述不锈钢熔模铸造铸件的缺陷种类及可能形 成原因来看 ,形成铸件缺陷的影响因素很多 ,各环节的 工艺控制好坏都将影响到最终的铸件质量 。结合上述 生产实践中所遇到的铸造缺陷 ,主要从以下 3 个方面对 铸件质量进行严格控制 ,铸件质量有了明显提高 ,取得 了较好的经济效益。
2. 1 原材料控制方面 (1) 面层材料由于直接与合金熔体接触 ,对铸件的
(2) 合金原料及辅料的供给需保持相对稳定的渠 道 ;严格控制炉料 ,入炉前需要对炉料进行必要的清理 ,
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不能有锈污 ,严格按照操作规程进行 ,避免将外来夹杂 引入合金熔体内部。 2. 2 涂挂 、脱蜡控制方面
(1) 严格涂料浆质量控制和管理 定期监测涂料浆 中粘结剂提取液的胶凝时间 ,坚决废弃已经老化变质的 涂料 ,特别是面层涂料 。
(2) 保证型壳导热性良好 确保蜡模表层在蜡模整 体膨胀前熔化 ;同时保证型壳面层透气性良好 ,减轻蜡 模整体受热膨胀对型壳产生的张力 ,防止型壳开裂 。
(3) 提高型壳干燥率 型壳越干燥 ,型壳强度越高 , 承受脱蜡时蜡模膨胀的能力越强 ,型壳越不容易开裂 。 同时适宜的型壳干燥率也确保型壳中残留水分少 ,在脱 蜡时不会受蒸气高温作用而出现异常沸腾现象 ,从而避 免型壳局部破损开裂 。 2. 3 焙烧 、熔炼及浇注控制方面
图 2 麻坑缺陷位置的能谱分析 分解温度会降至 9 00 ℃左右[ 1 ] 。锆砂是 ZrO2 ·Si O2 二 元系中唯一的化合物 ,但其分解时析出的无定形 SiO2 具有很高的活性 ,能与金属中的 Cr 、Ni 、Ti 、M n、Al 等 合金元素在高温下发生化学反应 ,致使铸件表面产生麻
收稿日期 : 2008203220 第一作者简介 :汤彬 ,男 ,1974 年出生 ,博士 ,副教授 ,清华大学基础工业训练中心 ,北京 (10084) ,电话 : 010 - 62773802 , E - mail : bt ang @t singhua . edu. cn
图 3 铸 件黑 点缺陷
图 4 黑点缺陷位置的能谱分析 该黑点缺陷产生的原因可能是由于钢液中存在有 非金属夹杂物 (主要是金属元素的氧化物 、硫化物和硅 酸盐) 而导致的 。非金属夹杂物的来源既有外来的 ,例 如金属炉料带入的泥沙杂质 ,从炉衬耐火材料上剥落下 来的碎粒以及在浇注过程中型壳被钢液冲刷下来的碎 砂等 ;也有熔体内部产生的 ,如钢液中的元素被氧化生 成的氧化物 。上述非金 属夹杂中 的硅酸 盐类 , 如 Fe2 Si O3 、M n Si O3 、FeO ·Al2 O3 ·SiO2 等 使钢液中的硅被 氧化成 SiO2 , SiO2 与钢液中的 M nO 、FeO 以及 Al2 O3 等化合物反应而生成多组元复合化合物 ,这类夹杂物的 熔点比合金熔体温度低而呈液态存在 。又由于它们有 较大的表面张力 ,并且与钢液之间不相互润湿 ,因此在 钢液中聚成球形 ,钢液凝固后形成球形夹杂物 ,在铸件 表面形成的是规则的球状黑点缺陷 。
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图 13 铸件毛刺缺陷 该缺陷产生的主要原因可能是型壳上存在有分散 性的孔洞 (蚁孔) 。产生蚁孔的主要有 :面层涂料中的粉 液比太低 ;面层砂的粒度大 ,而面层涂料的粘度低 ; 涂料 对蜡模的浸润性差或者涂挂面层时操作不当导致的[ 2 ] 。 1. 8 氧化物夹砂
在部分铸件表面局部会粘附金属氧化物 ,清除后呈 斑疤 (见图 15) 。其缺陷主要是由于熔体质量不高 ,浇 注期间存在氧 化物夹杂 ,最终形成铸件 氧化物夹砂缺 陷。 1. 9 铸件多肉
(1) 充分焙烧型壳 。 (2) 脱氧 、除渣处理应充分 ,同时保证对熔体表面氧 化物等夹渣应及时处理干净 。必要时在浇注完毕的型 壳周围人为地造成还原性气氛 ,如向刚浇注完毕的型壳 撒木屑 。同时也要避免加入过量的脱氧剂 ,以防反而增 加钢水中非金属夹杂物的含量 。如不锈钢的脱氧剂多 用锰铁和 硅铁 ,其 在钢 水中 反应生 成 Mn O 和 Si O2 , SiO2 熔点较高 ,在钢水中悬浮很难排除干净 ,易与金属 反应生成硅酸盐系列的非金属夹杂 ,是表面黑点缺陷的 主要来源之一 。 (3) 控制适宜的浇注温度 。为了保证钢 液充满型 腔 ,获得良好的铸件表面质量 ,必须采用足够高的浇注 温度 。但是浇注温度过高 ,容易加剧表面合金元素的氧 化从而产生表面麻点等其他缺陷。因此 ,在保证获得轮 廓清晰的铸件条件下 ,应采用较低的浇注温度 。
1 典型铸造缺陷及其成因分析
图 1 铸件表面麻坑缺陷
1. 1 表面麻坑缺陷
在生产实践中 ,有时发现 成批铸件表面出 现麻坑 (如图 1) , 呈 规则 的 半 球形 小坑 , 凹坑 直径 为 013 ~ 01 8m m ,深为 01 3~01 5m m ,麻坑在铸件局部呈密集状 分布。该缺陷虽不影响铸件使用性能 ,但无法修整 ,严 重影响了铸件的表面质量 ,导致铸件成批报废 。对该缺 陷进行能谱分析 (如图 2) ,结果表明该缺陷位置存在着 微量的 Mg、Ca 等元素。
精密铸造
特种铸造及有色合金 2008 年年会专刊
不锈钢熔模铸造缺陷分析及质量控制
汤 彬1 精 秀2 李双寿1 李越飞2 曾大本1 (1. 清华大学基础工业训练中心 ;2. 秦皇岛安冶精密铸造有限公司)
摘 要 结合不锈钢熔模铸造生产实践中出现的铸 造缺 陷 ,如麻坑 、黑点 、凹陷 、缩陷等 ,对其 成因进行 分析 ,并在此基础 上 提出熔模铸造过程中质量控制的关键环节 。 关键词 熔模铸造 ;铸造缺陷 ;质量控制 中图分类号 T G249. 5 ; TG26 文献 标志 码 A 文章编号 2008 (s) - 0465 - 04
Def ect Ana lysis an d Qual ity Con tr ol on Sta in less St eel In vest men t Cast in g
Ta ng Bin1 , Gao J in gxiu2 , Li Shu a ng sho u1 , Li Yuef ei2 , Zen g Da b e n1 (1. Tsinghua Uni versi t y , Beji ng , Chi na ; 2. Anye Preci sion Casti ng Co. Lt d. , Qi nhuangdao , Chi na)
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