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缩孔和缩松的形成机理及防治

日期:2021-11-23    浏览次数:    

      铸铁件在凝固过程中,因液态收缩和凝固收缩,在铸件的热节或最后的凝固部位将出现缩孔和缩松。缩孔大而集中,形状不规则,表面粗糙且可以看到相当发达的树枝状晶末梢;缩松细小而分散,常分布在铸件的热节轴心处或集中性缩孔的下方。

      因缩孔和缩松减少了铸铁件受力的有效截面积,并在其附近产生应力集中现象,从而会使铸铁件的力学性能大幅度下降。对承受液压和气压的铸铁件,往往因缩孔和缩松的存在而报废。

      1.缩孔和缩松的形成

      铁液浇满铸型后,随即发生液态收缩,此时可从浇注系统得到补缩,当铸铁件的外表温度下降到凝固温度时,表层就凝固成一层硬壳。当内浇道凝固后,如无冒口补缩而继续冷却时,硬壳内的铁液因温度下降发生液态收缩,同时要对逐渐加厚的硬壳层的凝固收缩进行补缩。虽然固态硬壳因温度降低使铸铁件外形尺寸缩小但由于铁液的液态收缩和凝固收缩程度超过硬壳的固态收缩,随着结晶凝固过程的进行,硬壳不断增厚,待铁液全部凝固后,在铸铁件最后凝固部位就会因无铁液补缩而形成缩孔。

       灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁在凝固过程中还会随石墨的析出而发生体积膨胀,这种膨胀可能将凝固前期体收缩的一部分或全部抵消。如铸型刚度较差,在石墨化膨胀压力作用下,就会造成铸件壁向外迁移,使铸铁件的尺寸增大,体积也相应增加,最终将使铸铁件内缩孔总容积增加。

      形成缩松的基本原因和形成缩孔一样,但形成缩松的条件还有:铁液的结晶温度范围或凝固区域较宽,倾向于糊状凝固方式;铸铁件断面上的温度梯度较小,因而形成细小分散的缩松。

      灰铸铁在共晶凝固时,共晶团中片状石墨的尖端始终与共晶铁液相接处,因此,石墨片长大时所产生的体积膨胀,绝大部分都直接作用在初生奥氏体枝晶间或共晶团之间的铁液上,这样就迫使铁液通过枝晶间的通道去补缩因液态收缩和凝固收缩而在奥氏体枝晶间或共晶团之间所形成的小孔洞。而且由于灰铸铁倾向于逐层凝固,铁液的补缩通道可在较长时间里保持畅通,所以灰铸铁产生分散缩松的倾向较小。

       球墨铸铁和灰铸铁相比更倾向于“糊状凝固方式”,因而在铸件断面上有较宽的凝固区域,形成坚固外壳的时间也较长。这相当一部分石墨球是在奥氏体外壳包围下长大,石墨长大时的膨胀力很容易通过奥氏体壳的接触而传递到铸件外部,从而表现出远比灰铸铁要大的共晶石墨化膨胀力。由于球化处理时加人了镁和稀土元素,增加了铸铁的白口化倾向,同时球墨铸铁的共晶团的尺寸比灰铸铁细小得多所以共晶团之间微小的间隙很难得到铁液的充分补缩。由于上述这些特点,在生产实际中球墨铸铁件常常表现出有较大的外形尺寸胀大(其大小程度取决于铸型刚度)以及产生缩孔、缩松的倾向。

       蠕墨铸铁产生缩孔、缩松的倾向介于灰铸铁和球墨铸铁之间。各种铸铁的体收缩值见于表1。


 2.缩孔和缩松的防治方法

       主要从铁液本身、铸型条件及铸造工艺三方面考虑:

       (1)铁液的化学成分,特别是碳、硅含量的选择,能影响到灰铸铁及球墨铸铁的V石胀对于亚共晶灰铸铁以及球墨铸铁来说,碳含量增加,析出的石墨量增多,使V石胀增大,有利于减少或消除缩孔和缩松。对白口铸铁来说,碳含量的变化对收缩值的影响较小。

       铁液的浇注温度直接影响到V液缩的大小,故不论对何种铸铁,都应有适宜的浇注温度。浇注温度太高,将增大V液缩值,也将增加缩孔、缩松的趋势。

       (2)铸型刚度的大小将直接影响到灰铸铁、蠕墨铸铁和球墨铸铁凝固过程 V型移的大小,铸型的刚度因造型坚实度及铸型种类的不同而异,应根据铸铁件的要求及实际生产条件合理地选择铸型。对于球墨铸铁件来说,要特别强调较高的铸型刚度。

       (3)根据灰铸铁、蠕墨铸铁及球墨铸铁的凝固特点,应采用合理补缩的原则来设计浇冒口系统,应充分利用铸件的自补能力,冒口只是补充自补缩不足的差额。

                                                                 

摘自于《现代铸铁技术》


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