鑄造實(shí)用知識！如何防止鑄件晶粒粗大？
發(fā)布時(shí)間： 2020-03-18 來(lái)源：洛陽(yáng)順祥機械有限公司 點(diǎn)擊：345
鑄件晶粒粗大是指經(jīng)過(guò)機械工或進(jìn)行斷口檢驗時(shí)，顯示出晶粒組織過(guò)分粗大而不適合應用的缺陷，這種晶粒粗大的組織，可能是遍布于鑄件整體，也可能發(fā)生于鑄件的局部。從本質(zhì)上講，晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。筆者根據多年的生產(chǎn)實(shí)踐并參閱有關(guān)資料，談?wù)勮T件晶粒粗大缺陷產(chǎn)生的原因及防止措施。
1、鑄件結構和工藝設計
(1)鑄件截面差異過(guò)大，會(huì )因為較厚的截面冷卻緩慢而造成該處晶粒粗大?；诣T鐵等對截面變化十分敏感的金屬，更容易產(chǎn)生此類(lèi)缺陷。
防止產(chǎn)生這類(lèi)缺陷的有效方法是避免鑄件截面尺寸過(guò)分懸殊，但這種途徑有時(shí)是鑄造工作者所無(wú)能為力的。因而就鑄造本身言，可通過(guò)采取設置冷鐵、控制澆注溫度或通過(guò)選擇合適的澆汁系統來(lái)減少這類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，降低這類(lèi)缺陷的嚴重程度。采用冷鐵可加快鑄件較厚截面的冷卻速度；
澆注溫度過(guò)高，會(huì )使這類(lèi)問(wèn)題更為嚴重，應予以避免；通過(guò)調節、修正澆注系統設計，使溫度低的金屬熔液位于鑄件截面較厚的部位，并在鑄件的厚截面處設計zui有效的冒口，以盡可能減小冒口的尺寸。
(2)對于帶孔鑄件，工藝設計人員有時(shí)沒(méi)有采用有助于減小有效截面尺寸的型芯，使未設芯的截面過(guò)厚而產(chǎn)生此缺陷，因此在工藝設計時(shí)，應盡可能在較厚的截面中設置砂芯。
(3)在某些情況下，鑄件截面并不太厚，但因某一較窄的凹陷部位或型芯在鑄件中形成熱匯截面，其結果和厚大截面一樣。例如．在鑄件較深部位的一個(gè)柱狀臍子處，可能需要設置型芯，而這樣就會(huì )造成冷卻緩慢。在不能設計進(jìn)行修改的情況下，除非可以降低金屬溫度，或重新沒(méi)置澆口，zui好的解決辦法是在型芯或鑄型截面處設置冷鐵。
(4)工藝設計時(shí)加工余量留得過(guò)大，不僅增加了切削加工的費用，還會(huì )把較致密的鑄件表層切削掉，并暴露出中心冷卻較慢的疏松部分。這種設計毫無(wú)可取之處，因為無(wú)論從鑄造還是從機械加工的角度來(lái)看都是不合理的，解決辦法是改變鑄件的設計。如果不允許更改設計，那么正確的方法則是采用冷鐵、控制澆注溫度及調整澆注系統。
(5)在厚截面處型芯設計不合適，型芯支撐不正確，或采用其他引起偏芯的技術(shù)，會(huì )造成鑄件截面的變化，從而引起晶粒粗大。
2、澆冒口系統
(1)未能實(shí)現順序凝固 澆注系統未能很好地實(shí)現順序凝固，通常是造成晶粒粗大的原因。對于截面變化急劇的鑄件，必須允分注意內澆口的數量和位置。為了進(jìn)行補縮，在冒口的作用區保持灼熱的熔融金屬，會(huì )使厚截面的冷卻速度降低到產(chǎn)生粗大晶粒的程度。冒口設計不當，如冒口頸過(guò)長(cháng)，冒口墊設計不當，或冒口尺寸太大，都會(huì )在較厚截面處造成過(guò)多熱量的匯集。
(2)易于造成熱匯的澆冒口分布 同樣，為了對厚截面進(jìn)行補縮，常會(huì )在局部區域造成過(guò)分的熱量匯集。例如，因為側冒口會(huì )造成厚截面的過(guò)熱并減緩冷卻速度，所以有時(shí)不便于在實(shí)際操作中使用。實(shí)際生產(chǎn)中需通過(guò)合理的冒口設計，盡可能減小冒口的尺寸。
(3)在內澆口或冒口與鑄件連接處造成局部熱節 內澆口或冒口頸部較短，對于補縮是有利的，但卻會(huì )使橫澆道或冒口太靠近鑄件，減緩了該部位的冷卻速度。而增大冒口頸部，又會(huì )給補縮帶來(lái)問(wèn)題。因此zui好的措施是采取有效的冒口設計，盡可能減少冒口的尺寸，不使橫澆道和冒口過(guò)于接近易于形成粗大品粒的關(guān)鍵截面，恰當地設置橫澆道和冒口，以實(shí)現補縮。
(4)內澆口數量不足 內澆口數量太少，不僅易于造成沖砂，同時(shí)還會(huì )造成局部熱節和粗大晶粒組織。這種現象普遍存在于所有的鑄造金屬中，即使是澆注溫度較低的鋁合金也會(huì )出現這種情況。在某些情況下，因為澆口數量太少，會(huì )導致產(chǎn)生縮松缺陷。這種縮松缺陷可能會(huì )掩蓋由于同樣原因造成的晶粒粗大的缺陷。實(shí)際上，當晶粒粗大缺陷嚴重惡化時(shí)，就變成了一種縮松缺陷，因而對這兩種缺陷的防治措施，常常是相同的。
3、型砂
只有當型砂使型壁產(chǎn)生的位移足以導致增加臨界截面(易于形成粗大晶粒的截面)的截面尺寸時(shí)，型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一個(gè)因素。由于在厚截面處的型壁移動(dòng)可能zui大，所以這種缺陷還是有可能產(chǎn)生的，此時(shí)所產(chǎn)生的品粒粗大缺陷和脹砂有關(guān)。
4、制芯
生產(chǎn)中應避免采用未烘透或空氣硬化的油砂芯，因為這種型芯可能會(huì )產(chǎn)生放熱反應，從而造成熱量過(guò)分匯集。這種情況或出現于大型鑄件，或出現于采用具有放熱性能粘接劑的厚大型芯。從某種意義來(lái)說(shuō)，這種型芯起著(zhù)一種***率的絕熱體的作用，并把金屬熔液的冷卻速度減緩到了危險的程度。
5、造型
(1)缺少能促使加快冷卻速度的通氣孔就較厚的鑄件截面來(lái)說(shuō)，鑄件的冷卻速度與通過(guò)型砂散出熱量的速度有關(guān)。排氣充分會(huì )有助于水氣迅速排出，從而產(chǎn)生一種致冷的效應。
(2)未設置激冷釘或冷鐵這種情況通常是因為粗心疏忽所致。
6、化學(xué)成分
從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，晶粒粗大和金屬的化學(xué)成分與冷卻速度的配合有關(guān)，因此選擇這種配合是非常重要的。如果冷卻速度難以調節，那么粗晶組織必定是起因于金屬的化學(xué)成分不當。由于金屬成分的重要性，現將每一種金屬簡(jiǎn)述如下。
(1)灰鑄鐵和可鍛鑄鐵 碳當量過(guò)高，碳和硅效應的數學(xué)計算，通?？梢愿爬椋篊E=C+1/3Si，晶粒粗大可能是因為碳過(guò)量或硅過(guò)量，或者碳硅過(guò)量所致。與硅相比，碳的效應相當其3倍，所以碳的做量變化，要比硅的同量變化危險得多。碳、硅的這種作用，既影響到可鍛鑄鐵，也影響到灰鑄鐵。對可鍛鑄鐵而言，晶粒粗大既不呈現為黑色，也不呈現出表示初生石墨的麻口，而是以一般的晶粒粗大的形式呈現，這是由于含碳或含硅量過(guò)高，或者二者均過(guò)高。磷也會(huì )對晶粒粗大產(chǎn)生影響。當wp=0.1％時(shí)，會(huì )加重縮孔缺陷，特別是在冷卻較緩慢的截面部位加重晶粒粗大缺陷的程度。
(2)鑄鋼 在鑄鋼的熔化和脫氧操作中，加入了一些會(huì )延緩晶粒長(cháng)大的元素，因此和鍛鋼相比，鑄鋼不太容易形成品粒粗大。因成分而引起品粒粗大的鑄鋼件，可通過(guò)退火或正火處理得到細化。
(3)鋁合金 鐵雜質(zhì)會(huì )使鑄鋁件品粒粗大，脆性增加，這類(lèi)缺陷多數是由于熔化操作不當所致。在鋁合金中，特別是那些要求過(guò)熱的鋁合金，加入適量的細化品粒合金元素是必要的。
(4)銅合金 銅合金中晶粒粗大的缺陷常被針孔、氣孔或縮松所掩蓋。銅合金因成分變化會(huì )造成品粒粗大，但通?？偸窍瘸霈F針孔、氣孔或縮松。
7、熔化
熔化操作小當會(huì )對合余的品粒組織產(chǎn)生影響。對于不同的鑄造金屬，必須采取小同的熔化工藝。
(1)沖天爐熔化灰鑄鐵 鼓風(fēng)量和焦炭不平衡，會(huì )造成過(guò)量增碳。例如，底焦高度過(guò)高和降低鼓風(fēng)量會(huì )造成過(guò)量增碳。當爐襯熔蝕后，增碳會(huì )更加嚴重。因為沖天爐直徑變大后，為了保持同樣的含碳量，需增加鼓風(fēng)量。在過(guò)高的溫度下熔化會(huì )增加碳量，如果采用熱風(fēng)熔煉，就會(huì )遇到這種情況。根據經(jīng)驗，鼓風(fēng)溫度每增加55℃，就會(huì )增加0.10％的碳(質(zhì)量分數)。如果采用氧氣來(lái)提高溫度，并不一定會(huì )產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。
出鐵液的間隔過(guò)長(cháng)，或鐵液停留在爐缸中的時(shí)間過(guò)長(cháng)，也會(huì )導致增碳。生產(chǎn)低碳鑄鐵一般都采用較淺的爐缸，并縮短出鐵液的間隔時(shí)間，盡量做到連續出鐵液。
間斷熔化會(huì )造成過(guò)量增碳，導致產(chǎn)生粗晶組織。另外，因停風(fēng)而使熔化間斷，幾乎無(wú)一例外地導致碳和硅含量的波動(dòng)。停風(fēng)之后，通常需要15min，才能重新獲得原來(lái)規定的化學(xué)成分。
(2)可鍛鑄鐵 爐料稱(chēng)重或配料中產(chǎn)生的偏差會(huì )導致化學(xué)成分的變化；爐內鼓風(fēng)量沒(méi)有保證，會(huì )影響化學(xué)成分的控制；熔化過(guò)熱或火焰中充煙，都會(huì )造成增碳。
(3)黃銅和青銅 采用臟污的坩堝，以及在坩堝的底部和側壁處留有上一爐熔化時(shí)所殘余的凝殼或金屬薄層，都會(huì )造成對下一次熔化的污染，因此生產(chǎn)中應避免使用來(lái)源不明的廢料，防止在金屬爐料內摻入會(huì )產(chǎn)生氣體的原材料，如濕的、油污染的或其他臟污的材料。
(4)鋁 因熔化溫度控制不當而使鋁液過(guò)熱，是造成鋁合金晶粒粗大的常見(jiàn)原因。因此生產(chǎn)中應將過(guò)熱的鋁液緩慢地冷卻下來(lái)，使其降到較低的澆注溫度。此外，在配料過(guò)程中粗心大意或者爐料污染，也會(huì )引起晶粒粗大缺陷。
8、澆注
對所有金屬來(lái)說(shuō)，澆注溫度過(guò)高都容易造成晶粒粗大缺陷。
9、其它
(1)冷卻速度過(guò)慢 除了與設計、澆注系統和金屬成分有關(guān)外，還與其他因素有關(guān)，如型砂緊密度偏低、當需要采用而沒(méi)有采用冷鐵、澆注和落砂之間的時(shí)間間隔過(guò)長(cháng)，以及落砂后將灼熱的鑄件堆放在一起等。
(2)熱處理不當 也是造成某些金屬品粒粗大的主要原因之一。
(3)機械加工不當 不恰當的機械加工會(huì )使實(shí)際上致密的鑄件看上去像是具有晶粒粗大缺陷的樣子。所謂機械加工不當，是指刀具磨得不合理、刀具過(guò)鈍、切削速度或進(jìn)刀控制有誤，以及粗加工方法不當等，這些都會(huì )造成帶有某種損傷的多孔外觀(guān)，這種外觀(guān)會(huì )使人們認為鑄件存在晶粒粗大的缺陷。
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