用覆膜砂生产35号铸钢产品出现裂纹缺陷,是由哪些原因造成的?

科技   2024-11-26 17:27   河南  

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35号铸钢是传统老国标中的叫法,它相当于新国标中ZG270-500牌号。其化学成分,碳0.22%-0.32%,硅0.2%-0.45%,锰0.5%-0.8%,磷0.04%以下,硫0.04%以下。

35号铸钢出现裂纹缺陷主要有以下原因:

铸造工艺方面

浇注温度过高:过高的浇注温度会使液态金属的收缩量增大。例如,当浇注温度比合适温度高出50 - 100℃时,液态收缩明显加剧,导致铸件在凝固过程中产生较大的热应力,容易出现裂纹。

浇注速度不合理:浇注速度过快,铸型内的液态金属在短时间内大量积聚,会产生较大的冲击力。这可能使型砂移位或者使铸型局部强度降低,而且过快的浇注速度还会导致凝固过程中温度分布不均匀,进而引发裂纹。

冒口设计不当:冒口的主要作用是补缩。如果冒口的尺寸、位置或数量不合理,铸件在凝固收缩时得不到足够的液态金属补充,就会产生缩孔和缩松,这些部位容易成为裂纹源。

化学成分影响

含碳量及合金元素:35号铸钢中碳含量相对固定,但如果杂质元素过多或者合金元素配比不当,会影响铸钢的韧性和抗裂性。例如,硫、磷等有害元素超标,会在晶界形成低熔点共晶物,在凝固后期,这些低熔点物质先熔化,导致晶间结合力下降,从而产生热裂纹。

造型材料及型砂性能

型砂的透气性和退让性差:透气性差的型砂,在浇注过程中,铸型内的气体无法顺利排出,会在铸件内形成气孔,这些气孔周围应力集中,容易诱发裂纹。退让性不好的型砂,在铸件凝固收缩时不能有效退让,会对铸件产生较大的阻力,导致裂纹产生。

铸件结构设计不合理

壁厚差异过大:如果铸件的壁厚不均匀,厚壁部分和薄壁部分在凝固过程中的冷却速度不同,会产生较大的热应力。例如,在厚壁与薄壁的连接处,由于冷却速度不一致,热应力集中,很容易出现裂纹。

35号铸钢小件,用覆膜砂工艺,产生裂纹缺陷是什么原因?

1. 覆膜砂性能方面

热膨胀系数问题:覆膜砂的热膨胀系数如果过大,在铸件凝固冷却过程中,由于覆膜砂型的收缩与铸件收缩不一致,会对铸件产生较大的拉应力。例如,当覆膜砂的热膨胀系数比合适范围高出较多时,在冷却阶段,砂型对铸件的束缚力增强,容易导致铸件产生裂纹。

发气量过大:覆膜砂在高温液态金属的作用下会产生气体。如果发气量过大,而砂型的透气性又不好,气体无法及时排出,就会在铸件内部形成高压,导致铸件出现气孔。这些气孔周围会产生应力集中,进而引发裂纹。

2. 工艺参数方面

浇注温度过高:对于35号铸钢小件,浇注温度过高会使液态金属的凝固时间延长。这样,铸件在砂型中停留的时间较长,受到砂型的约束作用也更久。同时,高温液态金属的收缩量更大,增加了铸件的热应力,容易产生裂纹。

浇注速度过快:浇注速度过快会导致液态金属对砂型的冲击力增大。对于覆膜砂型这种强度相对较低的铸型,可能会使砂型局部损坏,如砂型表面的覆膜被冲掉,影响砂型的完整性。而且,过快的浇注速度会使铸件不同部位的温度分布不均匀,产生较大的温度梯度,从而引发热应力,导致裂纹。

3. 铸件结构设计方面

结构复杂且壁厚不均:如果小件的结构比较复杂,有较多的转角、凸起或者壁厚变化较大,在凝固过程中,不同部位的冷却速度不同。例如,薄壁部分冷却快,厚壁部分冷却慢,在交界处就会形成较大的热应力集中,容易产生裂纹。

4. 脱模时间和方式不当

脱模过早:如果在铸件还没有完全凝固或者强度还不够的时候就进行脱模,由于铸件自身的强度不足以承受脱模过程中的外力和自身重力,就容易产生裂纹。

脱模方式不合理:如果脱模时采用的方式使铸件受到不均匀的外力,比如在取出铸件时局部用力过大,也会导致铸件产生裂纹。

如何改进覆膜砂性能以减少35号铸钢小件裂纹缺陷?

优化原砂选择

控制二氧化硅含量:选择二氧化硅含量合适的原砂,一般来说,其含量并非越高越好,过高会导致热膨胀率增大,进而增加裂纹产生的风险,对于铸钢小件,可选用二氧化硅含量在96%左右的原砂.

考虑原砂粒度与形状:使用颗粒圆整度高且粒度适中的原砂,可提高覆膜砂的强度,但需注意其膨胀性也会相应增大;而多角形硅砂虽充填密度低,但有利于防止铸件热裂,可根据实际情况适当搭配粗细砂,以平衡强度与热裂风险.

调整树脂配方

选用优质树脂:选择热稳定性好、强度高的树脂,如酚醛树脂等,其在高温下能够保持较好的粘结性能,使覆膜砂型在铸钢小件凝固过程中更稳定,减少因砂型强度不足而导致的裂纹.

控制树脂加入量:合理确定树脂的加入量,过多或过少都会影响覆膜砂的性能。加入量过多会使覆膜砂的脆性增加,容易产生裂纹;加入量过少则会导致砂型强度不够,无法承受钢水的压力和收缩应力。

添加合适的添加剂

润滑剂:加入硬脂酸钙等润滑剂,可改善覆膜砂的流动性和脱模性,使砂芯的紧实度增加,从而提高型芯的强度,同时还能提高覆膜砂的熔点和热韧度,缓解砂芯在高温下的热应力,减少热开裂的可能性.

耐高温添加剂:添加耐高温添加剂,如某些金属氧化物或陶瓷粉末等,可以提高覆膜砂的耐高温性能,使其在铸钢小件的浇注温度下保持较好的性能稳定性,减少因高温作用而产生的裂纹等缺陷.

增韧剂:增韧剂可提高覆膜砂的韧性和抗冲击能力,如在覆膜砂中添加适量的橡胶粉或热塑性树脂等,当铸钢小件在凝固收缩过程中对砂型产生应力时,增韧后的覆膜砂能够更好地吸收和分散应力,降低裂纹产生的几率 。

控制覆膜砂的热膨胀系数

选择低膨胀系数的材料:在覆膜砂的配方中,可选用一些热膨胀系数较低的材料来替代部分传统材料,如采用熔融石英代替锆英石等,以降低覆膜砂的整体热膨胀系数,减少因砂型与铸件收缩不一致而产生的裂纹缺陷.

优化覆膜工艺:通过调整覆膜工艺参数,如覆膜温度、覆膜时间等,使树脂在砂粒表面形成更加均匀、致密的覆膜,从而提高覆膜砂的尺寸稳定性,降低热膨胀系数的波动,减少裂纹的产生 。

35号铸钢小件,覆膜砂紧实率控制在多少合适?

在35号铸钢小件的覆膜砂工艺中,紧实率一般控制在35% - 45%较为合适。

当紧实率低于35%时,覆膜砂的紧实程度过高。这会导致砂型的透气性变差,在浇注过程中,铸型内的气体难以排出,容易使铸件产生气孔等缺陷。而且过高的紧实率会使砂型的退让性降低,在铸件凝固收缩时,砂型不能有效地退让,会对铸件产生较大的阻力,增加铸件产生裂纹的风险。

如果紧实率高于45%,则表明覆膜砂的紧实程度不够。这会使得砂型的强度不足,在浇注液态金属时,砂型可能无法承受液态金属的压力而发生变形,导致铸件尺寸精度出现问题。同时,强度不足的砂型在液态金属的冲刷下,还容易出现冲砂等缺陷,影响铸件的表面质量和内部结构。

35号铸钢小件采用覆膜砂工艺时,最佳浇注温度一般在1520℃-1560℃之间. 具体分析如下:

温度过高的影响:浇注温度过高,钢液收缩量增大,会导致铸件产生缩孔、裂纹等缺陷。同时,高温还会使钢液中的气体含量增加,易产生气孔。此外,过高的温度会增强钢液对铸型的热作用,可能造成覆膜砂型的损坏,影响铸件的表面质量.

温度过低的影响:若浇注温度过低,钢液的流动性差,容易出现浇不足、冷隔等问题,致使铸件形状不完整、内部组织不均匀,进而影响其力学性能.


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