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高锰钢铸件缩孔缺陷产生的原因主要有以下几方面:
金属液凝固特性
糊状凝固:高锰钢结晶温度范围较宽,凝固过程中呈糊状凝固方式,液态金属补缩通道易较早堵塞,导致液态金属无法有效补充,从而形成缩孔。
体积收缩大:高锰钢在凝固过程中会发生较大的体积收缩,若液态金属补给不及时或不充分,就会在铸件内部形成缩孔。
浇注系统设计
冒口设置不当:冒口的数量、大小、位置不合理,无法提供足够的液态金属进行补缩,会导致铸件在凝固后期出现缩孔。
内浇道设计欠佳:内浇道的位置、尺寸不合适,会使液态金属进入型腔的流动状态不理想,造成局部过热或过冷,影响液态金属的补缩效果,进而产生缩孔。
铸件结构设计
结构复杂:铸件结构复杂,如存在厚大部位与薄壁部位相连、有较多的凸台或凹槽等,会使液态金属在凝固过程中的流动和补缩变得困难,容易在这些部位形成缩孔。
壁厚不均:铸件壁厚差异过大,厚壁处冷却速度慢,液态金属凝固时间长,需要更多的液态金属进行补缩,而薄壁处液态金属先凝固,会切断厚壁处的补缩通道,导致厚壁处产生缩孔。
熔炼与浇注工艺
熔炼质量不佳:金属液中气体含量过高,如氢气、氧气等,在凝固过程中会形成气孔,同时也会影响液态金属的流动性和补缩能力,增加缩孔形成的可能性。
浇注温度过高:浇注温度过高会使液态金属的液态收缩增加,同时也会使凝固时间延长,增加液态金属的吸气量,降低液态金属的流动性和补缩能力,容易导致缩孔的产生。
浇注速度不当:浇注速度过快,会使液态金属在型腔中产生紊流,卷入气体,影响液态金属的补缩效果;浇注速度过慢,会使液态金属在浇注过程中温度降低过快,流动性变差,也不利于补缩,从而产生缩孔。
铸型工艺
铸型透气性差:铸型的透气性不好,会使型腔中的气体无法及时排出,在铸件凝固过程中,气体占据的空间会形成气孔,同时也会阻碍液态金属的补缩,导致缩孔的产生。
铸型退让性不足:铸型在铸件凝固收缩时不能及时退让,会对铸件产生较大的阻碍作用,增加铸件的内应力,使铸件在凝固过程中容易出现裂纹和缩孔等缺陷。
高锰钢铸件缩孔缺陷的预防措施主要有以下几方面:
优化铸件结构设计
均匀壁厚:设计铸件时,应尽量使壁厚均匀,避免出现过大的壁厚差异。对于厚大部位,可通过设置加强肋等方式来减小壁厚,以确保液态金属在凝固过程中能够均匀冷却和收缩,便于补缩。
简化结构:减少铸件的复杂程度,避免过多的凸台、凹槽和拐角等结构,使液态金属在型腔内的流动更加顺畅,有利于补缩,降低缩孔形成的风险。
合理设计浇注系统
冒口设计:根据铸件的结构和凝固特点,合理确定冒口的数量、大小和位置。冒口应设置在铸件的最高部位和最后凝固的部位,以提供足够的液态金属进行补缩。
内浇道设计:优化内浇道的位置和尺寸,使液态金属能够平稳、均匀地进入型腔,避免产生紊流和飞溅。内浇道的数量应根据铸件的大小和复杂程度合理确定,以保证液态金属能够快速充满型腔,同时又不会造成局部过热。
严格控制熔炼与浇注工艺
熔炼工艺:采用优质的原材料,严格控制熔炼过程中的化学成分和杂质含量。使用精炼设备对金属液进行精炼处理,降低气体含量,提高金属液的纯净度和质量。
浇注工艺:选择合适的浇注温度,一般来说,高锰钢的浇注温度应控制在1400℃-1450℃之间。同时,要控制好浇注速度,避免浇注速度过快或过慢。
改进铸型工艺
提高铸型透气性:选择透气性良好的造型材料,如在砂型铸造中,可采用粗砂或添加适量的透气性材料来改善铸型的透气性。合理设置排气孔或排气通道,使型腔中的气体能够及时排出。
增强铸型退让性:采用退让性好的铸型材料,如在砂型中加入适量的有机粘结剂或溃散剂,提高铸型的退让性。对于一些复杂的铸件,可采用组合铸型或可退让的芯子,以减小铸型对铸件收缩的阻碍。
采用先进的凝固控制技术
冷铁应用:在铸件的厚大部位或热节处合理放置冷铁,加快这些部位的冷却速度,使液态金属能够定向凝固,实现自下而上的顺序凝固,从而提高液态金属的补缩效果,减少缩孔的产生。
振动凝固:在铸件凝固过程中,对铸型或铸件施加振动,使液态金属中的树枝晶破碎,增加液态金属的流动性,改善补缩条件,减少缩孔和缩松等缺陷。