浅谈铸造过程控制

由于铸造是一门多环节,受多种因素制约的学科,这就注定了铸造过程是特殊过程,在铸造生产的过程中,任何一个环节都会对铸件造成不同的影响,因此,做好铸造的过程控制,意义十分重大。

要获得合格的铸造坯件,须经过:混砂→造型→熔炼→浇注→清理→检验等环节,要保证铸件质量就必须控制铸造过程中各个环节。在长期的生产中,对影响铸铁件质量的因素有了一定的认识,总结了生产中小型铸铁件质量的生产工艺措施。

1、混砂过程控制

砂型是铸造环节之一,即高温液态金属与铸型相互作用的过程,型砂性能将直接影响铸件的质量。因此,型砂应具有良好的透气性、湿强度、流动性、可塑性和退让性等。如何对型砂性能进行严格控制呢?

原料的选择:湿型砂应采用粒度在55/100、75/150、100/200的多角形或圆形的天然石砂,这样可以获得较好的表面强度和抗夹砂性。在粘土含量相同时,膨润土比普通粘土的热湿拉强度高。在湿型粘土砂中加入适量的煤粉、木屑等,可提高抗夹砂能力,并可防止夹砂、粘砂而得到表面光洁的铸件。

型砂的配方是由铸件的特点、造型方法和原材料性能等条件决定。因此,选择颗粒均匀的石英砂和粘结性能好的膨润土,并加入适量的煤粉,以提高铸型的抗粘砂和抗夹砂能力。型砂的水分对其性能和铸件质量有很大的影响,而且反应非常灵敏。通过多年的经验,我们将手工造型的型砂最适宜水分定为6.2%(机器造型的水分要低的多)左右,以使其具有较好的综合性能,进而保证了造型的要求。对于水分差别大的型砂,要进行回碾。型砂在浇注后受到金属液的强烈作用,使部分材料烧损,因此要在旧砂中补充一定量的新砂、粘土、和煤粉,以保证型砂的良好性能。

熔炼过程的控制:生产铸铁件时,必须严格控制入炉和入包材料的质量,对其成分、块度及理化性能必须按要求进行检查和验收。

(1)生铁:硫是一种阻碍石墨比较强烈的元素,特别是当硫以共晶体或以富铁化的硫化物形式存在时,这种作用更明显,会导致铸件出现白口。磷在灰铸铁中多以磷共晶的形式存在于晶粒边界上,使铸铁的韧性降低,含磷过高则强度下降。因此,生铁炉料应低硫、低磷。

(2)废钢:炉料用废钢的块度必须符合规定,每块长度不得大于加料口直径的1/3,重量最好在5kg以下,废钢表面不得有严重锈蚀和油污,废钢夹带的泥沙必须清理干净,并分类保管。

(3)回炉料:因车间只生产HT250铸件,所以回炉料的管理比较好,在使用前清除表面粘砂及型腔内的泥芯等。入炉前,回炉料按要求破碎成一定块度,其长度小于加料炉径的1/3,重量不得大于20kg。

(4)孕育剂:我车间所用的孕育剂为含硅75%的硅铁,孕育剂的粒度为5~8mm。

(5)焦炭:焦炭选用低硫、低灰分、高强度的焦炭。按要求的块度下料,一般选为80~100mm,严格称重。若焦炭含硫高时,用5%的盐水喷洒。

(6)熔剂:选用造渣性能好,净化铁水能力强的石灰石做熔剂。进厂后,材料妥善保管,避免水湿,泥污和混入杂物。

2、化学成分控制

孕育铸铁是一种片状石墨的灰铸铁,只是制造原理同普通铸铁不同,增加了孕育过程。在低碳、硅成份的铁水中加入适量的孕育剂,以抑制其过度石墨化。一般来说,原铁水的含碳量在2.8~3.0%之间,由于孕育铸铁含碳较低,多以炉料中加入足够数量的废钢。硅的含量在0.9~1.5%之间,以便加大孕育剂的加入量,以提高铸件机械性能。

含硫、锰量分别在0.08~0.12%和0.9~1.2%范围时,若含锰量过高,铸铁中则出现渗碳体。含磷量小于0.12%,若其含量高,会影响铸件强度。

3、熔炼与炉前处理

要求严格按规定选择合格炉料,并准确按配比称量入炉,出炉温度控制在1380~1420℃之间,炉后加入2%的电石和0.5%的锰进行脱硫。另外,保持底焦高度,提高炉温使氧化铁全部还原。

(1)孕育处理:为了使孕育剂能够充分地、均匀地被铁水吸收,孕育用的硅铁必须进行破碎,其粒度大小与铁水量有关,通常为5~10mm,且破碎及时使用。其次,孕育剂加入铁水前需进行预热。在两包铁水之间,将硅铁放入出铁槽内进行预热,出铁水后冲入浇包内。经孕育后的铁水应尽快浇注,否则孕育作用会逐渐消失,共晶团重新长大,使浇注出的铸件成为麻口或白口组织。为避免孕育衰退,浇包注入铁水1/4时增加20~30%,从而细化晶粒以提高铸件的机械性能。

(2)炉前控制:为检测高牌号铸铁水的化学成分,可采用三角试块进行快速判断,来调整孕育剂的加入量。三角试块的白口宽度变化反映铁水化学成分的变化,尤其是对石墨化能力比较强的碳硅变化反映比较敏感。孕育后的白口宽度反映了孕育效果和铸铁所达到的机械性能,它是最终判断铁水是否合格的依据。根据孕育前后白口宽度的差值大小来确定和控制孕育剂的加入量,差值越大加入的孕育剂量就越多。若白口宽度大于要求,在温度许可的条件下,可补加孕育剂,搅拌后,检查合格后浇注。若白口宽度小于要求,则加入原铁水,搅拌均匀后,检查合格后浇注。若补加原铁水困难时,该包铁水降级使用。在实际生产中,还要考虑其它因素,如铸件形状、壁厚及铸型条件以获得高质量的灰铸铁件。

4、造型过程控制

造型是生产铸件的关键过程,直接影响铸件的质量。造型过程主要注意以下几方面:

(1)模样:模样是铸造生产主要的工艺装备,也是铸造生产的第一道工序,在保证几何尺寸的同时,也要考虑生产规模及使用方便性。在制作过程中首先要考虑的是其工艺结构和性能。一方面提高生产率,另一方面要保证质量。在使用过程中要检验模样的完整性,保证无缺陷使用。如果有缺陷要经过修理后才能够使用,起模时要注意敲击力度,铝模要垫木块进行敲击,减少铝模的受损程度。

(2)合理的工艺:操作者要严格按工艺过程进行操作,力求铸件结构使模样制造简单方便,使分型面数目少,具有拔模斜度,砂芯数量要少,有合理的壁厚,连接处要有过渡。选择合理的浇注系统,使铸件顺序凝固,以得到组织均匀的铸件。

(3)合箱:合箱是一个不可忽视的重要环节,铸型表面的浮砂要清理干净,按印记对合,注意错箱量,是减少铸件偏箱的重要手段。

(4)下芯:下芯时要平稳,清理浮砂。砂芯的位置要放置好以防偏芯的产生。

通过以上环节的准备,就可进行浇注。浇注前要对铁水进行孕育和扒渣处理。在浇注过程中要不断流、平稳,以避免冲砂而形成砂眼。跑火时要及时堵住漏铁水的部位,并补足铁水,以减少冷隔、浇不足等缺陷。

5、清理过程控制

清理是铸件冷却后从铸型中分离并清砂、后处理、检验等过程,以获得表面无缺陷的铸件。

(2)清砂:要获得表面光洁度好的铸件,小活件可以通过清理滚筒去除表面的砂子。大件进行抛丸处理去除表面的砂子。非加工表面的粘砂必须清理干净,以防止在装入成品内运动时脱落后进入轴承室内,对轴承的使用造成不良影响。

(3)时效处理:一般的铸件都要进行时效处理,以减小铸件内应力获得良好的性能。

(4)检验过程的控制:通过检验,反馈铸件的缺陷,查找并分析原因,及时采取措施,以减少铸件缺陷的产生。

通过以上环节控制,使铸件成为合格产品,要求每个过程相互配合,相互协调,只有注重细节才能较好的控制和提高每个过程的质量,才能保证铸件的质量。

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