球墨铸铁件局部麻面缺陷的成因及预防

1、缺陷的形貌特征

    球铁件局部麻面缺陷一般出现在铸件上表面的凹角处 (见图1),由许多凹坑组成。凹坑的外形为圆形或不太规则的多边形,其直径大小多在1～3mm之间。图2为麻面垂直断面处的显微组织。从图中看出,坑壁多处保留有灰色的氧化物,而且,在凹坑附近,石墨不呈球状而是以细的片状或点状形式存在。

 

2、缺陷形成的原因及机理

 

1) 型砂

    公司生产中使用的型砂共有3种,即小造型机造型用湿型砂 ,半自动造型线(FBM)用湿型砂以及树脂砂生产线用自硬树脂砂。经分析发现,局部麻面缺陷大多出现在FBM生产线生产的铸件上,小机器造型生产的铸件很少出现这种缺陷,即使有也比较轻,而此类缺陷在树脂砂生产的铸件上则从未出现过。显然,这种现象说明局部麻面缺陷与铸件所用的型砂有关,在本公司的生产条件下,它只出现在湿砂造型的铸件中,而且以FBM造型线最为严重。

    FBM 造型线所用的型砂与小造型机所用型砂都是用石英砂、膨润土和煤粉加水混制而成的型砂,但二者的使用条件有很大的不同。第一,FBM造型线的型砂为单一砂,即不分面砂和背砂,用过后一起进行再生处理。小造型机用的型砂有面砂和背砂之分,用过的型砂只有一小部分进行再生处理,使其成为面砂。FBM造型线的型砂由于再生处理量大,新砂加入量相对较少,大量旧砂反复使用和再生,不断经受高温铁液的灼烧和混碾,死灰的比重不断增加,从而降低了型砂的耐火性。实际检测,其烧结度约为1050℃；第二,FBM造型线生产的铸件中,型芯的使用量较大。型芯是用覆模砂制成的,残存着树脂和固化剂的覆模砂在型砂中的比例不断增加,导致型砂偏向酸性。经检测,型砂的pH值7～8之间 ,略呈酸性 。
    FBM造型线型砂的耐火性低以及其中含有较多的酸性物,很可能是导致铸件局部出现麻面的重要原因。

(2) 熔炼温度

    公司生产的球墨铸铁件的品种多,大小相差悬殊,而且每次每种铸件的定货量多少不等。有时,一炉铁液需同时浇注几种大小和厚薄相差很大的铸件,这就为熔炼温度的确定带来困难。为了保证薄件的浇注,有时不得不把熔炼温度提高到1550～1570℃。熔炼温度提高之后,虽然保证了薄件的浇注成形,但同时也带来某些弊端。其中之一就是随着熔炼温度的提高,熔渣变稀,流动性增加,不易与液态金属分离,造成数量较多的硅酸盐熔体随铁液进入型腔。另外,随熔炼温度的提高,铁液在熔化、球化处理以及随后的浇注过程中氧化加剧,从而增加了铁液中氧化物的数量。

    分析认为,熔炼温度高,铁液中熔渣残留量及金属氧化物数量随之增加,也是铸件中产生局部麻面的一个重要条件。

2.2 形成机理
    根据以上分析可以推测,铸件中局部麻面缺陷的形成过程大致如下:铁液中残留的液态熔渣以及各种金属氧化物随铁液进入到铸型中后不断上浮,最后在上表面的凹角处受阻,并滞留于此。在这里,液态熔渣凝固形成渣孔。具有碱性的各种金属氧化物,在高温的作用下与型砂中的酸性物质发生反应,其反应产物形成了渣孔和气孔等缺陷。

    另外,铸件的凹角处正是砂型的尖角处,此处被铁液包围,受热最为严重。在高温作用下,砂型表面的低熔点物质熔化,加大了砂粒之间的距离,铁液由此进入,从而形成热粘砂缺陷。这些缺陷综合在一起,便在此处形成了局部麻面 。

 

3、预防措施

    针对局部麻面产生的原因,生产中采取了2项预防措施:

    ①加强型砂更新力度,从而提高其耐火度,并使其pH值小于7;
     ②合理安排生产,控制FBM造型线所用球铁的熔炼温度在1550℃以下 。

    采取以上2项措施之后,铸件中局部麻面缺陷得 到了有效控制 ,说明我们对这种缺陷成因的分析是正确的,所采取的预防措施也是切实有效的。