离心铸造缺陷

离心铸造中的偏析与缺陷汕尾港
王东林:离心铸造双金属复合管缺陷及控制
采用离心铸造,可以获得远优于重力铸造的晶粒结构,能实现双层金属的冶金复合,两层金属结合部出现由外层向内层成分过渡的平滑过渡区,较宽的过渡区可有效减少由于两种金属热膨胀系数不同带来的结合层应力,进而防止复合管在交变热应力工作条件下导致的分层。双金属复合管离心铸造示意图见图5。
1.1管坯衬层厚度不均匀缺陷
题库管理系统离心铸造后对管坯中径进行测量,测量方法为:截取6支管坯两端的12个截面,各个截面沿垂直方向测
量两次直径,计算每个截面的椭圆度。图6为12个截面的椭圆度进行折线图分析。可以看出,12个截面中,椭圆度最大值达到了12mm,每个截面椭圆度误差较大,因此,衬层厚度极不均匀。
1.2管坯基层裂纹缺陷
在离心铸造后,管坯基底层易出现径向裂纹,裂纹从基层某位置沿管坯径向延伸至基层-衬层过渡区结束,而衬层不存在裂纹。
3离心铸造缺陷控制
林业软件3.1离心铸造缺陷控制
离心铸造时过低的转速会出现金属液雨淋现象,也会使管坯内出现缩松、夹渣、管坯内表面凹凸不平等缺陷;转速太高,管坯容易出现裂纹、偏析等缺陷,而双金属衬层厚度不均匀也是由于转速过高造成的,因此对管坯厚度不均匀缺陷和管坯基底层裂纹缺陷的防止上主要集
中在控制转速上。离心铸造的管坯厚度不均匀和管坯基层裂纹缺陷是由转速引起的,而其他因素影响不大。离心铸造经验公式:
n
式中,R为铸件内半径,cm;G为重力系数;n为离心转速,r/min。铸钢重力系数为40~76,双金属复合管内径为146mm,经上式计算可得离心铸造转速为699~964r/min,因此,根据实际生产情况对离心浇注转速进行修正。经试验,转速控制在950~1050r/min之间,管坯厚度不均匀出现概率大为降低,且裂纹缺陷基本消除。
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离心铸造和静态铸造一样有许多同样的缺陷,但离心铸造缺陷形成的倾向更小,在铸造生产中常见的缺陷有气孔(针孔)、裂纹(撕裂)、搭接、缩孔等,而带状层理和雨淋缺陷是离心铸造所特有的。在离心铸造中厚壁钢管生产是最困难的,因为厚壁钢管很容易产生热裂纹、不规则偏析、搭接等缺陷,而薄壁钢管或铸铁管较易产生搭接和裂纹缺陷。在离心铸造中铜合金凝固方式为糊状凝固,所以铜合金离心铸造通常不会产生裂纹和撕裂等缺陷,生产出来的铸件几乎没有缺陷。2离心铸造生产中的主要缺陷
2.1分层缺陷
离心铸造分层缺陷也被称为带状层理缺陷,这种缺陷仅在离心铸造中产生,一般铸件壁厚在80mm以
上容易产生,而薄壁铸件很少会出现。带状层理缺陷是由偏析的低熔点化合物(共晶相和氧化物或硫化物夹杂物组成,带状以外边缘有反差很强的分界线,在离心铸造中大多数合金都会受到带状层理缺陷的影响,合金液凝固范围越宽,影响越显著,产生这种现象与离心机转速较低有很大的关系。当离心机转速较低时,熔融金属液产生脱落,通常会出现这种情况,可以通过调整旋转速度、浇注速度和金属与模型的温度来减少或消除带状层理缺陷。关于带状层理缺陷的各种理论有很多解释。一种理论认为可能是由于铸型顶部和底部之间重力变化所导致,在凝固期间冷型每一次旋转,金属液成分的偏析就会发生。还有另一种理论认为,当合金液进入旋转的铸型时,由于振动的原因,液体金属的流动是不规则的,当金属
液进入铸型时,形成的管状铸件按照一定方式进行凝固,如果另外的液体金属到达特殊的位置太晚,最初的液体金属已经达到了全部或部分凝固,这种现象会导致明显的搭接、冷隔或分层,故称为间断性的带状层理缺陷。
2.2雨淋现象败火药
在卧式离心机上,如果铸型以太慢的速度旋转或者金属液浇进铸型的速度太快,雨淋现象就会发生,雨淋现象可以描述为熔融金属液以雨淋形式从铸型的顶部落到底部,如图1所示为雨淋现象示意图,这种现象能通过检查熔融金属液浇注进旋转铸型相反的一端看到,当熔融金属液没加速到铸型的旋转
速度时,熔融金属液相对铸型壁的摩擦系数较低,熔融金属液将达不到足够高的旋转速度来克服重力,会从铸型的顶端落下,发生雨淋现象。另一种原因可能是选用的浇注温度不合理,如果熔融金属液进入铸型时温度太高,粘度降低,对于熔融金属液来说利用足够高的转速来克服重力的作用将会变得很困难,可以通过减小浇注速度,特别是采用减少浇进铸型的后一半金属液体的速度来补救。雨淋现象的另外一个原因是铸型涂料太光滑,在这种情况下,金属液体很难获得较好的立足点来跟上铸型的旋转速度,这种现象可以通过增加铸型的旋转速度,从而增加金属液体与铸型的摩擦力。
2.3缩孔和冷隔
当熔融金属液迅速地引进铸型,就会在铸型内部产生过热度,相对于铸件外面的凝固,铸件芯部的凝固较缓慢,而较高的金属温度也为缩孔的形成提供了条件。当熔融金属液缓慢地浇注时,金属液就会
沿着铸型壁以晶粒的形式生长,这样会使定向凝固在整个截面进行,而接近芯部存在的缩孔将达到最小值。
冷隔俗名也叫搭接,是采用不合适的浇注工艺所导致,如不稳定的浇注速度,所以浇注速度应该充分保证金属液连续进入整个铸型表面进而到达铸型的末端。如果浇注速度过慢,会产生断流的现象,冷隔现象也会随之出现。
2.4偏析和裂纹
在离心铸造中,厚断面铸件易受到偏析的影响,在铸型中由于离心机的旋转,金属液在任意方位会产生一个铸件外侧的成分偏析。离心铸件优势之一是能获得较为致密的组织,但如果铸型太凉,冷却太快,就会使杂质和气体陷入铸件内部,如果合金液有相当高的磷和硫含量,这种现象将更加明显。
产生偏析的主要原因:在不平衡的离心机系统中不受控制的振动引起
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