铸造 - 图文(6)

图2-32 电弧炉示意图

电弧炉炼钢,大致要经过补炉、装料(主要是废钢)、熔化期、氧化期、还原期和出钢等几个阶段。整个过程要严格控制钢水的碳含量及降低杂质中的硫、磷含量。与此同时,不得使钢水中的氧与氧化铁太多,所以炉料熔化后,要经过氧化期与还原期,以降低钢水的碳含量与硫、磷含量,以及去除氧,达到要求后,方可出钢浇注。

由于钢的熔点高,铸钢的浇注温度一般为1500℃~l600℃,小的薄壁及形状复杂的铸钢件,浇注温度还要高些。若浇注温度过高,浇注速度又低,铸型表面会受钢水的热辐射,产生剥落和开裂。但浇注速度过快,会造成钢水喷溅,因而控制铸钢的浇注速度比铸铁严格。

三 有色铸造合金的熔炼与浇注简介

由于有色金属及其合金具有钢和铸铁所没有的一些特殊性能,使其成为制造业不可缺少的材料。常用的有色铸造合金有铸造铝合金、铸造铜合金和铸造轴承合金等。

熔炼铸造铝合金和铸造铜合金的设备有坩埚炉、电弧炉和感应电炉等,使用较多的是坩埚炉,如图2-33。近年来,感应电炉也被广泛采用。

1. 铸造铝合金的熔炼和浇注工艺要点

在熔炼铝合金时,铝氧化生成Al2Ｏ3,呈固态夹杂物悬浮在合金液中,很难去除,既恶化了铝合金的铸造性能,又降低了力学性能。与此同时,合金液容易吸气(主要是氢气),在铸件凝固时形成细长的气孔,使铸件致密性降低,从而使铝合金的熔炼工艺控制较为复杂。主要工艺措施是使铝合金在熔剂层下熔炼和进行精炼。

将炉料(铝锭、回炉废铸铝件与中间合金)紧密地放坩埚中,上面撒入熔剂(NaCl、KCl或 Na2AlF6等)。当合金熔化后,熔剂浮在合金液的上面,从而使合金液与炉气隔离。即便是这样,也难以完全避免吸收与溶解气体,因为气体的来源是多方面的。

a) 固定式坩埚 b）回转式坩埚

图2-33 铝、铜合金的熔炉 1-炉盖 2- 焦炭 3-鼓风机 4 – 坩埚

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为此,需要进行精炼。常用ZnCl２ (氯化锌)或通入氯气精炼。氯化锌加入铝合金液后,生成 AlCl3气体,在其上浮过程中将铝合金液中的气体,以及Al２Ｏ３、Si02等夹杂物带到液体表面,而后可方便除掉。

熔炼好的铝合金液,一般在730 ℃～740 ℃出炉,然后加入氯化物(NaCl、KCl)和氟化物(NaF)等,进行变质处理,以690℃～730℃浇注成铝铸件。

2. 铸造铜合金的熔炼和浇注工艺要点

熔炼铸造铜合金时,应使金属料不与燃烧的火焰直接接触,以减少铜及合金元素的氧化。为防止氧化,熔炼青铜时,加入玻璃或棚砂等作为熔剂,覆盖液面,熔炼后期,加磷、铜脱氧。熔炼黄铜时,由于本身含锌,就能移脱氧,所以不需要另加熔剂与脱氧剂。熔炼过程,尽量缩短熔化时间, 快速熔炼,减少氧化和吸气。

铸造铜合金要控制浇注温度,锡青铜的浇注温度为1120℃～1200℃ ,铝青铜为1100℃～1180℃,特殊黄铜为1000℃～1060℃。浇注前应充分搅拌,以防止偏析。但如果合金中含有易氧化、易挥发的合金元素,则不宜过分搅动,而应注意扒渣,并覆盖一层草灰或干燥的碎本炭。同时,在浇注时注意挡渣,便可浇注成铜铸件。

四、铸件的落砂清理及常见缺陷

1. 铸件的落砂和清理

(1)铸件的落砂铸件在完全凝固,并经充分冷却后,用手工或机械使铸件与型砂、砂箱分开的操作(即从铸型中取出铸件的工艺过程),叫作落砂,又叫出砂。

铸件在铸型中停留时间的长短,取决于铸件的大小、形状的复杂程度、壁的厚薄,以及合金的 种类等。落砂过早,铸件温度高,冷却太快,会使铸件表层硬化,易产生变形,甚至开裂。反之,生产周期加长,使生产率降低。通常以铸件的温度作为工艺要求,予以控制,如铸铁件的落砂温度在 400℃以下。

落砂的方法有手工落砂和机械落砂两种。在机械化程度不高,生产量较小的铸造厂(车间)里, 多采用手工落砂。大量生产铸件可采用机械落砂,将砂箱置于专用的落砂设备上,使其受机械震动,铸件与型砂、砂箱分离出来。

(2)铸件的清理 落砂后从铸件上清除表面粘砂、多余金属(包括浇冒口、飞翅和氧化皮)等过程叫作铸件的清理。

清理的方法有手工清理和机械清理。手工清理用风铲和铁刷进行清理;机械清理方法有摩擦清理法、喷丸清理法和抛丸清理法等。

摩擦清理法,即依靠铸件之间或铸件与其他附加物之间的碰撞、摩擦,对铸件表面进行清理, 适用于厚壁、小型铸件的清理。喷丸清理法,是用压缩空气将铁丸(或石英砂粒)高速喷射到铸件表面,借铁丸的冲击作用进行清理,而抛丸清理法是将铁丸(或钢丸)抛向铸件表面,借铁丸的打击作用进行清理。后两种清理法比摩擦清理法效率高,适用于大型铸件的清理。

2. 铸件的检验

铸件的检验是铸造生产过程中重要的工艺环节之一。其目的是剔出废品和次品,找出原因, 降低废品率。

铸件检验的内容包括:

(1)检查铸件的尺寸、形状是否符合图样的要求。 (2)检查铸件有无缺陷。在铸造过程中,铸件可能产生缺陷,如气孔、缩孔、砂眼与裂纹等。 (3)重要铸件要进行力学性能试验,化学成分与金相组织分析,例如内燃机的缸套、活塞环等。

(4)致密性检验。不能漏气、漏水的铸件要进行致密性检验,如暖气包、内燃机缸体等铸

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件要 进行水压、气压试验。

铸件内部缺陷的检验,可利用磁感应、X射线、y射线或超声波等方法进行检验。 3. 铸件的常见缺陷

在铸造生产过程中,由于其工艺繁多,铸件很容易产生缺陷。产生缺陷的原因十分复杂,主要是铸件结构设计不当,铸造工艺不完全合理,或者违犯操作规程等多种原因造成的。 为了确保铸件的质量,减少和防止铸件缺陷的产生,了解各种缺陷的特征及其造成的原因, 以便采取相应的工艺预防措施是非常必要的。

表2-4为铸件常见缺陷、特征、产生的主要原因及防止措施。

表2-4 铸件的常见缺陷、特征、产生的主要原因及防止措施

类别 名称 错 形 状 类 缺 陷 偏 芯 箱 1.型芯放置偏斜或变形 2.浇口位置不对，液态金属冲歪了型芯； 3.合箱时碰歪了型芯 图例及特征 产生的主要原因 1.合箱时上、下砂箱未对准； 2.上、下砂箱未夹紧； 预防的主要措施 1.按定位标记，定位销合箱 2.合箱后应锁紧或加压铁 3.在搬运传送中不要碰上、4.分开模样用定位销定位 5.可能时采用整模两箱造型 1制模时芯头的形状位置应准确；. 2.型芯最好安置在下砂箱，以便检查； 合箱； 4.合理放置浇口位置； 5.装有型芯的铸型合箱后尽量避免转动。 1.铸件结构设计不合理，壁厚不均匀； 形 状 类 缺 陷 变 形 2.铸件冷却不当，冷缩不均匀。 1.合理设计铸件结构，一般应使壁厚均匀，使铸件在铸型中能均匀冷缩； 2.在模样上做出相应于铸件变形量的反挠度； 3.铸件易变形部位加拉肋； 4.使铸件在铸型中同时凝固； 5.铸件开箱后立即退火。 1铸件壁太薄，铸型散热 形 状 类 缺 陷 浇 不 足 太快；. 2.合金流动性不好或浇注温度太低； 4.浇注速度太慢； 1.合理设计铸件，最小壁厚应限制； 2.复杂件选用流动性好的合金； 注速度； 5.合理设计浇注系统，改善排气。 3.模样上、下半模有错移。 下砂箱； 4.制模样时，型芯头偏心 3.水平分型时，应垂直向下3.浇口太小，排气不畅； 3.适当提高浇注温度和浇5.浇包内液态金属不够。 4.烘干、预热铸型； 23

1. 铸件结构设计不合理，1.合理设计铸件避免铸壁壁厚不均匀，局部过厚； 过厚，可采用T型、工字 缩 孔 孔 洞 类 缺 陷 气 孔 1.熔炼工艺不合理，金属液吸收了较多的气体； 2.铸型中的气体侵入金属液； 3.起模时刷水过多，型芯未干； 4.铸型透气性差； 5.浇注温度偏低； 6.浇包工具未烘干. 1.型砂、芯砂强度不够，夹 杂 类 缺 陷 砂 眼 夹 杂 类 缺 陷 夹 杂 物 裂 纹 冷 隔 类 冷 隔 1.铸件设计不合理，铸壁较薄； 2.合金流动性差； 3.浇注温度太低，浇注速度太慢； 4.浇口太小或布置不当，浇注中曾有中断。 1.根据合金种类等限制铸件最小壁厚； 2.可能时选用流动性较好的合金浇注复杂薄壁铸件； 3.适当提高浇注温度和浇注速度，能明显提高充型能力； 4.增大浇口横截面积和多开内浇口。 紧实较松，合箱时松落或被液态金属冲垮； 2.型腔或浇口内散砂未吹净； 3.铸件结构不合理，无圆角或圆角太小。 2.浇、冒口位置不对，冒口尺寸太小； 3.浇注温度太高。 形截面； 2.合理放置浇注系统，实现顺序凝固加冒口补缩； 3.根据合金种类等不同，设置一定数量和相应尺寸的冒口； 4.选择合适的浇注温度和速度 1.遵守合理的熔炼工艺,加熔剂保护,进行脱气处理等 2.铸型、型芯烘干，避免吸潮； 3.湿型起模时刷水不要过多，减少铸型发气量； 4.改善铸型透气性； 5.适当提高浇注温度； 6.浇包、工具要烘干； 7.将金属进行镇静处理。 1.合理设计铸件圆角； 2.提高砂型强度； 3.合理设置浇口，减小液态金属对型腔的冲刷力； 4.控制型砂的烘干温度； 5.合箱前应吹净型腔内散砂，合箱动作要轻，合箱后权及时浇注。 1.浇注时挡渣不良； 2.浇注温度太低，熔渣不易上浮； 3.浇注时断流，呀未充满浇口，渣液态金属一起流入型腔。 1.从熔炉、浇包到浇口系统加强挡渣； 2.掌握合适的浇注； 3.合理设置浇、冒口浮渣，浇注时一次充满铸型； 24

缺 陷 裂 纹 表 面 缺 陷 粘 砂 1.铸件厚薄不均，冷缩不一； 2.浇注温度太高； 1.合理设计铸件结构，使壁厚均匀； 2.合理设置浇注系统，实现3.型砂、芯砂退让性差； 同时凝固； 4.合金内含硫、磷较高。 3.改善型砂，芯砂的退让性； 4.严格控制合金的含硫磷量； 5.把高温铸件随炉冷却。 1.浇注温度太高； 2.型砂选用不当，耐火度差； 1.根据不同的合金及浇注条件，确定合适的浇注温度； 3.按要求刷涂料。 3.未刷涂料或涂料太薄。 2.选用耐火度较好的型砂；

§2.5特种铸造

通常将砂型铸造以外的铸造方法统称为特种铸造。包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、陶瓷型铸造和磁型铸造等。它们各有其特点,有其适宜的应用范围,选用得当,会得到较高的经济效益。

一、熔模铸造

熔模铸造是用易熔材料(如蜡)制成精确的模样,在其上涂敷耐火涂料制成型壳,熔去模样,经过焙烧后即可浇注液态金属获得铸件的铸造方法,又叫精密铸造和失蜡铸造。图2-34为熔模铸造工艺过程图。该铸件是汽车变速器中的拨叉。

a) 制作蜡模和蜡模组 b) 蜡模组结壳和脱壳 c) 浇注金属

图2-34熔模铸造工艺过程

根据铸件制作压型,用压型制作蜡模(常用蜡模材料为50%石蜡和50%硬脂酸),再将单个蜡模粘结在蜡制的浇注系统上,成为蜡模组,如图2-34a所示。

结壳脱蜡如图2-34b所示,将蜡模组浸入水玻璃和石英粉配制的涂料中,取出在其上撒一层石英砂,然后浸入氯化铵溶液中进行硬化,重复数次,便在蜡模表面结成所需厚度的硬壳,接着将 其放入85℃左右的热水或蒸气中,熔去蜡模组,便得到无分型面的型壳,烘干型壳中的水

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