В процессе производства отливок из высокопрочного чугуна поры являются распространенным дефектом, серьезно влияющим на качество и эксплуатационные характеристики отливок. Причины образования пор сложны и разнообразны, затрагивая множество факторов, таких как сырье, процесс плавки, конструкция и эксплуатация форм. Ниже представлен подробный анализ причин образования пор в отливках из высокопрочного чугуна.
1. Проблемы с сырьем
Качество сырья напрямую влияет на качество отливок.
Примеси в металлических материалах: чугун, стальной лом или переработанные материалы содержат масло, влагу, ржавчину или органические вещества (например, частицы песка, остатки краски), которые разлагаются и выделяют газы (H₂, CO и др.) в процессе плавки.
Проблемы с грануляторами/инокулянтами: Гигроскопичные сфероидизаторы (например, магниевые сплавы) или инокулянты (например, ферросилиций) влажные, разлагаются в расплавленном железе с образованием водорода (H₂) и склонны к образованию подкожных микроотверстий.
Загрязнение вспомогательными материалами при плавке: укрывные вещества, шлакоудаляющие средства и другие водосодержащие или летучие вещества используются непосредственно без достаточной сушки.
2. Проблемы процесса плавления
Недостаточное окисление/раскисление расплавленного железа: При сильном окислении расплавленного железа оксиды (например, FeO) реагируют с углеродом, образуя газообразный CO и формируя поры.
Интенсивная реакция сфероидизации: В процессе сфероидизации выход паров магния блокируется (например, из-за неоптимальной конструкции реакционной камеры), и остаточные газы втягиваются в расплавленное железо.
Избыток инокулянта или неправильный размер частиц: Избыток инокулянта или слишком мелкие частицы усугубят осаждение газа.
Неправильный контроль температуры плавки: слишком низкая температура приводит к снижению растворимости газа и преждевременному осаждению газа; слишком высокая температура усугубляет окисление металла.
3. Формовочный песок и процесс формования.
Влажность формовочного песка слишком высока: когда влажность влажного песка превышает 4–5%, высокотемпературный расплавленный железо испаряет влагу, образуя пары H₂O и формируя поры.
Плохая воздухопроницаемость: Слишком высокая плотность формовочного песка или неравномерное распределение частиц по размерам препятствуют выходу газа.
Проблема с краской: Спиртосодержащая краска не полностью воспламеняется, или водорастворимая краска не полностью высыхает, и летучие вещества испаряются, образуя газ.
Плохой отвод отработанного песчаного керна: неполное отверждение смоляного песчаного керна или недостаточное количество отводных каналов, большое количество газа из песчаного керна (например, при разложении уретановой смолы образуются N₂, CO).
4. Проектирование системы литья
Турбулентность при заполнении: Неправильная конструкция системы литья (например, слишком тонкий прямой литник, неправильное положение внутреннего литника), попадание расплавленного чугуна в воздух или газовую полость.
Недостаточная отводная способность: недостаточное количество выпускных отверстий, их неправильное расположение или засорение, газ не может быть своевременно отведён.
Неисправность стояка: Неправильный размер или положение стояка, неспособного эффективно собирать шлак и отработанные газы.
5. Контроль параметров процесса
Неправильная температура заливки:
Слишком низкая температура (<1300℃): Плохая текучесть расплавленного железа, газу трудно всплывать;
Слишком высокая температура (>1450℃): Усиление термического разложения и газообразование песчаной формы/покрытия.
Слишком высокая скорость охлаждения: при слишком быстром охлаждении тонкостенных деталей или в отдельных местах газ не успевает осаждаться, образуя микроскопические поры.
Аномальный вакуум (во время вакуумного литья): утечка вакуума или недостаточная скорость отвода воздуха, проникновение остаточных газов.
6. Операционные факторы
Непросохнувший ковш: Вновь изготовленный или пропитанный водой ковш контактирует с расплавленным железом, образуя водяной пар.
Время ожидания после закрытия коробки слишком велико: влажная песчаная форма впитывает влагу, и во время заливки образуется вторичный газ.
Прерывание литья: прерывание потока расплавленного железа приводит к втягиванию оксидной пленки в газ.
Предупредительные меры
1. Контроль сырья: строгий просеивание загрузки печи, предварительная обжиг влажных материалов; использование сфероидизатора с низкой гигроскопичностью (например, магниевого сплава с покрытием).
2. Оптимизация процесса плавления: усиление раскисления (например, сплавов редкоземельных элементов), контроль температуры плавления (1350–1420 ℃) и использование защиты инертным газом.
3. Управление песком: контролировать влажность влажного песка (3%~4%), улучшать воздухопроницаемость; делать вентиляционные отверстия в песчаном керне и выбирать смолу с низким содержанием газа.
4. Технологический процесс: оптимизация системы заливки (например, открытая конструкция), добавление вытяжного стояка; установка холодного чугуна в толстых и крупных деталях для регулирования скорости охлаждения.
5. Технические требования к эксплуатации: полностью предварительно прогреть ковш, разливать быстро и плавно, избегать окисления расплавленного железа.
Причины образования пор в отливках из высокопрочного чугуна сложны и разнообразны, включая сырье, процесс плавки, конструкцию формы, проникновение газов в форму и т.д. Для уменьшения образования пор необходимо начинать с каждого звена и принимать эффективные меры по оптимизации и улучшению. Только таким образом можно обеспечить стабильное и надежное качество отливок из высокопрочного чугуна и повысить конкурентоспособность предприятий.
