Предотвращение и контроль дефектов в виде шлаковых включений при производстве серого чугуна методом литья по выплавляемым моделям.
Специфические проявления дефектов в виде шлаковых включений в сером чугуне, полученном методом литья по выплавляемым моделям, следующие:
Характеристики внешнего вида
Поверхностные шлаковые включения: На поверхности отливки появляются шлаковые отверстия или включения различного размера, имеющие неправильную форму, некоторые в виде точек, чешуек, а некоторые в виде длинных полос. Эти шлаковые включения обычно отличаются по цвету от поверхности отливки и могут быть черными, серыми или других цветов. Они не прочно связаны с матрицей отливки, а некоторые могут даже выступать над поверхностью отливки и быть видны невооруженным глазом или с помощью увеличительного стекла с малым увеличением.
Приповерхностные шлаковые включения: Шлаковые включения присутствуют в приповерхностной зоне отливки. Хотя они не выходят непосредственно на поверхность, после механической обработки они обнажаются, вызывая образование ямок, точечных повреждений и других дефектов на обработанной поверхности, что серьезно влияет на точность обработки и качество поверхности.
Внутренние условия
Внутреннее распределение шлаковых включений: С помощью металлографического анализа или рентгенографического обнаружения можно обнаружить, что шлаковые включения случайным образом распределены внутри отливки, некоторые из них сконцентрированы в определенной области, а другие рассеяны по всей отливке. Размер и количество шлаковых включений также варьируются. Мелкие шлаковые включения могут иметь размер всего несколько микрон, в то время как крупные могут достигать нескольких миллиметров или даже больше. В тяжелых случаях образуются группы шлаковых включений.
Сцепление с матрицей: Граница раздела между шлаковым включением и матрицей серого чугуна четко выражена. Между шлаковым включением и матрицей отсутствует явная металлургическая связь, но существует механическое смешение. В процессе приложения силы между шлаковым включением и матрицей может возникать концентрация напряжений, что снижает механические свойства отливки.
Влияние на производительность обработки
Увеличение сложности обработки: наличие шлаковых включений приводит к вибрации и износу инструмента в процессе обработки, увеличивает шероховатость обрабатываемой поверхности и затрудняет обеспечение точности обработки. Особенно при высокоскоростной резке или прецизионной обработке шлаковые включения приводят к частому повреждению инструмента, увеличению затрат и времени обработки.
Низкое качество поверхности после обработки: Даже если инструмент не получил видимых повреждений в процессе обработки, на поверхности обработанной отливки будут присутствовать дефекты, такие как темные пятна и царапины, из-за наличия шлаковых включений, что повлияет на качество внешнего вида и сборочные характеристики отливки.
Влияние на механические свойства
Снижение прочности и ударной вязкости: Шлаковые включения, как внутренний дефект, разрушают целостность и плотность серого чугуна. Под воздействием напряжений они становятся точкой концентрации напряжений, что приводит к снижению прочности и ударной вязкости отливки.
Влияние на усталостную прочность: Под воздействием циклических нагрузок в местах включения шлака легко образуются и распространяются трещины, что значительно сокращает срок службы отливки при усталостных нагрузках и серьезно влияет на ее надежность при динамических нагрузках.
Основные причины дефекта в виде шлаковых включений в сером чугуне, полученном методом литья по выплавляемым моделям, следующие:
API
Качество расплавленного чугуна: если расплавленный чугун содержит больше примесей, таких как вредные элементы, например, сера и фосфор, вероятность образования шлаковых включений возрастает. В стальном ломе содержится ржавчина, а кислород и другие элементы образуют окисленный шлак в процессе плавки, что также может легко привести к дефектам в виде шлаковых включений в деталях из серого чугуна.
Что касается затравочных материалов и сплавов: низкое качество или неправильное добавление могут привести к появлению примесей или образованию реакционноспособных шлаковых включений.
Процесс плавления
Температура плавления: Если температура слишком высока, реакция между расплавленным металлом и футеровочным материалом печи усиливается, что приводит к увеличению образования шлаковых включений; если температура слишком низка, текучесть расплавленного металла снижается, что не способствует всплыванию и удалению шлаковых включений.
Время плавления: Если время плавления слишком велико, увеличивается время контакта расплавленного металла с воздухом, что способствует окислению и образованию шлаковых включений.
Обработка шлаком: Если шлак не удалить полностью, он останется в расплавленном железе, что напрямую приведет к дефектам в виде шлаковых включений.
Проблема с ковшом: если в ковше остаются остатки, и их не удаляют вовремя, расплавленный чугун снова расплавит шлак, попадет в форму во время разливки, образуя шлаковые включения, или огнеупорность ремонтного материала ковша будет низкой, и произойдет выпадение и обрушение материала во время высокотемпературного расплава чугуна с образованием шлаковых дефектов.
Система и процесс управления воротами
Конструкция литниковой системы: Если система литья спроектирована неправильно, например, с ненадлежащим расположением и недостаточным количеством внутренних литников, расплавленный металл будет течь неравномерно, создавая турбулентность и вызывая образование газов и примесей, приводящих к образованию шлаковых включений.
Скорость заливки: Если скорость заливки слишком высока, ударная сила расплавленного металла велика, что приведет к размыванию стенок формы и попаданию в расплав примесей, таких как формовочный песок; если скорость заливки слишком низка, расплавленный металл будет быстро рассеивать тепло в процессе заливки, температура упадет, текучесть ухудшится, и шлаковые включения не смогут легко всплывать.
Температура заливки: Если температура заливки слишком высока, окисление расплавленного металла усилится, что приведет к увеличению образования шлаковых включений; если температура заливки слишком низка, вязкость расплавленного металла возрастет, и шлаковые включения будет трудно извлечь.
Аспект литья
Качество краски: Краска обладает низкой огнеупорностью, воздухопроницаемостью и другими свойствами, легко отслаивается и попадает в расплавленный металл в процессе литья, образуя шлаковые включения.
Воздухопроницаемость песочной камеры: Низкая воздухопроницаемость приведет к тому, что газ из формы не сможет вовремя выйти наружу, образуя поры или шлаковые включения в расплавленном металле.
Технологический процесс
Качество рисунка: Если краска на поверхности рисунка отслаивается или трескается, или если в самом рисунке имеются дефекты, образуются остатки, которые попадут в расплавленный металл во время заливки.
Вибрационная обработка: В процессе заполнения формы песком и вибрации, если эти операции выполняются неправильно, форма может оказаться слишком плотной или неровной, что повлияет на текучесть расплавленного металла и всплывание шлаковых включений.
Профилактика и контроль дефектов в виде шлаковых включений в сером чугуне, полученном методом литья по выплавляемым моделям. Конкретные методы профилактики и контроля:
Контроль сырья
Строгий отбор чугунных материалов: необходимо выбирать высококачественный чугун и стальной лом, чтобы гарантировать соответствие их химического состава требованиям и низкое содержание примесей, тем самым снижая вероятность образования шлаковых включений.
Оптимизация инокулянтов: выбор инокулянтов со стабильным качеством и низким содержанием примесей, а также точный контроль количества их добавления в соответствии с требованиями процесса.
Оптимизация процесса плавления
Точный контроль параметров плавки: необходимо разумно контролировать температуру и время плавки, чтобы избежать чрезмерного окисления расплавленного металла и усиления реакции с футеровкой печи из-за чрезмерной температуры или длительного времени.
Полная рафинировка шлака: использование нескольких операций по удалению шлака для обеспечения его чистоты. Одновременно с этим, для рафинировочной обработки могут использоваться рафинирующие агенты для дальнейшего удаления примесей и шлаковых включений из расплавленного металла.
Усовершенствование системы и процесса разлива
Научно обоснованная конструкция системы заливки: внутренний литник должен обеспечивать равномерное распределение расплавленного металла, чтобы избежать его прямого попадания в стенку или стержень формы, тем самым обеспечивая плавное заполнение формы и уменьшая количество шлаковых включений.
Разумный контроль параметров заливки: определите соответствующую скорость и температуру заливки в соответствии со структурными и технологическими требованиями отливки. При заливке расстояние между соплом ковша и разливочной чашей должно быть соответствующим, чтобы избежать разбрызгивания и окисления расплавленного металла.
Улучшение качества литья
Выбор высококачественных покрытий: необходимо отбирать покрытия с высокой огнеупорностью, прочной адгезией, хорошей воздухопроницаемостью и устойчивостью к отслаиванию. Строго подготавливать и наносить покрытие в соответствии с технологическими требованиями для обеспечения равномерного покрытия и необходимой толщины.
Улучшите воздухопроницаемость песчаной формы: разумно расположите выпускные отверстия в песчаной форме или используйте формовочный песок с хорошей воздухопроницаемостью, чтобы обеспечить своевременный отвод газа из формы и уменьшить образование газовых шлаковых включений.
Технические характеристики технологического процесса
Обеспечьте качество рисунка: поверхность рисунка должна быть гладкой и без дефектов, а покрытие на поверхности рисунка должно быть нанесено равномерно и прочно. Во время транспортировки и хранения избегайте повреждений рисунка.
Стандартизация процесса уплотнения: выберите соответствующее уплотнительное оборудование и параметры процесса в зависимости от размера и сложности формы, чтобы обеспечить равномерное и умеренное уплотнение формы и избежать дефектов в виде шлаковых включений, вызванных чрезмерным или недостаточным уплотнением.
