知识篇——终于知道铸件麻点缺陷产生的原因了,以后要这么控制!

 

麻(ma)点(dian)也有称(cheng)为麻(ma)斑、麻(ma)坑(keng)、氧化麻(ma)点(dian)等,是不锈钢熔模铸(zhu)件常见的表面缺陷之一。

一般来说,这种缺(que)陷(xian)不(bu)能修复只能报(bao)废。不(bu)仅提高(gao)了生产成本,而且影响了正(zheng)常的生产进度和交货。因此,如何(he)减少、消除铸(zhu)件麻点缺(que)陷(xian),是熔模铸(zhu)造工作(zuo)者的主(zhu)要任务之一。

1.麻点的特征

麻点(dian)通常出(chu)现(xian)在(zai)含wCr<20%、wNi<10%的不锈钢铸(zhu)件(jian)上。在(zai)铸(zhu)件(jian)表(biao)面上有许多灰黑色(se)的圆形浅(qian)凹坑(keng),凹坑(keng)的直径0.3~1.0mm,坑(keng)深0.3~0.5mm。

据(ju)相关资(zi)料介(jie)绍,铸件(jian)未(wei)清理前(qian),凹坑中充填着(zhe)熔渣物质。经岩相分析(xi)表明(ming),在缺(que)陷(xian)处的熔渣物质中有硅(gui)酸(suan)(suan)铁(tie)、硅(gui)酸(suan)(suan)锰及硅(gui)酸(suan)(suan)铬等化学(xue)物存在。电子衍射结果(guo)表明(ming),黑色麻点是由磁(ci)铁(tie)矿(Fe3O4)及铁(tie)铬尖(jian)晶石(shi)(FeO·Cr2O3)组成。光谱分析(xi)结果(guo),在缺(que)陷(xian)处金属成分中硅(gui)含量增加,而(er)含锰量极少。

铸件经(jing)过抛丸(wan)、喷砂清(qing)理(li)后,铸件表面会有灰黑色的麻(ma)点,如(ru)图1所示。

图1铸件上的麻点

麻点(dian)缺陷常出(chu)现在(zai)铸件(jian)(jian)的(de)局部(bu)厚断面、拐(guai)角及内孔部(bu)位,甚至(zhi)是铸件(jian)(jian)的(de)整个表面上。

2.产生原因

从(cong)上述岩相、电子衍射和光谱分析中可以看出(chu),麻(ma)点主(zhu)要是(shi)由于金属氧(yang)化(hua)物与(yu)型(xing)(xing)壳(qiao)材料中的(de)氧(yang)化(hua)物发生化(hua)学反应(ying)造成的(de),尤其是(shi)型(xing)(xing)壳(qiao)面(mian)层(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)火材料选(xuan)用不当,或(huo)(huo)进厂(chang)的(de)型(xing)(xing)壳(qiao)面(mian)层(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)火材料不符合(he)质量要求,或(huo)(huo)进厂(chang)后(hou)的(de)型(xing)(xing)壳(qiao)面(mian)层(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)火材料管理(li)不善等原因(yin)(yin),浇(jiao)注后(hou)更容(rong)易(yi)在成批铸(zhu)件的(de)表面(mian)上产生不同程度的(de)麻(ma)点缺陷。产生的(de)主(zhu)要原因(yin)(yin)如(ru)下:

(1)金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)过(guo)(guo)多(duo)①炉(lu)料中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)过(guo)(guo)多(duo)。使(shi)用感(gan)应炉(lu)熔(rong)炼时,炉(lu)料锈蚀(shi)较(jiao)多(duo)、较(jiao)重,或使(shi)用回炉(lu)料的(de)(de)(de)比例较(jiao)大,回用的(de)(de)(de)次数(shu)较(jiao)多(duo),均(jun)会增(zeng)加(jia)金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)。②金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)不(bu)充(chong)分。脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)剂的(de)(de)(de)选择要达到(dao)既能使(shi)金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)充(chong)分脱氧(yang)(yang)(yang)(yang),又能达到(dao)脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)后形成的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)熔(rong)点(dian)低,易(yi)于聚集和上浮的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)剂的(de)(de)(de)加(jia)入(ru)量(liang)少(shao),金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)加(jia)工真不(bu)错(cuo)影响脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)效果,金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)加(jia)工真不(bu)错(cuo)使(shi)金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)中(zhong)残留过(guo)(guo)多(duo)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)。③熔(rong)炼工艺不(bu)当或操作不(bu)当,金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)没(mei)有(you)除去干净等(deng);炉(lu)料熔(rong)化过(guo)(guo)程中(zhong),金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)表(biao)面裸露的(de)(de)(de)时间长(zhang),使(shi)合金(jin)(jin)元素的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化机会增(zeng)多(duo)。预脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)后,停电静置时间短,金(jin)(jin)属(shu)(shu)(shu)液(ye)(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)(wu)没(mei)有(you)及时、完(wan)全上浮;终(zhong)脱氧(yang)(yang)(yang)(yang)不(bu)充(chong)分,浇(jiao)注过(guo)(guo)程中(zhong)产生二次氧(yang)(yang)(yang)(yang)化等(deng)。

(2)型壳面(mian)层材料(liao)中的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)物过多据相关资料(liao)介绍,由于(yu)锆砂(sha)具(ju)有导热性(xing)好,蓄热能力大,耐火度(du)高(gao)等优点(dian),在生产不锈钢(gang)熔(rong)模铸件(jian)时(shi),采用锆砂(sha)作为(wei)型壳面(mian)层耐火材料(liao)。纯ZrSiO4的(de)(de)(de)(de)耐火度(du)为(wei)2000℃以上,但是(shi)随着(zhe)杂(za)质含(han)量的(de)(de)(de)(de)增加,耐火度(du)相应(ying)下降。当锆砂(sha)中含(han)有Ca、Mg氧化(hua)物杂(za)质时(shi)分(fen)(fen)解温(wen)(wen)(wen)度(du)会下降到1300℃左右,当含(han)有K、Na氧化(hua)物时(shi),其分(fen)(fen)解温(wen)(wen)(wen)度(du)会下降到900℃左右。锆砂(sha)是(shi)ZrO2·SiO2二元(yuan)系中唯(wei)一的(de)(de)(de)(de)化(hua)合物,其分(fen)(fen)解时(shi)析出的(de)(de)(de)(de)无定形的(de)(de)(de)(de)SiO2具(ju)有很高(gao)的(de)(de)(de)(de)活性(xing),能与金属中的(de)(de)(de)(de)Cr、Ni、Ti、Mn、Al等合金元(yuan)素在高(gao)温(wen)(wen)(wen)下发生化(hua)学反应(ying),致(zhi)使铸件(jian)的(de)(de)(de)(de)表面(mian)产生麻点(dian)。

如某熔模铸(zhu)(zhu)(zhu)造厂生产不(bu)锈钢铸(zhu)(zhu)(zhu)件,原来(lai)(lai)型壳面(mian)层材料选用石英(ying)砂(sha)(sha)(sha)/粉,严重时(shi)铸(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)麻(ma)点缺(que)陷(xian)约占(zhan)80%。后来(lai)(lai)更换锆英(ying)砂(sha)(sha)(sha)/粉(没有(you)进(jin)行来(lai)(lai)料检验)和硅酸乙(yi)酯水解液作为粘结剂时(shi),铸(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)麻(ma)点缺(que)陷(xian)有(you)所(suo)降低,但仍然在50%左(zuo)右(you)。当采(cai)取来(lai)(lai)料检验,控制锆英(ying)砂(sha)(sha)(sha)/粉中(zhong)的(de)氧(yang)化物后,铸(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)麻(ma)点缺(que)陷(xian)不(bu)仅(jin)数量大幅度较少(shao),而且(qie)麻(ma)点缺(que)陷(xian)的(de)程度也明显减轻。

(3)与型(xing)(xing)壳焙(bei)烧(shao)质(zhi)量有关型(xing)(xing)壳充分焙(bei)烧(shao)可以去除型(xing)(xing)壳中的(de)(de)水分、残留蜡料(liao)、皂化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、有机物(wu)(wu)(wu)和挥发物(wu)(wu)(wu),以及型(xing)(xing)壳中残留的(de)(de)氯(lv)化(hua)(hua)铵硬化(hua)(hua)液和钠(na)盐等(deng)。如果型(xing)(xing)壳中残留这些物(wu)(wu)(wu)质(zhi)(见(jian)图2),就会在(zai)浇注时使金属(shu)液产生(sheng)二(er)次(ci)氧(yang)化(hua)(hua),生(sheng)成大量的(de)(de)气(qi)体或(huo)新的(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),这些氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)与型(xing)(xing)壳中的(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)产生(sheng)化(hua)(hua)学(xue)反应,易在(zai)铸(zhu)件的(de)(de)表面上生(sheng)成麻点(dian)缺陷。

图2型腔中的残留物

①皂化物②盐类

(4)与粘(zhan)结(jie)剂(ji)有关目(mu)前,熔(rong)模铸造(zao)生产中广泛(fan)使用(yong)的水玻璃、硅溶胶(jiao)和硅酸(suan)(suan)乙酯水解液都属于酸(suan)(suan)性粘(zhan)结(jie)剂(ji),其共同特点是能生成酸(suan)(suan)性氧(yang)化物SiO2(即硅酸(suan)(suan)溶胶(jiao))。这种粘(zhan)结(jie)剂(ji)适用(yong)于浇注碳(tan)素钢、铜和铝合(he)金(jin)铸件,如果浇注钛、铬合(he)金(jin)钢铸件时,就容(rong)易在铸件的表面上形(xing)成麻(ma)点缺陷。

3.防止措施

(1)减少、降低金属液中的氧化物,提高金属液的质量。

第一(yi),选用(yong)干燥、洁净的(de)炉料,控(kong)制回炉料反(fan)复使(shi)用(yong)的(de)次数或使(shi)用(yong)量,避免炉料中的(de)氧化物增多。

第(di)二,采取(qu)完全脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),先(xian)加(jia)锰铁后(hou)(hou),加(jia)硅(gui)铁脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),再加(jia)硅(gui)钙脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),然后(hou)(hou)停电静置2min后(hou)(hou),再加(jia)铝(lv)终(zhong)脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),出(chu)炉、浇注。也可以只选用铝(lv)终(zhong)脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),再补(bu)充脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang)。即生产中(zhong)终(zhong)脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang)采用二次加(jia)入(ru)(ru)法,第(di)一(yi)次炉内终(zhong)脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),加(jia)入(ru)(ru)量为0.10%~0.12%(铝(lv)的加(jia)入(ru)(ru)量与炉料的锈(xiu)蚀有关(guan),炉料锈(xiu)蚀严(yan)重时,加(jia)入(ru)(ru)量取(qu)上(shang)限;反之取(qu)下限)。第(di)二次在(zai)浇包(bao)中(zhong)加(jia)入(ru)(ru)补(bu)充脱(tuo)(tuo)(tuo)氧(yang),用铝(lv)0.02%~0.05%为宜;

第三,制订合理的(de)熔炼工艺(yi)和浇注工艺(yi),,并严格执行,如出(chu)钢(gang)前的(de)镇(zhen)静时间要(yao)能够使(shi)氧化物充分上(shang)浮,扒渣(zha)要(yao)净(jing),及时清除(chu)已(yi)产(chan)生的(de)氧化物;在浇包中(zhong)加入草木灰,必要(yao)时采用真空浇注,防止金属液(ye)的(de)二次氧化等。

有的资料提出,在型壳(qiao)填砂材料中(zhong)(zhong)加入木(mu)炭粉,或(huo)(huo)(huo)把石墨、沥青等(deng)(deng)碳质材料加入制壳(qiao)材料中(zhong)(zhong),或(huo)(huo)(huo)浇注(zhu)前在型壳(qiao)中(zhong)(zhong)加入四氯化碳,或(huo)(huo)(huo)浇注(zhu)后立即将型壳(qiao)置于还原气氛中(zhong)(zhong),如加木(mu)屑(xie)或(huo)(huo)(huo)废蜡再盖箱密封冷却,或(huo)(huo)(huo)降低(di)熔炼(lian)温度等(deng)(deng)措施(shi),以减少(shao)或(huo)(huo)(huo)降低(di)麻点。笔者(zhe)(zhe)认(ren)为选用(yong)这些措施(shi)时,即要充分考(kao)虑其在批量(liang)生产中(zhong)(zhong)的可行性(xing)、合理性(xing),又要考(kao)虑其对作业环境的污染,以及(ji)对操(cao)作者(zhe)(zhe)身(shen)体健康的影响等(deng)(deng)因素。

(2)合理选用型壳材料,并确保其质量。

第一,选用型壳材料(liao),如锆(gao)石英砂(sha)/粉的(de)(de)质量必须满足工艺要求,尤其是(shi)面层(ceng)耐火材料(liao)中含(han)有的(de)(de)氧化物必须在工艺范围内,金(jin)属加工真不错(cuo)尤其是(shi)氧化铁(tie)等氧化物的(de)(de)含(han)量不能超标(biao),过高的(de)(de)Fe2O3含(han)量将加剧(ju)麻点的(de)(de)产(chan)生。

第二,对进厂的(de)(de)原(yuan)材料要(yao)进行检验,合格(ge)后(hou)方可进厂、入(ru)库。对库存的(de)(de)原(yuan)材料要(yao)定期(qi)复验,不合格(ge)的(de)(de)面层材料不能使用。

(3)选择合理的型壳焙烧工艺,并严格执行。

焙烧型(xing)(xing)壳的目的是(shi)从型(xing)(xing)壳中除去挥发性的物质(如残留的水分(fen)、盐分(fen)、模(mo)料等),进一(yi)步提高型(xing)(xing)壳的质量(liang)。生(sheng)产(chan)中常采用的型(xing)(xing)壳焙烧工艺(yi):温度为850~900C,时间为2~4h(时间与装(zhuang)炉量(liang)有(you)关)。

型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)焙(bei)烧质量(liang)的(de)好坏可以从(cong)型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)外观的(de)颜(yan)色(se)判(pan)断。如果型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)呈深灰色(se),则(ze)说(shuo)明(ming)型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)中有较(jiao)多的(de)碳分,说(shuo)明(ming)型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)焙(bei)烧不充分;如果型(xing)(xing)(xing)壳(qiao)(qiao)内(nei)表面(mian)或断面(mian)呈白(bai)色(se)、粉白(bai)色(se)或粉红色(se),则(ze)说(shuo)明(ming)焙(bei)烧的(de)质量(liang)好。

焙浇过的型(xing)壳(qiao)应(ying)及时进(jin)行(xing)浇注(zhu)。如果存放时间(jian)过长,在浇注(zhu)前应(ying)再次(ci)进(jin)行(xing)烘焙(不(bu)是焙烧(shao))。型(xing)壳(qiao)不(bu)能多(duo)次(ci)焙烧(shao),每焙烧(shao)一(yi)次(ci),就会增加或加大型(xing)壳(qiao)上的裂纹。

(4)使用中性或碱性粘(zhan)结剂。

不锈钢熔模(mo)铸件产生麻点(dian)的主要原因:首先是金属(shu)液和型壳面层耐(nai)火材料中含有较多的氧化物,其次(ci)(ci)是型壳焙(bei)烧不良,再次(ci)(ci)是粘结剂的种(zhong)类。

当采用(yong)(yong)前三项(xiang)措施仍然效果不理想时,才可以考虑采用(yong)(yong)中性(xing)(xing)或碱(jian)性(xing)(xing)粘结(jie)剂(ji)。中性(xing)(xing)粘结(jie)剂(ji)有铝(lv)、铬、锆等(deng)金属(shu)盐类(lei),如硝酸铝(lv)Al(OH)2NO3、碱(jian)式氯化(hua)铝(lv)Al(OH)2Cl、碱(jian)式硝酸铬Cr(OH)2NO3等(deng)。碱(jian)性(xing)(xing)粘结(jie)剂(ji)主要(yao)是镁、钙(gai)等(deng)金属(shu)盐类(lei),如Ca(NO3)2、Ca3(PO4)2、Mg3(PO4)2等(deng)。

4.结语

(1)麻点是不(bu)锈(xiu)钢熔模铸件常见的表(biao)面缺陷之一。

(2)减(jian)少或预(yu)防(fang)麻点缺陷(xian)首先从提高金(jin)属液质(zhi)(zhi)量(liang)(liang),以及确(que)保型(xing)壳面层耐火(huo)材料的质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)入手;其次是(shi)保证型(xing)壳的焙烧质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)。