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[交流] 分享一篇文章:铸铁件氮气孔的来源及特征

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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2018-5-8 21:31:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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          氮气孔难以诊断,往往被误认为是缩孔、缩松。一旦出现这种缺陷,常常会导致铸件批量报废,损失很大。希望能通过此次交流,帮助铸造同行开拓思路,理清思路,快速分析解决问题,避免走弯路,我先抛砖引玉:$ V4 `0 s4 b" ^  o
    * a! L, J2 Q0 e  l, O  h
                   

    $ P* |8 b: u0 S* k( h% t                               
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    . T. u' n, a3 F
    5 c9 `! K$ n& B! C' {1 B" }, Q4 t
          特征: 枝晶间裂隙状氮气孔
    9 t: y: w/ m. n+ ]7 T
    2 d7 @7 N' w: e      这种缺陷呈裂隙状多角形或断续裂纹状,跟其它的气孔类缺陷大不相同,从外观上看没有明显的气体痕迹,但能明显看到粗大的树枝晶,跟缩孔、缩松缺陷有点类似,所以在有些较厚大件上,经常被误认为是缩孔、缩松。值得一提的是,这种气孔在铸件断面上呈大面积分布,有的也分布在较大的平面处,在铸件最后凝固如冒口附近,热节中心最为密集,这类气孔常发生在同一炉或同一浇包浇注的全部或大部分铸件中。由于是在凝固过程晚期形成的,因而气孔孔洞形状不是圆球形的,而改变为多角形或枝晶间裂隙状的,这说明气泡生成及长大时,其周边被固体的枝晶壁所包围,而不能形成圆球形的气孔。
    ( l1 T) I$ V  I" Z) y  y; M* L( y* T) V* k+ G$ j3 ?# T. G9 C. ^7 v
          来源:液态金属所吸收的氮来自多种途径,主要有两大类,一是浇注前金属液本身所含的氮;二是树脂砂中所含的氮。! D! k8 `) T: ]& P! v0 y
    ) o5 N- F5 J1 R4 x9 I4 w7 \: @: S
          对于冲天炉熔炼的灰铸铁,炉料中的废钢是氮的重要来源,碱性电弧炉废钢,其含氮量可达60ppm~ 140ppm,废钢多于35%,就有可能产生氮气孔。
    9 k' w$ e( |) ^8 c5 h8 a/ i% T5 F& l% G- T
          树脂砂中所含的氮来源于树脂及固化剂、再生砂中积累的氮、型砂中的含氮附加物及涂料中的氮。
    % Q+ @' t0 c0 H8 ^+ N8 A   
    ! f  [! ?; C7 W6 c2 r3 i/ ~+ X7 R      沥青焦炭含氮量高,作为增碳剂使用时容易产生氮气孔,必须引起高度重视。而电极电墨作为增碳剂,则由于其含氮量低而不容易发生氮气孔。此外,在熔炼过程中即使加入含氮量高的增碳剂,如沥青焦炭,也只有在刚加入铁液时含氮量急剧增加,当铁液保温十多分钟后,含氮量逐渐恢复到加增碳剂前的水平。
    9 Y) B0 j3 p$ m4 w- ?; L2 Z- X
    " x' @& Q: V, `7 Y- W      机理: 
    3 W) T4 _  `% L$ ~/ H  / p! }7 z" F- g, R2 t4 D/ E
          ①用树脂砂生产铸铁件更容易产生氮气孔,这是因为当铁液浇入铸型后,含N的树脂受热分解出NH3,NH3又在金属液表面离解,NH3一[N]+3/2H2,[N]原子相当一部分进入铸型,金属界面尚处于熔融状态的金属表层,并由表向里扩散,致使表层金属液为氮饱和。而到金属凝固期间,氮的溶解度急剧下降,就会析出氮气,形成氮气孔。0 _, y" Y# p) n" C+ g; p
      
    ( L8 ^# o! l0 g% S8 f      ②铁水中含氮量大于100ppm时,往往会产生氮气孔,凝固前金属液所含全氮量=浇注前金属液本身的全氮量+树脂砂分解侵入金属液的氮量。金属液内的含氮量主要靠控制原材料废钢进行。; N' H/ ]! b2 d# [
       
    . g+ X' ^( G' L      ③砂铁比过高,型砂烧不透,这是导致再生砂残留含N量过高的重要因素,检测烧灼减量是监控树脂砂里面残留N量的一个主要手段。
    $ L: m& r* ?( _3 ?1 K   
    ' n. b0 z: p$ Q$ C# L$ \       ④熔炼方式对灰铸铁中含氮量有较大的影响。即使是C、Si含量相同的铁液,用工频电炉熔炼比冲天炉熔炼时的白口倾向大,含氮量也高。 
    9 A8 v8 W+ r0 b5 o4 m5 E   
    2 K+ y* A1 n& k1 r, w6 w8 n       ⑤对于酚醛尿烷树脂中的聚异氰酸酯,在潮湿的环境下使用时,NCO与水强烈反应,产生NH2,则要确保聚异氰酸酯容器的密封,减少它与空气的接触。
    # @% T( ~4 a& c8 G  ~   
    8 F" p! j+ W3 Z2 A+ k      ⑥铁液含氮量高引起的氮气孔的防止方法是:铁液中加入钛铁,降低铸铁白口倾向和正确选用增碳剂。/ c3 y# f6 J8 l4 P) }
       
    & U8 E! w% z, M( r      ⑦防止树脂砂含氮量高引起的氮气孔的方法是:选用低氮树脂,型砂或涂料中加入氧化铁粉和避免树脂受潮。" s' c. n6 l2 P: y
    0 l8 X. {' {  Q, P
          降低氮气孔缺陷的方法总结:
    + o  A) D/ |7 l
    2 L# h7 _& f5 @# j1 A1 F      1)将废钢加入量由3O%降至2O%;
    / x" D& g  X4 `9 J2 A5 T- I
    2 @. `# |' M  R" q5 r      2)在铁液中加入氮稳定剂——锆、钛以及硼、铝,和氮生成稳定的化合物,从而降低了溶解[N]的浓度,即减少了含N量,也起脱氮作用。特别是低碳当量灰铸铁件,当含氮量过高时,会产生枝晶间裂隙状氮气孔,铁液中加人Ti可以消除这种氮气孔。灰铸铁含碳、硅低,即碳当量低时,氮在铁液中的溶解度增大。因此,高牌号灰铸铁件易产生裂隙状氮气孔。当熔融状态的铸铁中含有Zr、Al、Ti、Mg等元素时,可能形成氮化物,使铁液中的含氮量减少;; H8 u' y, T3 h' N) z
    ( n8 K" |; p' g4 m
          3)选用含N量5<的中氮树脂,减少粘结剂中含N量;
    0 J: q8 q% c  R' n7 k. o2 p
    , v2 W' c! l3 w0 o      4)下大力气着重解决再生砂的含N量问题,通过加大除尘力度,增强再生效果,提高脱膜率等措施,降低再生砂中的灼烧减量(<5),从而减少残留含N 量;
    / k% h7 M$ X; K: x& z- e2 P: X5 W( P7 }: O
          5)制作专用工装,提高铁砂比,减少树脂砂的浪费,提高型砂的烧透比,从而提高型砂去N 的比例;' b  g) Q) _+ W. D4 D7 w
    0 R# _) t" r/ E. r0 w
          6)新旧砂比例,减少旧砂用量;
    : e5 J- o6 d0 U8 V0 G3 O  ?' a
    + `- r1 ~: X# _  n) a      7)在造型操作上下功夫,特别是刷涂料后,要用喷灯烘干;
    , ]  i3 O  N. s
    6 K4 _3 C6 v" q      8)改进浇注系统,提高浇注速度,缩短浇注时间;0 w! ^; {7 r& h

    . r9 c4 G( a9 J8 i' {      9)实际上随着废钢配比增加,增碳剂的加入量也随之增多,增碳剂中所含的氮大部分加入铁液中,特别是加入增碳剂后很快进行浇注时,加入增碳剂后立即出炉浇注是不妥当的,而要通过保温一段时间10分钟以上,让氮气逃逸;& d% X  v4 `8 J6 Z+ @- V. s
    ; {- o/ u+ j: A. `3 Z2 A
          10)加强排气功能,通过倾斜浇注(冒口端高),多扎出气孔,使型腔中的气体尽快排出,减少氮气侵入金属液机会。. `7 m* N* x  X7 j
    2 H  ?; q) V% X3 R+ c
                   
    4 {7 _* c/ Y( I1 R& u$ h. c
                                   
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  • TA的每日心情
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2022-9-15 19:29:18 | 显示全部楼层
    N50-70ppm出现气孔济南.JPG IMG_6783.JPG IMG_6458.JPG IMG_4606.PNG IMG_3232.JPG IMG_5666.JPG QQ图片20140512220517.jpg IMG_5666.JPG 裂隙状氮气孔1.jpg 裂隙状氮气孔2.jpg 热加工论坛—IMG_20130318_105655.jpg 制动鼓氮气孔 (3).JPG 制动鼓氮气孔 (5).JPG
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    无聊
    5 天前
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2018-5-9 00:24:49 | 显示全部楼层
        ④熔炼方式对灰铸铁中含氮量有较大的影响。即使是C、Si含量相同的铁液,用工频电炉熔炼比冲天炉熔炼时的白口倾向大,含氮量也高。- b% ?8 @8 Y1 z4 B, [  s
    因为加入了劣质增碳剂还是什么原因?
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    郁闷
    2018-7-5 09:11
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2018-6-29 13:47:53 | 显示全部楼层
    不错。谢谢分享
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    [LV.8]以坛为家I

     楼主| 发表于 2018-6-29 17:18:44 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-5-9 00:242 v$ f3 |% t8 R! L5 }; R- Y
    ④熔炼方式对灰铸铁中含氮量有较大的影响。即使是C、Si含量相同的铁液,用工频电炉熔炼比冲天炉熔炼时 ...

    5 @. ]  h" q. o) K7 v$ h" K此处漏了一个中频炉,应该是:... ...用工(中)频炉熔炼比冲天炉熔炼时... ...
    - t1 `9 b/ m7 g  c* W5 a2 N" U
    4 O! y0 v! Q) a* p+ [$ k% ~$ E由于熔炼方式的不同,氮无法化合成氮的金属化合物强化基体,而是遗留到了(出了损耗部分之外)铁水里,只要超出溶解度,便对铸件产生了氮气孔的危害!
  • TA的每日心情
    奋斗
    2018-6-29 18:54
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2018-6-29 19:24:41 | 显示全部楼层
    如何准确判定N气孔
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    [LV.8]以坛为家I

     楼主| 发表于 2018-6-29 21:56:54 | 显示全部楼层
    尹彦普 发表于 2018-6-29 19:24! {- A/ b$ }( Q5 S3 [0 z, j
    如何准确判定N气孔

    ' U' }4 F3 e2 N8 A$ E6 L9 V形状,裂隙状,与其它类型的气孔区别较大,但,倒是有点像缩松,要结合金相观察!
  • TA的每日心情
    开心
    2020-2-19 06:37
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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2018-6-29 22:02:10 | 显示全部楼层
    楼主这个贴子不错,比较实用!缩松集中些氮气分散些!5 r3 n' |# j% Z0 d1 k
    来自安卓客户端来自安卓客户端
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    开心
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    [LV.8]以坛为家I

     楼主| 发表于 2018-6-29 23:23:37 | 显示全部楼层
    本帖最后由 njrzm 于 2018-6-29 23:25 编辑 7 F) t" r# F- {% Q8 D
    范恋雪 发表于 2018-6-29 22:02
    - I' L3 O  x8 j, e楼主这个贴子不错,比较实用!缩松集中些氮气分散些!

    % C' \  [" d1 A+ w
    + x& u' _3 w" \+ J) D是否呈集中性?空穴边缘的石墨形态?肉眼观察空穴的颜色?等等,这些都可以帮助人们准确地判断!
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    无聊
    2022-9-1 08:09
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2022-8-17 14:42:34 | 显示全部楼层
    楼主能不能上传几张照片看看这种气孔的是什么样的,谢谢
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    无聊
    2018-11-19 21:56
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    [LV.7]常住居民III

    发表于 2022-9-13 13:18:33 | 显示全部楼层
    从第9条内容看,废钢比例高时容易氮气孔应该和增碳剂含氮量以及加入以后的到出铁的时间有关,那么如果增碳剂含氮低可以增加废钢比例喽
  • TA的每日心情
    开心
    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2022-9-15 13:51:49 | 显示全部楼层
    很多时候,灰铸铁铁水氮不高,也会出现氮氢共同影响的情况缺陷。
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2022-9-15 17:54:14 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2022-9-15 13:51
    & t* ^' r7 B$ c" e0 ^% g/ I- W很多时候,灰铸铁铁水氮不高,也会出现氮氢共同影响的情况缺陷。

      T" _* f# v0 f0 z1 r! |% n6 a这里面有这样的一个问题:所测出氮是总氮,而无法细分化合氮、分子氮等状态,所以,对氮的检测值,有时显得很无能为力~
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    昨天 00:03
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2022-9-15 19:42:11 | 显示全部楼层
      B) B2 s6 P7 |" w" }
    这一组图片算是氮气孔达到顶峰了,一般还真不好收集到,感谢老赵工的分享~
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    2025-12-31 11:08
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2022-10-23 10:58:46 | 显示全部楼层
    试棒都有氮气孔。。。
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    奋斗
    2022-11-7 16:48
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    [LV.7]常住居民III

    发表于 2022-10-27 14:04:55 | 显示全部楼层
    大家看看,大端面上,靠近冒口位置,这种缺陷是不是氮气孔缺陷
  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-11-7 16:48
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    [LV.7]常住居民III

    发表于 2022-10-27 14:09:02 | 显示全部楼层
    请大家帮忙看看,大端面上,靠近冒口位置,这种缺陷是不是氮气孔缺陷,多谢!
    IMG_20181106_110324.jpg
    IMG_20181106_110329.jpg
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    奋斗
    2022-11-7 16:48
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    [LV.7]常住居民III

    发表于 2022-10-27 14:17:48 | 显示全部楼层
    还有2张照片
    IMG_20181010_090629.jpg
    IMG_20181010_090644.jpg
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    4 天前
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2022-10-27 18:01:43 | 显示全部楼层
    个人认为是缩孔。红圈内
    140751rkr9kr5u9o3303rr.jpg.thumb.jpg
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    发表于 2022-10-27 20:29:32 | 显示全部楼层
    山巅牧羊人 发表于 2022-10-27 18:01' j5 a2 x# q% d# e' G: y
    个人认为是缩孔。红圈内
    . r7 E8 C. ^( m  g8 r  X5 x
    有时候氮气孔与缩松确实是很难区分,遇到这种情况,建议借助金相观察来区分~
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