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[分享] 大型铸锻件生产过程缺陷产生的原因分析

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    发表于 2023-4-2 22:35:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    01冶炼
           钢液的质量是决定铸锻件质量的先天条件,钢液质量具体表现在成分、气体和夹杂物含量与温度等方面;目前普遍采用的碱性电炉和碱性平炉炼钢、可去除硫、磷等杂质,但无法去除铜、锡、锑、铅、砷等有害微量元素,所以,炉料的准备不可忽视;炉料在装炉前必须充分烘烤,以免增高钢液的气体含量;氧化与还原是除气、净化、调整成分和温度的过程,沸腾不充分、还原不足都会导致气体和夹杂物含量的增高;钢液温度、炉渣碱度及流动性的控制是关键,这是炉渣与钢液充分反应的保证,决定着钢液的纯净度。




    02出钢
          平炉或电炉炼好的钢液要从炼钢炉排入盛钢桶,然后运送到锭模或铸型附近进行浇注,这个过程的关键是尽可能地保持钢液的温度和纯净度,出钢槽和盛钢桶必须仔细清理并充分预热,若清理不好,耐火材料或炉渣碎块卷入钢液,如不能全部上浮,就会形成外来夹杂物; 出钢槽或盛钢桶预热不充分,使钢液温度降低,也影响卷入夹杂物的上浮,出钢过程往往要向盛钢桶中加铝或硅钙进行终脱氧,加入量要注意控制,过多的铝量,会形成大量的氮化铝夹杂物,增大铸锭或铸件的开裂倾向,降低钢的韧性。


    03注锭
        将炼好的钢液注入钢锭模,得到表面良好、内部纯净、均质而致密的钢锭,这是铸锭的基本要求。要根据锻件的要求设计或选择适当的锭型,它直接影响钢锭的凝固过程,小高径比和大锥度的锭型有利于顺序凝固,减轻轴心缩松,但同时也使底部沉积锥加剧;锭模模面要平整,模面凹凸不仅会影响脱模,还会因妨碍钢锭收缩而引起表面开裂;锭模要充分烘烤干燥,否则会引起皮下气泡;锭模温度不可过高,温度过高,会减缓钢锭的凝固速度,而加大偏析,钢液在盛钢桶内要有足够时间镇静,使夹杂物充分上浮,然后浇注,注锭过程是保证钢锭质量的重要环节,注速的控制很重要,过快会使钢锭产生纵裂,过慢会使钢液二次氧化增大,夹杂物增多;在整个浇注过程,锭身的注速要快,冒口的注速要慢,以达到充分补缩的作用;钢流要平稳,使液面平稳上升,不稳定的钢流会将液面氧化膜卷入内部,形成翻皮,而断流则会造成冷隔,这些都是浇注过程中的禁忌,钢液的浇注温度要适当,温度过高使凝固速度减慢,会增大缩松和偏析,而温度过低使钢液粘度增大,易在水口形成结瘤。基至将水口堵塞影响浇注。
         真空除气技术的采用可显著降低钢中的氢含量;真空浇注还可避免二次氧化:真空碳脱氧工艺有显著的除气效果,而且用碳脱氧代替炉后铝或硅钙脱氧,可使脱氧产物减少,大大提高钢的纯净度。

    04脱模、冷却或热送
        浇注好的钢锭要静置足够的时间,使内部充分凝固,才能脱模,过早地翻动会引起内裂,脱模后要及时热送或送入冷却炉(坑)缓冷,以免因过度冷却产生过大热应力和组织应力,而引起轴心的晶间裂纹或纵向裂纹。



    05锻  造
          锻造的目的不仅是成型和得到所需的尺寸,而且还要求打碎铸态粗大晶粒,使内部孔隙锻合,以得到致密的内部组织。加热使钢的变形抗力降低,热塑性提高,为锻造创造必要的条件,不过,加热温度过高,会引起过烧,锻时发生龟裂;而无锻比加热时,温度更应严格限制,以免晶粒粗大,给锻后热处理带来困难;冷锭加热要注意装炉温度和升温速度的控制,对合金钢和高碳钢尤其要注意,过高的装炉温度和过快的升温速度,都会引起过大的热应力,而使钢锭产生横裂。锻造是塑性变形过程,要根据变形要求,选择合理的变形方式,对心部性能有要求的轴类锻件,更要注意中心缩松的锻合;钢锭的粗大柱状晶热塑性很低,始锻时要轻压倒棱,将粗晶充分打碎,这对于开裂倾向大的钢锭是很必要的。拉应力是引起锻造开裂的根源,对锻造过程中形成的拉应力要特别注意,低温强压和小进给大压下工艺是锻造中的禁忌。
          锻造时要注意控制钢锭顶部与尾部的切除量,顶部切除不足,常使锻件出现缩孔残余,尾部切除不足,常使夹杂物密集的沉积锥进入锻件,而引起层状断口。

    06铸造


         铸造是一种由液态直接凝固成型的工艺过程,从造型,制芯、合箱,浇注,落砂到清理,每个环节都严格控制,才能保证铸件质量。芯砂透气性不好,涂料中的石英粉含杂质过多,砂型与泥芯烘烤不干,合箱后铸型放置时间过长,不能及时浇注,铸型排气结构不恰当,砂型与泥芯中的气体不能及时排出,均易形成气孔;型砂应有较好的退让性,以防止因严重阻碍铸件收缩而造成热裂;浇注温度及速度应严格控制,浇注要平稳,不要断流,以免卷人空气而使铸件出现皮下气孔;应正确控制打箱时间,合金钢铸件或形状复杂的铸件尤应注意,过早打箱会使铸件因收缩不均而产生冷裂;铸件结构的合理性,冒口尺寸、数量和位置的确定,冷铁的选用以及浇注系统的正确设计,则是保证铸件质量的先决条件;应力求实现顺序凝固,以避免缩孔和缩松。
          大型球铁铸件,由于壁厚增加,冷速减慢,当浇注温度过高,残余稀土元素量过高而残余镁量过低时,初生的球状石墨从高温铁水中析出、上浮,大量聚集在铸件的上部,会形成石墨飘浮缺陷,使材料的力学性能急剧恶化,因此,对于厚壁大型球铁铸件,除应严格控制碳、硅含量外,还应严格控制稀土元素加人量,并加强孕育处理,对个别厚截面部位应设置冷铁,大铸件浇注过程长,要考虑球化衰退问题,处理后铁水中的残留镁量和稀上元素最逐渐减少到不足以保证石墨球化时,会出现团状石墨和厚片状石墨;熔炼时采用的生铁和含硫最过高,铁水脱硫不良或发生氧化,使残留的球化剂量减少,容易产生球化不良缺陷。

    07锻后热处理

         锻后多采用正火和回火处理。细化晶粒,改善组织保证切削性能和扩氢以防白点是锻后热处理的目的。重结晶是实现这种目的的先决条件,而只有当组织在冷却时充分转变,才有可能在加热时发生重结晶,所以过冷温度的控制和保温时间的选择是很重要的环节,温度高,时间短,冷却时转变不充分,就会影响重结晶的效果,或是出现混晶,或是出现心部粗晶;而温度过低,又会引起过高的应力,增加白点的危险性。对于高合金钢往往要经过多次过冷,重结晶处理,才可能使晶粒充分细化。相变区的加热速度要尽可能的快,对于高合金钢低的加热速度会引起晶粒遗传。扩氢和回火过程同时进行,扩氢温度一般控制在Ac以下 30~40℃,扩氢时间是重要参数,时间的确定要考虑钢中氢的含量、工件截面尺寸和钢种,而严重的偏析,晶粒细化不充分都会增大钢的白点敏感性,对于高合金钢,回火前的过冷温度过高,转变不充分也会影响扩氢效果,



    08性能热处理


         铸锻件通过性能热处理调整组织,以满足规定的性能要求,合金钢多采用淬火与回火工艺,为获得良好的强韧性,总是希望淬火时激冷,深冷,而深冷会产生很大的热应力和组织应力,控制不当可能会引起淬火开裂,通常淬火介质、冷却时间和终冷温度要根据钢种、截面尺寸、性能要求和冶金质量确定,冷却时间短,终冷温度高,淬裂危险性减小,但力学性能可能难以保证;冷却时间长,终冷温度低,可以得到良好的强韧性,但淬裂的危险性增大,性能热处理的质量还表现在残余应力的水平,因此,回火温度、时间、冷却速度和出炉时间都是不可忽视的因素。
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