熔融金属液将达不到足够高的旋转速度 来克

　　浅谈离心铸造缺陷分析研究 孙 季，谢长发，孙立军，马云波，穆成双 【摘 要】本文详细介绍了离心铸造容易产生的各种缺陷，并分析了其产生机理 及预防和消除方式，对实践生产具有重要的指导意义。 【期刊名称】铸造设与工艺 【年(卷),期】2018(000)002 【总页数】2 【关键词】离心铸造；铸造缺陷；缺陷机理；预防措施 离心铸造和静态铸造一样有许多同样的缺陷，但离心铸造缺陷形成的倾向更小， 在铸造生产中常见的缺陷有气孔（针孔）、离心铸造裂纹（撕裂）、搭接、缩孔等，而带 状层理和雨淋缺陷是离心铸造所特有的。在离心铸造中厚壁钢管生产是困难 的，因为厚壁钢管很容易产生热裂纹、不规则偏析、搭接等缺陷，而薄壁钢管 或铸铁管较易产生搭接和裂纹缺陷。在离心铸造中铜合金凝固方式为糊状凝固， 所以铜合金离心铸造通常不会产生裂纹和撕裂等缺陷，生产出来的铸件几乎没 有缺陷[1-2]。 2 离心铸造生产中的主要缺陷 2.1 分层缺陷 离心铸造分层缺陷也被称为带状层理缺陷，这种缺陷仅在离心铸造中产生，一 般铸件壁厚在 80 mm 以上容易产生，而薄壁铸件很少会出现。带状层理缺陷 是由偏析的低熔点化合物（共晶相和氧化物或硫化物夹杂物）组成，带状以外 边缘有反差很强的分界线，在离心铸造中大多数合金都会受到带状层理缺陷的 影响，离心铸造合金液凝固范围越宽，影响越显著，产生这种现象与离心机转速较低有 很大的关系。当离心机转速较低时，熔融金属液产生脱落，通常会出现这种情 况，可以通过调整旋转速度、浇注速度和金属与模型的温度来减少或消除带状 层理缺陷。 关于带状层理缺陷的各种理论有很多解释。一种理论认为可能是由于铸型顶部 和底部之间重力变化所导致，在凝固期间冷型每一次旋转，金属液成分的偏析 就会发生。还有另一种理论认为，当合金液进入旋转的铸型时，由于振动的原 因，液体金属的流动是不规则的，当金属液进入铸型时，形成的管状铸件按照 一定方式进行凝固，如果另外的液体金属到达特殊的位置太晚，初的液体金 属已经达到了全部或部分凝固，这种现象会导致明显的搭接、冷隔或分层，故 称为间断性的带状层理缺陷。 2.2 雨淋现象 在卧式离心机上，如果铸型以太慢的速度旋转或者金属液浇进铸型的速度太快， 雨淋现象就会发生，雨淋现象可以描述为熔融金属液以雨淋形式从铸型的顶部 落到底部，如图 1 所示为雨淋现象示意图，这种现象能通过检查熔融金属液浇 注进旋转铸型相反的一端看到，当熔融金属液没加速到铸型的旋转速度时，熔 融金属液相对铸型壁的摩擦系数较低，服重力，会从铸型的顶端落下，发生雨淋现象。另一种原因可能是选用的 浇注温度不合理，如果熔融金属液进入铸型时温度太高，粘度降低，对于熔融 金属液来说利用足够高的转速来克服重力的作用将会变得很困难，可以通过减 小浇注速度，特别是采用减少浇进铸型的后一半金属液体的速度来补救。雨淋 现象的另外一个原因是铸型涂料太光滑，在这种情况下，离心铸造金属液体很难获得较 好的立足点来跟上铸型的旋转速度，这种现象可以通过增加铸型的旋转速度， 从而增加金属液体与铸型的摩擦力。 2.3 缩孔和冷隔 当熔融金属液迅速地引进铸型，就会在铸型内部产生过热度，相对于铸件外面 的凝固，铸件芯部的凝固较缓慢，而较高的金属温度也为缩孔的形成提供了条 件。当熔融金属液缓慢地浇注时，金属液就会沿着铸型壁以晶粒的形式生长， 这样会使定向凝固在整个截面进行，而接近芯部存在的缩孔将达到小值。 冷隔俗名也叫搭接，是采用不合适的浇注工艺所导致，如不稳定的浇注速度， 所以浇注速度应该充分保证金属液连续进入整个铸型表面进而到达铸型的末端。 如果浇注速度过慢，会产生断流的现象，冷隔现象也会随之出现。 2.4 偏析和裂纹 在离心铸造中，厚断面铸件易受到偏析的影响，在铸型中由于离心机的旋转， 金属液在任意方位会产生一个铸件外侧的成分偏析。离心铸件优势之一是能获 得较为致密的组织，但如果铸型太凉，冷却太快，就会使杂质和气体陷入铸件 内部，如果合金液有相当高的磷和硫含量，这种现象将更加明显。产生偏析的 主要原因：在不平衡的离心机系统中不受控制的振动引起过高的旋转速度；慢 速旋转引起的熔融金属液的雨淋现象；过高的浇注温度；缓慢的凝固速度。 裂纹缺陷对于离心铸件没有什么特定的形式引起，对于静态铸造也会发生这种 缺陷，同样的预防措施离心铸造也可适用。 2.5 针尖状气孔（气孔、气眼） 在离心铸造中，产生气孔缺陷也较为普遍，当液体金属液包含大量气体或铸型 里有潮气，或者涂料选择不恰当时，针尖状气孔或气眼缺陷就会发生。在铸型 中因为金属铸件没有孔隙让气体逃脱，而离心铸造金属液体的凝固速度又很快， 这样针孔状气孔就会在薄壁铸件中产生。 针孔状气孔缺陷能通过以下措施来避免：使用钢型铸型代替铸铁型铸型；浇注 前铸型要预热；不要使用含有结晶水的涂料材料；不要采用过高的浇注温度。 在使用涂料时，如果膨润土没有与水彻底混合，结晶水有可能存在于干燥的膨 润土中，熔融金属液的热量便会使结晶水蒸发，气孔缺陷就会容易产生。如果 铸型涂料有透气性，形成的气体在熔融金属液和铸型壁之间传播，气体将被排 除，有利于消除气孔缺陷。在青铜铸件和铁铸件里，针孔状气孔出现在铸件的 外面像清晰发亮的斑点，在铸件的里面像麻坑，而且气孔的直径非常小。在金 属液熔炼中，也会造成气体的溶解，溶解气体有氢气、氧气和氮气等，通过对 原材料的预热和干燥，可以有效减少气体渗入，也可采用沸腾熔炼法除气。 2.6 内部缩松和夹渣缺陷 要确保铸件组织致密，铸件从外至内表面一定要实现顺序凝固，按照这种方式 每层的凝固收缩都需要液态金属液的内层补偿。如果金属快速浇注，相当大的 冷却在内表面发生，在铸件内部就会产生缩松，内部缩松产生是因为凝固从内 表面和外表面同时发生而导致。对于砂型铸造，来自外表面的冷却速度是很低 的，冷却既从内表面也从外表面发生，所以缩孔发生在内外表面相遇的凝固前 沿，要避免这些缺陷，内表面的温度应该保持足够高，以
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