如何防止生產(chǎn)厚壁大中型鑄鋼件的重皮缺陷、粘砂缺陷
生產(chǎn)厚壁大中型鑄鋼件時(shí)常會(huì)產(chǎn)生重皮和粘砂缺陷，有時(shí)又稱(chēng)作：“燒結(jié)、釉層或象皮”缺陷。它是一層鉻砂、釉質(zhì)渣和金屬的混合物，具有磁性。以澆注時(shí)長(zhǎng)時(shí)間暴露于熱幅射的區(qū)域發(fā)生率最高。在熱處理、拋丸后有時(shí)可清除留下光潔的鑄件表面，有時(shí)則粘附于鑄件，只能用鏟鑿、打磨或電弧氣刨方法加以清除，嚴(yán)重增加清理、精整工作量。
鉻礦砂的主要化學(xué)成分是Cr2O3，是一種天然的Ｆｅ－Ｃｒ氧化礦物，略含一些 Ｍｇ和Ａｌ，通常存在于火成巖中，主產(chǎn)于蘇聯(lián)和南非。從品質(zhì)上來(lái)說(shuō)，南非鉻礦砂純度高，質(zhì)量最好。鉻礦砂晶粒是十分規(guī)則的立方結(jié)構(gòu)，內(nèi)部復(fù)雜，由八個(gè)基本結(jié)構(gòu)組成一個(gè)晶粒。Ａｌ和Ｍｇ可分別置換結(jié)構(gòu)中的Ｃｒ和 ?。疲逶樱虼瞬豢醋麟s質(zhì)。蛇紋石（硅酸鎂、硅酸鋁）等硅酸鹽脈石為雜質(zhì)成份。理想的鉻礦砂，含Ｃｒ2O3＞４6%，含Ｆｅ應(yīng)＜３0%，呈黑色，比重４．0～４．8g/cm3，堆積密度 2.5～3.0，四篩制ＡＦＳ細(xì)度為５０－９０。它的傳熱能力優(yōu)于其它原砂，耐浸潤(rùn)能力極好，且線性熱膨脹低于硅砂、橄欖石砂，接近于鋯英砂。
在鉻礦砂的生產(chǎn)過(guò)程中，除了水洗清除原礦中的雜質(zhì)外，最主要的加工工序是磁選，其目的是盡可能地去除原砂中的鐵和硅。
實(shí)際工作中，即使使用了優(yōu)質(zhì)鉻礦砂，還會(huì)出現(xiàn)皺皮，粘砂缺陷，需要通過(guò)調(diào)整工藝來(lái)改進(jìn)。
分析皺皮缺陷的形成原因，我們會(huì)有如下發(fā)現(xiàn)：
脫殼且易清除且能留下光潔鑄件表面的皺皮：同體積重皮和緊實(shí)的鉻礦砂型砂其重量大致相等。說(shuō)明無(wú)浸滲現(xiàn)象產(chǎn)生。皺皮的金屬化現(xiàn)象，是由于砂溫升到１２５０℃以上時(shí)還原氣氛下鉻礦表面，砂的體積增大，鐵滴相互粘附在一起。冷卻時(shí)，砂中的樹(shù)脂已燒盡，空氣進(jìn)入界面的夾層致使鐵氧化，把整個(gè)表層的砂粘結(jié)成一層皺皮缺陷。7 s9 M, h9 s7 }7 z7 P9 X k8 V: M
難以清除牢固粘附于鑄件表面的皺皮缺陷：同體積的重皮試樣明顯地重于型砂，說(shuō)明有嚴(yán)重的浸滲產(chǎn)生。經(jīng)計(jì)算型砂中空隙約為２５%，稱(chēng)重表明卻高于２５%，顯然砂粒已被熔蝕導(dǎo)致空隙率增大。據(jù)分析，這是由于鉻礦砂中還原出來(lái)的鐵滴隨后又被氧化，在氧化氣氛下與鉻礦砂中的硅酸鹽雜質(zhì)化合形成低熔點(diǎn)的鐵橄欖石，進(jìn)而吸收ＳｉＯ２，軟化、熔蝕鉻礦砂砂粒，而使空隙增加，而且易被鋼液浸滲。鑄型表層也可能形成一種三明治式的夾層：型內(nèi)潮濕的空氣形成氧化氣氛；鑄型表層樹(shù)脂粘結(jié)劑內(nèi)含有水份，澆注時(shí)水汽遷向內(nèi)部冷凝后又會(huì)形成潮濕層而引發(fā)成氧化氣氛；表面一層則由于樹(shù)脂的不完全燃燒而是還原性氣氛。饒有興味的是：鋯英粉涂料本身中含有３４％的ＳｉＯ２，且有少量的游離的 ?。樱椋希搽s質(zhì)，在氧化氣氛條件下，氧化鐵會(huì)侵襲涂料中的ＳｉＯ２而形成釉質(zhì)的熔渣，致使ＳｉＯ２浸蝕部位與鋼液相接觸，可有３４％的接觸面積，使重皮粘附于鑄件表面，沒(méi)被熔蝕的ＺｒＯ２則仍起分型界面的作用。清除重皮層后粘附點(diǎn)是白亮的金屬本色能說(shuō)明這種現(xiàn)象，而富含鐵質(zhì)的重皮層會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕。
對(duì)于以上現(xiàn)象，有效防止的綜合措施是：
1.鉻礦砂的濁度應(yīng)<１５０ｐｐｍ。ＳｉＯ２含量應(yīng)<１．５％。鋯英粉涂料含Ｆｅ應(yīng)<０．５％，游離ＳｉＯ２應(yīng)<２．０％。
2.模數(shù)５Ｃｍ以上的鑄件，澆注溫度應(yīng)控制在液相線以上３０—５０℃范圍內(nèi)。澆注時(shí)間以公式計(jì)算：ＧＺ（澆注時(shí)間）＝５．６０×Ｇ（件重，ｋｇ）０．２８６。如件重為５０００ｋｇ，澆注時(shí)間為３７．８秒。澆注流速：砂型澆口及內(nèi)澆口≤１．０ｍ／ｓ；耐火磚管澆口≤３．５ｍ／ｓ。
3.面砂厚度應(yīng)在５０—３００ｍｍ。應(yīng)防止與ＳｉＯ２體系背砂混雜。樹(shù)脂粘結(jié)劉用量減少，類(lèi)似于硅砂用的３０—５０％即可達(dá)到要求。
4.鋼液含氧量應(yīng)保持<１０ｐｐｍ。
5.水基鋯英粉涂料應(yīng)徹底烘干。施用雙層涂料時(shí)，應(yīng)在首層適當(dāng)烘干后才施涂第二層。應(yīng)用烘干器徹底干燥，條件許可時(shí)，合箱后用熱風(fēng)烘干器繼續(xù)烘烤，直至澆包就位待澆前再行撤除，并進(jìn)一步降低粘結(jié)劉中附加物的含量，避免型內(nèi)產(chǎn)生水汽冷凝。
采取以上綜合措施之后，就很少產(chǎn)生重皮缺陷，也能體現(xiàn)出選用鉻礦砂作為大型鑄鋼件鑄造砂的優(yōu)勢(shì)。
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