凯发国际首页 酯固化堿酚醛樹脂砂鑄鋼件氣孔防治技術分析

摘要:針對酯固化堿性酚醛自硬樹脂砂條件下生產的鑄鋼件產生的氣孔,根據氣孔特征和分布狀況,分析了導致氣孔在鑄造過程中形成的諸多因素。通過采取合理的鑄造工藝措施和嚴格生產過程管理,降低了氣孔發生的概率,避免因嚴重氣孔缺陷導致鑄件報廢,提高了鑄件質量。
   關鍵詞:酯固化酚醛樹脂砂;鑄鋼件;氣孔
中圖分類號:TG245文獻標識碼:A文章編號:1000-8365(2010)05-0544-03h

   隨著鑄造業向規模化、精密化、綠色化生產方面發展,近年來,使用堿性酚醛樹脂自硬砂工藝生產鑄鋼件的企業增加很快,顯示出這種工藝所具有的優越性。與水玻璃砂相比,堿性酚醛樹脂自硬砂具有清潔環保、尺寸精度和表面光潔度高、勞動強度低、工作效率高等諸多優勢。雖然酯固化堿性酚醛自硬樹脂砂與其他幾種樹脂自硬砂相比,其發氣量較低(如圖1在1000測得的發氣量曲線,括號內的數字為粘結劑的加入量),又不含氮,因此鑄件產生氣孔的傾向較小,但許多企業在使用堿性酚醛樹脂自硬砂生產初期相當長的一段時間內,由于采取工藝措施不當或者執行不力,鑄件產生了嚴重的氣孔缺陷,導致大量鑄件報廢,給企業帶來很大的經濟壓力。本文根據作者從事堿性酚醛樹脂自硬砂生產的工作經驗,對堿性酚醛樹脂自硬砂生產初期鑄鋼件產生的氣孔現象做簡要分析

圖1幾種自硬砂的發氣量曲線

1生產條件

采用12t和25t兩臺連續混砂機混制造型用砂,芯砂采用CO2硬化水玻璃砂,手工制芯,使用福建平潭水洗硅砂,性能如表1。

表1硅砂技術參數

  型砂中新砂占25%,再生砂占75%,酚醛樹脂加入量為砂量的1.6%,固化劑酯加入量為樹脂的25%。全年車間工作環境溫度為5~28。采用漂珠制成的保溫冒口,冒口套壁厚15~40mm,頂部有直徑10~

54420mm的通孔。造型主要使用方形砂箱。大多數鑄鋼件重量在1000kg以下,回轉體鑄件居多。砂型、砂芯表干后刷醇基涂料2~3遍。砂型終強度(24h抗拉強度)在0.25~0.28MPa,灼燒減量2.2%~2.6%。煉鋼設備為5t堿性電弧爐。
2氣孔類型及氣體來源分析
2.1侵入性氣孔
酯硬化堿性酚醛樹脂砂生產的鑄鋼件以侵入性氣孔居多,回轉體鑄件氣孔的主要位置分布在兩冒口中間鑄件上部,其他形狀鑄件氣孔主要集中在遠離冒口的鑄件上部,引起這種氣孔的氣體主要來源于以下幾個方面。

2.1.1灼燒減量和粘結劑的影響

據資料介紹,再生砂灼燒減量1.5%較好,而實際生產檢測表明,再生砂灼燒減量大多在2.2%~2.6%范圍,砂灼燒減量的增加增大了砂型的發氣量,如圖2所示。而粘結劑用量的增加,也會增加砂型的發氣量,如圖3所示。增強砂型的透氣性,有利于避免氣孔缺陷的產生。

圖2舊砂灼減量與發氣量的關系

圖3樹脂加入量與發氣量的關系

2.1.2砂型中水分的影響
造型時,模具只占砂箱的中部區域,其他空間均由型砂充填,尤其是吃砂量較大時,方形砂箱的四個角處砂型更厚,澆注后,濕型型壁被金屬液加熱,從金屬-鑄型界面到型壁中達100等溫面這一區域內,水分被加熱為大量水蒸氣,稱這個區域為發氣區,發氣區中水蒸氣除了有侵入金屬液中的傾向外,還向外擴散到型壁中溫度低于100的區域中。由于水蒸氣在此又重新凝結成水分等原因,形成了水分凝聚區,此區域中的水分含量可以高達型砂原始水分含量的2~3倍,水分堵塞了砂粒間的空隙。因此,水分凝聚區成為發氣區中的水蒸氣向外擴散的屏障,阻礙了水蒸氣的逸出,從而提高了發氣區中的氣體壓力,增加了氣體侵入金屬液中的危險性[1]。酯硬化堿性酚醛樹脂砂澆注系統大多采用底凯发国际首页 酯固化堿酚醛樹脂砂鑄鋼件氣孔防治技術分析注式,在金屬液面上升到型腔頂部時,金屬液表面存在著氧化膜,或甚至粘度增大,侵入的氣體無法排出型外,隨著冒口逐漸被充滿,冒口對鑄件頂部壓力增加,迫使未排出的氣體向兩冒口中間位置聚集,較終在鑄件表面下部或表面形成集中的氣孔。
2.1.3冒口潮濕

保溫冒口套在未干透使用時,冒口中的水分在高溫下被汽化,大部分氣體被排出,而朝鑄件方向的氣體侵入鋼液中,尤其是澆注系統為頂注式或階梯式,氣體在冒口正下方位置隨著鋼液粘度的增大,而停留在某一高度,較終表現為氣孔,出現在冒口的正下方的鑄件內。

2.1.4水玻璃砂芯中的水分

采用水玻璃砂芯有利于防止裂紋,但在排氣不暢時,會導致氣孔缺陷。水玻璃砂芯并不整體烘干,而是吹CO2硬化放置24h后澆注,鋼液充滿型腔的過程中,砂芯中的水分侵入周圍的鋼液,并隨鋼液上浮當砂芯頂部周圍上箱排氣不暢時,氣體容易集中在鑄件與砂芯的交界面上,導致鑄件內孔頂部圓周出現間斷性的氣孔。
2.2析出型氣孔酯硬化堿性酚醛樹脂不含N、S、P等有害元素,鋼液中S、P含量控制在0.03%以下,不存在因析出氮引起的氣孔,但由于爐料潮濕、污銹等因素導致鋼液中產生氣體,亦可能在鑄鋼件上產生彌散分布的析出性氣孔。
2.3反應性氣孔

鑄鋼件很容易產生這種氣孔缺陷,形成的根本原因是冶煉時鋼液脫氧不良。氣泡是在鋼液凝固時期形成的,因此難于上浮,排除掉。氣泡形成于固液界面前的液相中,因此隨著固液界面向鑄件中心的推進,界面前的液相中會不斷地產生新的、成群的CO氣泡而導致這種氣孔缺陷,極易成為彌散性氣孔。
此外,鑄件外表面直接與外冷鐵接觸處產生的表面氣孔也屬反應性氣孔。其形成原因很多,外冷鐵表面有油污或小坑;水汽在外冷鐵表面凝結成水珠;涂料中發氣物質過多等,都易在冷鐵位置出現氣孔缺陷。

3避免氣孔缺陷的措施

(1)增強砂型透氣性。除了砂型本身所具有一定透氣性外,應人工增強砂型透氣性,比如可在上型遠離冒口和冒口之間扎出氣孔,但下型排氣孔不要扎透,以免澆注漏底。

(2)控制砂鐵比。酯硬化堿性酚醛樹脂砂生產鑄鋼件,合理的砂鐵比應控制在31~41。為了達到這種效果,選用合適大小的砂箱非常重要,控制吃砂量,回轉體鑄件較好選用圓形砂箱,使用方形砂箱,可在砂箱的角落用砂塊填充,保證均勻的吃砂量,增強砂型透氣性。

(3)選用合格的造型材料。使用干燥的保溫冒口套;制成的鑄鋼、鋼材或鑄鐵外冷鐵務必拋丸處理,清除鐵銹和油污。清理后應在其工作表面涂敷保護層,并在干燥的地方保存,外冷鐵避免重復多次使用,冷鐵工作面應光潔、隨形。

(4)砂芯排氣。對于全樹脂新砂較小砂芯,可以采用中間放置排氣繩加強排氣,對于尺寸較大砂芯應制成中空狀,不僅增強了砂型透氣性,而且節約用砂、樹脂和固化劑等材料,降低生產成本;如果用吹CO2硬化水玻璃砂芯,較好將砂芯烘干。但芯頭處一定設置暢通的排氣通道,以便砂芯中的氣體快速排出型外。(5)合理設置澆注系統。酯硬化堿性酚醛樹脂砂,以采用開放底注式澆注系統為主,保證充型平穩,澆注系統使用耐火材料制成的各種管件,避免在砂型上直接開設澆注系統。
(6)鋼液中的氣體。冶煉爐料一定要干燥、無銹污,防止因爐料潮濕、油污產生氣體,鋼液要充分脫氧。
4結語

(1)酯硬化堿性酚醛樹脂砂生產的鑄鋼件氣孔缺陷統計表明,氣孔類型主要是侵入氣孔。

(2)減小再生樹脂砂灼燒減量,合理控制粘結劑加入量,從而降低樹脂砂發氣量。

(3)合理設置砂型、砂芯排氣孔,使氣體及時排出型外。采取中空砂芯、保證適當吃砂量,提高砂芯、砂型透氣性。

(4)嚴格控制爐料、冷鐵、保溫冒口套、澆注系統的質量,避免起副作用。 青島拋丸機 生產廠家青島淳九整理

參考文獻

[1]于新成,現代鑄造廠鑄件質量控制與缺陷防治新技術、新標準[M].北京:當代中國音像出版社,2004.546