鑄鋼件氣孔缺陷的分析及預(yù)防

肖貴玉

摘 要： 隨著鑄鋼件加工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，將各類現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用到加工領(lǐng)域，使多種高精專業(yè)加工方式轉(zhuǎn)化為流水線形式，這樣可以有效提升行業(yè)綜合實(shí)力。尤其是鑄鋼件的高精度批量生產(chǎn)，對工業(yè)領(lǐng)域起到良好的推動(dòng)作用。然而，在當(dāng)前鑄鋼件加工過程中，非常容易產(chǎn)生各類氣孔缺陷，從而對零件質(zhì)量造成影響?；诖?，文章針對鑄鋼件氣孔缺陷問題進(jìn)行分析，并且提出相應(yīng)的防治措施。希望對相關(guān)從業(yè)人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：鑄鋼件 氣孔 缺陷 防治

1 前言

鑄鋼件在澆注成形過程中，其腔內(nèi)會存在大量氣體，這些氣體來源于鑄鋼件腔中滯留的空氣，并且在澆注加工過程中形成砂型與砂芯，同時(shí)材料在鋼液熱作用下產(chǎn)生的氣體，因此在操作不規(guī)范時(shí)非常容易形成各類問題，在鑄鋼件中產(chǎn)生氣孔或澆不足等缺陷，甚至報(bào)廢。所以為提升鑄鋼件的加工質(zhì)量與效率，需要從多角度入手，針對鑄鋼件氣孔缺陷的形成原因進(jìn)行分析，并且制定針對性的解決措施，對鑄鋼件生產(chǎn)制造行業(yè)的良好發(fā)展具有重要意義。

2 鑄鋼件氣孔缺陷類型分析

鑄鋼件的氣孔缺陷還可以成為起眼，是熔模鑄造過程中的主要質(zhì)量問題，由于鑄鋼件在制造生產(chǎn)中會受到諸多因素的影響，例如氣流、溫度等，這些都會對鑄鋼件的內(nèi)部與表層造成一定的侵害。此外，鑄鋼件的氣孔缺陷大小不等，形狀各異，不僅存在聚集性的氣孔群，而且還有單個(gè)的氣孔，在顏色方面鑄鋼件的氣孔多為白色，而且孔壁光滑。

通過對鑄鋼件氣孔缺陷的形成機(jī)理進(jìn)行分析，能夠?qū)澐譃榉磻?yīng)型、卷入型、侵入型以及析出型等，具體如下：

（1）侵入型氣孔指的是鑄鋼件在澆筑過程中，金屬液體在熱作用下產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致水分與粘結(jié)劑之間的比例失調(diào)，同時(shí)氣體變化會對分解與燃燒過程造成影響，最終導(dǎo)致零件腔內(nèi)氣體在表面聚集，當(dāng)氣體無法從正確途徑析出時(shí)便會殘留到鑄鋼件表層，形成表層空洞。

（2）析出型氣孔指的是金屬液體中溶解的氣體，由于受到外在因素的影響，會導(dǎo)致溶解速度產(chǎn)生變化，這時(shí)在凝固冷卻環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量氣體。析出型氣孔缺陷的尺寸較小，而且數(shù)量眾多較為密集，經(jīng)常表現(xiàn)為橢圓形與針狀，會大面積附著在鑄鋼件表面。

（3）反應(yīng)型氣孔指的是金屬液體成分間產(chǎn)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致鑄鋼件表面產(chǎn)生氣孔缺陷。這種氣泡多出現(xiàn)于表皮下1mm 至3mm 之間，在找尋環(huán)節(jié)需要借助熱處理措施，而且反應(yīng)型氣孔多為針孔方向垂直于表面，不會對鑄鋼件內(nèi)部孔壁的光滑性造成明顯影響。

（4）卷入型氣孔指的是零件在充型與澆筑過程中，金屬液體會摻雜一定的多余氣體，當(dāng)氣體在無法有效排出時(shí)便會殘留到鑄鋼件內(nèi)。此類缺陷通常氣孔較大，多為圓形與橢圓形，并且位于鑄鋼件的中上區(qū)域。

3 鑄鋼件氣孔缺陷檢查方式

3.1 產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境

鑄鋼件的生產(chǎn)制造類型屬于低合金鑄件，采用中溫蠟硅溶膠鑄造技術(shù)，在針對零件表層與過渡層進(jìn)行處理時(shí)采用莫來砂、鋯英砂等物質(zhì)，這樣不僅能夠起到一定的粘結(jié)作用，而且有助于零件表層的加固處理。通常鑄鋼件的加工制造溫度為1150℃左右，熔爐煉頻為中等，由于在加工過程中會受到各類因素的影響，容易在表層與內(nèi)部形成大量氣孔，因此氣孔廢品率較高，會對企業(yè)的利潤效益造成影響。

3.2 產(chǎn)品樣品收集與制備

本研究在開展過程中針對100 件鑄鋼件廢品進(jìn)行綜合分析，采用專業(yè)方式對氣孔表面形式進(jìn)行檢測，之后將其投入到鹽酸水溶液中，這樣可以更加明顯的體現(xiàn)出氣孔形成與程度，此后采用酒精棉對鑄鋼件表面進(jìn)行擦拭處理，對氣孔缺陷進(jìn)行著色探傷檢測。

3.3 產(chǎn)品缺陷鑒別方式

通過對鑄鋼件氣孔缺陷問題與處理措施進(jìn)行研究，了解到常見的氣孔缺陷為侵入型、析出型以及卷入型等，零件表面的氣孔形狀與深度會受到綜合因素的影響。同時(shí)在侵入型氣孔的鑒別過程中，鑄鋼件表面只發(fā)現(xiàn)極少的氣孔缺陷，然而在表皮下部卻存在大量氣孔。

4 鑄鋼件氣孔缺陷檢查結(jié)果及防治措施

4.1 鑄鋼件氣孔缺陷檢查結(jié)果

在100 件鑄鋼件廢品中，存在侵入型氣孔缺陷的為78 件，占據(jù)78%;存在卷入型氣孔缺陷的為13 件，占據(jù)13%，存在析出型氣孔缺陷的為9 件，占據(jù)9%。能夠看出鑄鋼件中的氣孔缺陷的常見類型為侵入型，這類氣孔的孔徑較大，在加工過程中容易受到諸多因素的影響。而析出型氣孔的孔徑較小，在加工過程中時(shí)受到的影響相對較小。因此，應(yīng)該重點(diǎn)針對侵入型氣孔缺陷進(jìn)行分析，根據(jù)其形成機(jī)理制定相應(yīng)的預(yù)防策略。

4.2 鑄鋼件氣孔缺陷形成原因分析

4.2.1 侵入式氣孔缺陷問題

鑄鋼件在澆筑過程中，鋼液在熱作用下會產(chǎn)生揮發(fā)物質(zhì)，并且導(dǎo)致鑄鋼件外壁與鋼水之前產(chǎn)生氣體，當(dāng)外部壓力符合一定條件時(shí)，就會使氣體侵入到鑄鋼件內(nèi)部，這樣在鋼液凝結(jié)后就會附著大量氣泡。此外，當(dāng)鋼液中的氣泡在鋼水的持續(xù)熱作用下，也會產(chǎn)生體積膨脹，這時(shí)當(dāng)鑄鋼溶液未能及時(shí)凝固時(shí)，氣泡也會產(chǎn)生上浮與溢出的問題。反之，當(dāng)外部壓力較低時(shí)，鋼水會停止侵入氣泡，進(jìn)而形成侵入型氣泡。造成鑄鋼件產(chǎn)生透氣性的原因具體如下：

（1）粘結(jié)劑類型與加工方式存在偏差，當(dāng)鋼液的整體加工溫度達(dá)到一定范圍時(shí)，需要投放適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑，這樣可以提升鑄鋼件的綜合質(zhì)量與強(qiáng)度，但是粘結(jié)劑會對鑄鋼件的收縮能力造成影響，這樣便導(dǎo)致部分侵入式氣泡無法有效排出。（2）耐火性材料類型，由于鑄鋼件的通透性會與加工溫度形成直接關(guān)系，因此在型殼材料相同的基礎(chǔ)上，當(dāng)加工溫度較低時(shí)便會導(dǎo)致鋼液無法順利排出潛在氣泡，只有當(dāng)加工溫度達(dá)到正常范圍內(nèi)時(shí)，才能將氣體排出。（3）焙燒時(shí)間與溫度對型殼造成的影響，當(dāng)焙燒溫度較高時(shí)，鑄鋼件的透氣性會隨之提升，這時(shí)由于在高溫狀態(tài)下，型殼體積會產(chǎn)生膨脹反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生裂紋、在針對侵入式氣孔缺陷進(jìn)行預(yù)防時(shí)，需要對型殼質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，不澆筑受潮型殼，只針對熱殼進(jìn)行澆筑，這樣在型殼充分干燥的過程中可以排出大量氣體，避免形成涂料堆積。此外還要快速處理冒口、蠟液以及凝固作業(yè)，盡量減少型殼層數(shù)，這樣能夠?qū)π蜌さ耐俗屝耘c透氣性進(jìn)行雙重提升。

4.2.2 卷入式氣孔缺陷問題

鑄鋼件在澆筑過程，其型腔系統(tǒng)會被大氣占據(jù)，并且在澆筑過程中，材料的成型還會卷入一部分的氣體，當(dāng)氣體無法在后期有效排出時(shí)將會殘留到鑄鋼件中，雖然卷入型氣體的生成方式比較被動(dòng)，而且此類氣孔缺陷的形狀較小，但是與侵入型氣孔的主動(dòng)形式相比較，其自身也具備填充速度快的特點(diǎn)，在合理的澆筑時(shí)間內(nèi)無法有效排盡內(nèi)部氣體，這樣便會形成卷入氣孔。

此類型氣孔缺陷的預(yù)防措施為針對鑄鋼件的排氣功能進(jìn)行調(diào)整，要從材料選擇層面入手，禁止使用高合金鋼與不銹鋼，這樣可以避免銹蝕現(xiàn)象，同時(shí)防止形成氧化物或?qū)е潞瑲淞枯^多而影響鑄鋼件的綜合質(zhì)量。

4.2.3 析出式氣孔缺陷問題

鑄鋼件的析出型氣孔缺陷還分為過溶、反應(yīng)等類型，具體如下：首先是過溶類型，由于鑄鋼件在加工過程中會受到外界壓力的影響，并且在表層析出一定程度的氣泡，這樣當(dāng)二者的壓力超出外界壓力時(shí)，便會在凝固過程中產(chǎn)生氣孔缺陷。其次是反應(yīng)析出氣孔，此類氣孔缺陷是由于液體金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后所導(dǎo)致的，其中氧的影響最大。如果在不脫氧的情況下進(jìn)行澆筑作業(yè)，將會導(dǎo)致一氧化碳?xì)馀菀绯?，?dāng)鋼液中氧化情況比較明顯時(shí)，則一氧化碳壓力會超過外界壓力的臨界點(diǎn)，這樣也會導(dǎo)致型殼內(nèi)部氣體的大量溢出，然而隨著氣體的溢出，內(nèi)部壓力會逐漸降低，最后當(dāng)無法繼續(xù)排氣時(shí)，將會導(dǎo)致鑄鋼件表面產(chǎn)生氣孔缺陷。此類氣孔的預(yù)防措施為保證鑄鋼件澆筑過程中的內(nèi)外部壓力，通過對壓力差進(jìn)行調(diào)整控制，以此來有效控制型殼內(nèi)部的氣體析出現(xiàn)象。

5 結(jié)論

綜上所述，鑄鋼件氣孔缺陷問題是一種比較常見的質(zhì)量問題，由于零件的加工制造中受到多方面因素的影響，導(dǎo)致力學(xué)性能產(chǎn)生細(xì)微變化，這些都會反映到零件質(zhì)量上。因此，為規(guī)避這種加工質(zhì)量問題，需要從本質(zhì)環(huán)節(jié)入手，對鑄鋼件氣孔缺陷的形成原因展開分析，這樣才能合理提升零件生產(chǎn)效率。本文通過對鑄鋼件氣孔缺陷類型與檢查方式進(jìn)行闡述，并且重點(diǎn)對侵入式氣孔缺陷、卷入式氣孔缺陷以及析出式氣孔缺陷進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，可以有效提升鑄鋼件生產(chǎn)制造企業(yè)的利潤效益。

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