白铜铸锭中缺陷的分析与解决

白铜铸锭中缺陷的分析与解决

常见的白铜品种主要有b10和b10。其突出特点是抗海水污染能力强、抗海洋生物污染特性和焊接能力强。广泛应用于船舶制造行业的滨水管道系统、发电设备的预处理、海水淡化管道和盐生产。白铜合金在铸造过程中会出现各种铸造缺陷,主要有偏析、裂纹、冷隔、流爪、冷隔、气孔等,因而严重影响了材料的性能及在后续生产中产品的成材率。对生产中出现上述缺陷的成因及解决措施进行研究,具有现实意义。1铸造工艺对质量缺陷的影响白铜合金铸造产品主要为铸锭,本文以常用的ϕ295mmB10白铜圆铸锭为例,探讨常见的白铜铸造缺陷及铸造工艺对质量缺陷的影响。铸锭采用有芯工频感应炉熔炼——立式半连续铸造工艺生产,生产铸锭所用结晶器高度为280mm,铸锭长度为3000mm。冷却水压0.01—0.15MPa,铸造速度为2—5m/h。铸造温度一般控制在1200—1500℃。铸锭的浇注过程如图1所示。2白铜铸造的一般缺陷在白铜铸锭生产中常出现的缺陷包括偏析、裂纹、气孔、缩孔与疏松、冷隔和流爪等。(1)分析化学成分的分布不均匀现象称为偏析。铸锭中的偏析主要是比重偏析,表面及表层反偏析和带状偏析。(2)中间裂纹产生缺陷裂纹可分热裂纹和冷裂纹。热裂纹是破坏铸锭组织连续性的开裂现象。冷裂纹是在金属完全凝固后产生的裂纹。中间裂纹是半连续铸造过程中经常出现的缺陷。中间裂纹即铸锭中部有微小裂纹,一经出现,材料就不能进入下一道工序,只有回炉重熔。出现中间裂纹很大部分是铸造冷却水压和拉速控制不严所致。(3)混悬液的结晶气孔是由残存在铸锭中的气体形成的圆滑的孔洞。皮下气孔的形成原因与结晶速度和覆盖剂有关。如果白铜合金吸氢过量,过饱和的氢则在结晶前沿的边界层上析出,吸附于枝晶和夹杂物微粒上并聚集成泡,或者进入枝晶间的缩孔或缩松中,不能上浮溢出而成为铸锭中的气孔或针孔。(4)铸造过程结构金属在凝固过程中,由液态收缩和凝固收缩引起的孔洞。尺寸较大且集中的孔洞称为缩孔;尺寸较小而分散的孔洞称为疏松。铸造过程中,晶体以枝晶状生长,当枝晶较多相互搭接形成骨架后,剩余液体逐渐被分割和封闭起来。此部分液体在凝固收缩时若得不到补充,便形成疏松。(5)冷隔水铸坯冷隔在铸锭中亦经常出现,铸锭表皮发生重叠的现象,称为表面冷隔。在下一道工序加热铸坯时出现烧不红,而两头红的现象,造成挤压坯料有缺陷。冷隔严重地破坏了铸锭组织的连续性,易使铸锭及加工制品开裂,应极力避免。(6)流爪铸锭上有流爪就是所谓的拉漏现象。它是在铸锭还未冷却完全时,就已经脱出结晶器,故合金液淌出来所致。3技术分析3.1铸造温度的确定提高铸造温度,使铸锭晶粒化倾向增加。其他条件不变时,在一定范围内提高铸造温度,铸锭液穴变深,结晶前沿温度梯度变陡,结晶时冷却速度大,晶内结构细化。但提高铸造温度,液穴变深,柱状晶形成倾向增大,合金的热脆性增加,裂纹倾向变大。随着铸造温度的提高,铸锭的凝壳壁变薄,在熔体静压力作用下易形成拉裂、偏析物浮出等缺陷,但形成冷隔倾向降低。降低铸造温度,熔体黏度增加,补缩条件变坏,疏松、冷隔缺陷增多。选择铸造温度应保证熔体在浇注过程中有良好的流动性,根据铸造降温冷却情况、铸锭规格、流量等因素来确定。一般来说,铸造温度应比合金液相线温度高50—110℃。ϕ295mmB10白铜铸锭在冷却水压力0.05—0.08MPa,铸造速度为3m/h的工艺条件下,铸造温度对白铜铸锭质量缺陷影响如表1所示。在生产实践中,通过表1可以发现较低的温度会出现较多的冷隔、缩孔与疏松等缺陷,温度较高时则会出现气孔、流爪等缺陷,偏析、裂纹也会较多。在铸造冷却水压和铸造速度比较合适的情况下,B10白铜铸锭的裂纹倾向一般较低,为保证铸锭有良好的排气补缩能力,提高致密度,一般选择铸造温度稍高。但B10合金在固相线附近的温度范围内(1100℃),塑性极低呈脆性,当铸锭内应力超过金属的强度时易发生热裂。如果铸造温度过低,粘度变大则易造成冷隔缺陷;铸造温度较高也容易有流爪出现。在保证顺利凝固的条件下,适当提高铸造温度可减少和防止缩孔和疏松。3.2铸造冷却水压对白铜铸锭质量质量缺陷的影响冷却水压是表征铸造结晶冷却速度的生产参数,冷却水压大,则白铜铸锭冷却速度较快,反之,则冷却速度较慢。选择合适的铸造冷却水压,对白铜铸锭产品的内部质量和外部表面质量控制非常重要。一般来说,铸造冷却水压的范围为0.01—0.15MPa。还以ϕ295mmB10白铜铸锭进行试验,铸造温度为1300—1400℃,铸造速度为3m/h的工艺条件下,铸造冷却水压对白铜铸锭质量质量缺陷影响如表2所示。在实践生产中,通过表2可以发现较小的铸造冷却水压会出现较多的流爪、缩孔与疏松缺陷,较大的铸造冷却水压则会出现裂纹、气孔缺陷,偏析、缩孔与疏松也会较多。只有冷隔较少受到影响。冷却水压对铸锭是否出现裂纹缺陷有影响,中间裂纹是生产中的一大缺陷,要消除中间裂纹,必须注意水冷却的合理控制。出现中间裂纹很大部分是拉铸时冷却水压过高和拉速控制不严所致。铸造冷却水压较大时,铸锭表面冷却快,而内部补缩不及时,液体中的气体来不及排出,则中间裂纹将会出现,如果铸造速度加快,则裂纹缺陷更加明显。随着冷却水压力增大,铸锭液穴变浅,过渡带尺寸缩小,使金属补缩条件得到改善,减少或消除了铸锭中的疏松、气孔等缺陷。随着冷却水压的增大,铸锭结晶速度提高,内部组织更加细化,铸锭致密度提高,但是,铸造冷却水的压力继续增大冷却水的冷却速度继续加快,晶内偏析反而越严重。拉漏导致出现流爪质量缺陷的主要原因之一便是冷却水冷却速度和效果不好。解决此问题的方法是加大冷却强度或冷却水压。3.3铸造速度的控制连续铸造时,单位时间铸锭成形的长度称为铸造速度。铸造速度的快与慢对铸锭裂纹、铸锭表面质量、铸锭组织和性能有很大影响,在保证铸锭质量的前提下,应采用最高的铸造速度。铸造速度的选择是依据所生产合金的特性与铸锭截面尺寸而定。选择合适的铸造速度,对白铜铸锭产品的内部质量和外部表面质量控制同样重要,ϕ295mmB10白铜铸锭的半连续铸造速度范围一般为2—5m/h。在铸造温度为1300—1400℃,铸造冷却水压为0.05—0.08MPa的工艺条件下,铸造速度对白铜铸锭质量质量缺陷影响如表3所示。经过试验,从表3可以发现铸造速度较低时会出现较多的偏析、裂纹、冷隔缺陷,较大的铸造速度则会出现气孔、缩孔与疏松、流爪等缺陷,热裂纹也会较多。在白铜铸锭生产过程中,一般规律是提高铸造速度时,出现热裂纹倾向较大,特别是中间裂纹容易出现,降低铸造速度时,出现冷裂纹倾向性较大。铸造时要注意对铸造速度的控制,不宜太快,以免排气不及时。气体逸出速度大于或等于结晶速度时,气体就不会在铸锭中形成气孔,但如果出气速度小于结晶速度时,气体就会包含在晶体中,亦即形成了中间气孔。若铸造速度较慢时,也会出现冷隔缺陷,控制冷隔需要提高铸造速度;解决流爪问题的方法是降慢引锭的铸造速度。3.4mmb0白铜铸锭的铸造工艺试验表明,选择合适的铸造工艺对提高白铜铸锭质量相当关键,通过选择合适的工艺,白铜铸锭的质量缺陷得到了有效地控制,产品成品率得到显著提高。在生产实践中,ϕ295mmB10白铜铸锭的最佳生产工艺条件为:冷却水压0.04—0.08MPa,铸造速度为3m/h,铸造温度控制在1300—1400℃范围内。图2、图3为该工艺条件下生产的B10白铜铸锭金相照片。从图2可以看出,铸锭边部均为细小的等轴晶,心部等轴晶较粗,过渡区为柱状晶,宏观组织无缺陷,宏观组织内部质量良好;图3表明,铸锭微观组织呈树枝状偏析的α固熔体上分布着细小黑色的Fe、Mn化合物颗粒,无微观组织缺陷,微观组织质量良好。4铸造工艺研究白铜锭的缺陷多而