《铸造工艺及设计》-第 ６ 章　铸件缺陷的分析与防止

６.１铸件质量的评判等级６.１.１铸件质量分类铸件质量并不是单一标准，它包括使用性能、外观质量、尺寸精度、形状要求等许多方面，因此，根据铸件质量等级划分通用原则ＪＢ／ＪＱ８２００１—１９９０，铸件质量分为合格品、一等品、优等品三个等级。三个等级的共同点是：铸件的外观质量和内在质量符合现行国家标准。三个等级铸件质量要求存在差别，合格品的要求是：“铸件质量达到标准的规定，铸件生产过程质量稳定，用户评价铸件质量满足使用要求。”一等品的要求：“铸件质量达到工业发达国家２０世纪７０年代末８０年代初的水平，用户评价铸件质量达到国内先进水平。”优等品的要求是：“铸件质量达到国际同类铸件的当代先进水平，生产过程质量稳定，用户评价铸件质量达到国际水平，并在国际市场上有竞争能力。”下一页返回６.１铸件质量的评判等级６.１.２铸件缺陷分类根据铸件质量等级划分通用原则ＪＢ／ＪＱ８２００１—１９９０，铸件质量等级以外的产品为不合格品，铸件如果不能达到需方订货合同规定的要求也属于不合格品，不合格品可分为废品、次品、返修品和回用品等。废品：不符合规定要求且不能正常使用的产品，或其缺陷无法修补，既使能修补但费用过高的不合格品。次品：铸件虽存在缺陷但可满足主要使用性能的产品。返修品：铸件缺陷可修补且其修补费用在合理范围的不合格品。回用品：无使用价值，只能作为炉料重新回收熔化后使用。上一页下一页返回６.１铸件质量的评判等级６.１.３铸件生产工艺过程质量指标１.铸件废品率在规定的时间内，铸件废品量占所有铸件（废品量和合格品量之和）的比例称为铸件废品率，用公式表示为废品率是企业生产废品多少的判断依据，不能反映铸件质量指标，可以衡量企业的技术和管理能力，它直接反映企业的生产成本。２.铸件成品率合格铸件总质量占所投入的金属炉料总质量的比例称为铸件成品率，用公式表示为上一页下一页返回６.１铸件质量的评判等级铸件成品率可以衡量企业的铸造技术水平，也可反映金属炉料的利用率。３.工艺出品率铸件毛坯质量占铸件在落砂并清砂后未去除浇冒口时的质量的比例称为工艺出品率，用公式表示为铸件毛坯质量是指铸件在清理并去除浇冒口和补贴后的铸件质量。工艺出品率反映企业铸造生产效益，也是衡量铸造工艺是否合理的指标之一。上一页下一页返回６.１铸件质量的评判等级６.１.４铸件缺陷分类１９９８年，我国对铸件缺陷名词术语进行了统一定义，根据ＧＢ／Ｔ５６１１—１９９８，铸件缺陷分为多肉、冷隔、孔洞、裂纹、表面缺陷、残缺、形状及质量、夹杂和性能组织成分不合格八大类共５２种，如表６－１所示。上一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施６.２.１气孔的形成原因与防止措施根据形成的机理，气孔可分为侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔三种。１.气孔产生的原因（１）浇注条件方面：浇注温度低，溶解在金属液中的气体析出后在金属液凝固之前来不及逸出，形成的气体留在基体中形成气孔；浇注时有断流现象，气体卷入后未排出。（２）原料方面：炉料潮湿、锈蚀、油污或涂料带有易产生气体的成分，型砂水分高。（３）砂型（芯）方面：湿砂型紧实度过高导致排气能力差；型芯未烘干、存放时间过长返潮或排气不良。下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施（４）使用设备及工具方面：出铁液槽和浇包未烘干，除渣工具未清理。（５）工艺设计方面：浇冒口设计不合理，压头高度不够，排气不畅。２.防止措施（１）浇注条件方面：提高浇注温度，浇注前静置金属液，浇注过程尽量平稳且连续，避免金属液过度氧化和吸气。（２）原料方面：烘干炉料，并除锈、去油污，使用的工具需清理、烘干，型砂水分应在合理范围内取下限值。（３）砂型方面：砂型紧实度应适中，型芯应烘干，烘干后的型芯不要存放过长时间。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施（４）使用设备及工具方面：使用后清理出铁液槽、浇包和其他工具，使用前应烘干。（５）工艺设计方面：浇冒口设计应避免卷气，并考虑排气问题；压头高度应提供足够的充型压力，在气体难以排出部位设置排气冒口。６.２.２缩陷、缩松、缩孔的形成原因及防止措施１.形成原因（１）合金的液态和凝固收缩大于固态收缩且在凝固期间得不到足够的金属液补充。（２）浇注系统与冒口的设计不合理，其余铸件的连接位置不正确。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施（３）铸型刚度低，在铸铁析出石墨膨胀时型壁移动使型腔扩大。２.防止措施（１）设计冒口以提供足够的金属液补缩。（２）合理设计浇注系统和冒口的大小、位置以及与铸件的合理连接。（３）提高铸型刚度，在型砂中加入足够的黏结剂，提高铸型紧实度。６.２.３冷裂和热裂的形成原因及防止措施１.形成原因（１）铸件壁厚差别大且无过渡，冷速不一致，收缩受阻产生应力集中。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施（２）铸件含磷量高，脆性较大，冷却时易产生冷裂；铸件含硫量高，在晶间形成低熔点化合物，冷却过程中易形成热裂。（３）铸型退让性较差，铸件收缩受阻，残留压力过大。２.防止措施（１）铸件壁厚均匀，厚壁与薄壁之间应自然过渡。（２）提高合金液的熔炼质量，降低杂质含量。（３）在型砂中加入木屑或采用有机黏结剂，以提高铸型的溃散性；改进铸件结构，合理设计浇注系统，以降低铸件收缩阻力。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施６.２.４冷隔、夹砂结疤的形成原因及防止措施１.形成原因（１）冷隔：金属液浇注温度低，流动性差；浇注系统设计不合理，压头过小。（２）夹砂结疤：型砂紧实度不均匀，抗夹砂能力差。２.防止措施（１）冷隔防止措施：提高浇注温度；合理布置浇注系统，增大压头高度和内浇道截面积。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施（２）夹砂结疤防止措施：在型砂中加入煤粉、沥青、重油、木屑等以减少砂型膨胀力；湿型砂使用优质膨润土以提高湿型强度，采用较粗的砂粒以提高砂型透气性；型砂水分取下限，并快速充型，以减少金属液对砂型的冲刷时间。６.２.５粘砂、夹杂的形成原因及防止措施１.形成原因（１）粘砂：金属液温度过高，与造型材料作用时间较长，铸件表面的氧化物与造型材料发生化学反应形成低熔点化合物；造型材料的耐火度较低，在高温金属液作用下发生化学变化。（２）夹杂：浇注前金属液的浮渣未清理彻底，浇注系统挡渣能力差。上一页下一页返回６.２铸件常见缺陷的形成原因分析与防止措施２.防止措施（１）粘砂防止措施：降低浇注温度，减少金属液与铸型的作用时间；选用高耐火度的造型材料；提高砂型的紧实度，在铸铁件湿型砂中加入煤粉、重油、沥青等以提高型砂的还原性。（２）夹杂防止措施：浇注前加入除渣剂除渣，采用清理干净的浇包；合理设计浇注系统，并设置集渣包和挡渣效果较好的横浇道。上一页返回６.３铸件缺陷的修补方法对于存在缺陷的铸件，如果修补成本较低，且在修补后可满足使用性能要求，则应尽量修补后使用，以提高铸件的合格率，降低企业生产成本。修补铸件缺陷的方法较多，应根据铸件的缺陷类型选择相应的修补方法。表６－２所示为铸件缺陷的修补方法。６.３.１焊接法对于铸件的气孔、缩孔、裂纹和冷隔等缺陷，均可通过焊接方法修补。按焊接前对铸件是否预热，焊接方法可以分为热焊和冷焊两类。１.热焊焊接前将铸件预热到６００℃左右，然后快速焊接后缓慢冷却的方法称为热焊。热焊后得到的组织为灰口组织，通常用热焊修补铸件加工面的缺陷。下一页返回６.３铸件缺陷的修补方法２.冷焊对铸件修补的部位不进行预热直接焊接的方法称为冷焊，冷焊方法常用于修补铸件不重要的非加工面上的缺陷。冷焊方法操作简单，对于焊接操作者劳动条件好。焊接修补的注意事项：（１）被焊接部位应该开坡口，坡口内应清理干净。（２）对于裂纹的修补，为避免裂纹的扩展，焊接修补前在裂纹的首、末端５～１０ｍｍ处钻出直径８ｍｍ的止裂孔。（３）对于具有形状要求的铸件修补部位，热焊时在缺陷处造型以防止金属液流失。上一页下一页返回６.３铸件缺陷的修补方法６.３.２浸渗修补对于在温度低于２５０℃的压力下工作的铸件，如果有渗漏出现，而渗漏不能进行焊接修补，则可考虑采用浸渗方法修补。浸渗方法是将黏度较高的浸渗剂渗入铸件孔隙后使其与铸件结合为整体而堵塞漏点的方法。浸渗修补使用的浸渗剂有水玻璃型浸渗剂、合成树脂型浸渗剂和厌氧型浸渗剂三种。１.浸渗剂种类（１）水玻璃型浸渗剂：主要组成为水玻璃和细颗粒金属或非金属氧化物，常用于修补直径小于０.１５ｍｍ的孔隙，直径大于０.１５ｍｍ的孔隙需多次浸渗修补。水玻璃型浸渗剂的优点：价格低，工艺简单，在常温下固化，修补后耐热、耐蚀性好。水玻璃型浸渗剂的组成如表６－３所示。上一页下一页返回６.３铸件缺陷的修补方法（２）合成树脂型浸透剂：使用合成的高分子化合物作为浸渗剂，可修补直径小于０.２ｍｍ的孔隙，其修补后的铸件耐蚀，并可承受一定压力，但固化时需在１３５℃左右烘干１～２ｈ，同时需强制通风以降低浸渗剂散发的有毒气体。（３）厌氧型浸渗剂：厌氧型浸渗剂修补缺陷浸渗性好，用量少，储存周期长，可用于铁、铝、铜等不同金属的缺陷修补，但修补后铸件使用温度小于１５０℃。我国生产的厌氧型浸渗剂有Ｙ－５０、ＧＹ－３４０、ＺＹ－８０１、ＺＹ－８０２、铁猫３５０等类型。上一页下一页返回６.３铸件缺陷的修补方法２.浸渗修补方法（１）整体浸渗修补：将清洗后除去水分的铸件放入浸渗罐内，罐内抽真空使压力小于５ｋＰａ时加入浸渗剂并淹没铸件静置５ｍｉｎ左右，通入０.６ＭＰａ的压缩空气保压２０ｍｉｎ后取出铸件，清洗表面的残余浸渗剂即可。（２）局部浸渗法：使用的浸渗剂为厌氧型，具体工艺为对修补的渗漏点使用氧气－乙炔喷烧，修补部位的温度不能高于２００℃，使用棉球将厌氧胶渗入修补部位，２４ｈ固化后进行耐压试验，如无渗漏则修补成功。上一页下一页返回６.３铸件缺陷的修补方法６.３.３填腻修补填腻修补使用的腻子种类较多，需根据缺陷部位的使用要求来配置使用。修补时清理干净缺陷处后将腻子压入并修平，待完全固化后即可。表６－４所示为环氧树脂黏结剂填腻修补的配方及工艺。６.３.４熔补法熔补法原理：利用高温金属液将铸件缺陷部位的表面熔化，使缺陷表面与金属液熔合凝固后得到所需的形状。熔补法常用于修补铸件上浇不到或其他尺寸残缺较大的缺陷。熔补法工艺过程如下：（１）熔补前需将被修补的残缺部位清理干净，并在残缺部位造好砂型。因为需要用高温金属液加热被修补部位，所以需留出金属液的出口以及盛放流出金属液的聚集槽。上一页下一页返回６.３铸件缺陷的修补