1、铸钢缩孔气孔不 良 分 析 改 善,铸钢件气孔的成因及防治 1.铸钢气孔的形态及类型: 铸件中的气孔根据其气体来源分为：侵入性气孔.析出性气孔.反应性气孔。 这些气孔有圆球状、扁圆形和不规则形状。 针状气孔和缩松可认为是析出性气孔的一种变态形式。不同类型的气孔分布位置不同。一般来说，因钢水含气量大而产生的析出性气孔分布于铸件的厚大部位、热节处和冒口下等处，且分布密集，由于其分布的特点，这种缺陷往往难于消除和修复。因型砂干燥不良、含水量高而产生的侵入性气孔分布于铸件表面下一定深度的地方。这类气孔是由水蒸汽(H20 ) 和金属液内的炭(C) ,合金元素以下金属液自身含有的气体，这种气体有的以原子状
2、态存在(O) ，有的以分子状态存在(C02,CO, H,0 , 02) 发生化学反应后形成的。这种气体在钢液中能够稳定存在，由于没有及时上升排除，进而形成气孔。带有皮下气孔的铸件可用消除后焊补的办法修复，但由于这种缺陷分布面积大，往往给清理修复工作带来很大麻烦，增加了铸件的成本。,2.气孔缺陷的形成原因: 工艺及设计方面的原因: 芯头设计过小，排气不畅，气体进入型腔形成气孔。因为来自砂芯的气体没有通过芯头排除，而是富集于芯子周围的铸件中。另外，铸件本身形状扁薄，浇注位置低，直浇口不够高，金属液静压头小，气体不易外排而外界气体易进入金属液，就会形成气孔。 砂箱及附具方面的原因: 箱带及箱壁距型壁
3、过近，即吃砂量小，或一箱多件，相互太近，都会造成砂型太薄，妨碍气体流动，排气困难。如果上箱太浅，金属液压头不够，也容易发生气孔。因为金属液对型壁与芯子的压力与金属液的内部静压力成正比，即与直浇口或冒口的高度成正比。如金属液的静压力小于型壁界面处气体对它的浸透压，气体就会进入型腔，形成侵入性气孔。砂型、泥芯和造型方面的原因: 砂型烘干层不够厚、含水量高或合箱后不能立即浇注，型腔返潮是铸件产生侵入性气孔的最主要 原因。浇注时高温金属液进入型腔，使砂型内水份蒸发，产生大量水蒸汽。如这种水蒸气的压力大于金属液对型壁的压力，水蒸气就会进入型腔形成气孔。许多铸件的下箱大面积气孔其来源主要是未烘干的地坑砂型
4、中水蒸汽。,铸钢件缩孔的一般常识:液态收缩的大小与浇注温度有关,钢液每降低100,体积约缩小0.78%1.2%,因此浇注温度越高,液态收缩越大。1.凝固温度间隔窄的合金具有逐层凝固的特性,在顺序凝固条件下易形成集 中缩孔 2.浇注温度过高易产生缩孔 3.浇注系统.冒口.冷铁.补贴等设置不当,使铸件在凝困时得不到有效补缩 4.铸件结构不合理,壁厚变化突然,孤立的热节得不到补缩 5.冒口数量.尺寸.形状.设置部位以及冒口与铸件连接不合理,补缩效果差 6.内浇道尺寸或位置不当,使铸件不能顺序凝固或在铸件中形成局部热节 7.砂箱.芯骨刚度差,型.芯紧实度和强度低而不均,使铸件同时产生胀型.缩沉和缩孔缺
5、陷。改善的对策方向(1)尽量降低注温度和浇注速度,浇注后期的补浇要充分到位。(2)合理设计浇冒系统,壁厚小且均匀的铸件要采用同时凝固,壁厚大且不均匀的铸件采用由薄向厚的顺序凝固,使铸件得到充分补缩。 (3)在铸件厚断面部位,合理放置内,外冷铁。(4)尽量减少铸件的热节部位。,铸钢件冒口的设计原则钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。 在液态和凝固状态下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。 冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。以下就冒口设计的原则和位置设置说明 1.冒口设计的原则 1-1.冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝
6、固时间。 1-2.冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。 1-3.冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。 1-4.冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。,2.冒口设计的步骤: 2.1.对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩范围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M铸。 2.2.根据铸件（或铸件被补缩部分）的模数M铸，确定冒口模数M冒。 2.3.计算铸件的体收缩 。
7、 2.4.确定冒口的具体形状和尺寸。 2.5.根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。 2.6.根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置内外冷铁及冒口增肉。 2.7.校核冒口的补缩能力，要求 （V冒+V件）V冒。,3.设计冒口尺寸的方法 3-1.模数法在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决 定于铸件的模数。 模数 M = V/ A（cm）V-体积（cm3）A-散热面积（cm2）。 模数计算方法是：用绘图软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计算出铸件的体积和散热面积，然后用公式 M=V/A 计算模数。 冒口的凝固时间大于铸件的凝固
8、时间， 冒口的模数一般是铸件模数的1.11.2倍，M冒=1.11.2M铸 对于厚实铸件，如：圆柱体、块状铸件，用模数法确定的冒口往往偏大，故必须采取一些方法加快铸件的凝固，同时延长冒口的凝固时间。通常采用以下方法： 加放内、外冷铁；(对要求比较高的铸件、探伤件，尽量不放内冷铁)。 补浇冒口； 采用保温冒口。,3-2. 热节圆法 根据铸件壁厚部位热节圆的大小来确定冒口尺寸的一种方法。热节圆法主要适用于轮形铸件，一般冒口与热节不连通，需要用滚热节圆的方法确定冒口增肉，然后确定冒口尺寸。 可用绘图软件画出铸件热节的形状，然后画出热节的内切圆即为热节圆。,采用以上措施后，M冒=KM铸，K按下表进行选择
9、。,4.钢的体收缩率 碳钢的体收缩率C的大小与碳钢的含碳量和浇注温度有关。如下图：,合金钢的体收缩率 = C+KiXi ，Xi为合金元素的含量注: 以上修正系数只适用于低于1600时的体收缩。,5.冒口的有效补缩距离 冒口区与末端区之和称为冒口补缩距离，超出该距离，在铸件中间区产生轴线缩松。 5-1.板件和杆件的补缩距离通常把断面的宽厚比为5:1以上的称为板型件；断面的宽厚比为5:1以下的称为杆型件。下图为碳钢（C=0.200.30%），板型件的厚度175mm、杆型件的厚度 200mm 的冒口有效补缩距离。,在铸件的末端区和冒口之间放外冷铁，冒口有效补缩距离如下：,从以上可以看出： 冒口对板型
10、件的有效补缩距离大于杆型件的有效补缩距离。 杆型件的末端区长度远大于冒口区长度。 使用外冷铁，可以有效的提高冒口的有效补缩距离。 另外，冒口的有效补缩距离还受以下因素的影响： 厚实铸件的凝固区域变宽，冒口的有效补缩距离相对较小。 结晶温度范围较宽的铸钢，冒口的有效补缩距离较小；结晶温度范围较窄的铸钢，冒口的有效补缩距离较大。例如，含碳量为0.15%的碳素钢比含碳量为0.30%的碳素钢的结晶温度范围较窄，冒口的有效补缩距离较后者大30%。 使用发热冒口，可以增加冒口的有效补缩距离。,5-2.轮型件冒口的有效补缩距离轮型件讲究冒口的延续度。冒口的延续度为冒口根部长度（沿轮型周向）之和与轮形周长的比
11、率，称为冒口的延续度。延续度的大小取决于轮缘的厚度与其内在质量的要求程度。如铣齿齿轮、缸体其延续度适当增加，不重要的且厚壁轮型件可适当减少。 一般小件（600mm）不铣齿的轮型件，冒口的延续度取2535%。 中等高度和大小齿轮和齿圈（铣齿深度不超度4/10轮缘厚度），冒口的延续度取3640%。 轮缘较高的双辐板、三辐板齿轮，冒口的延续度取3842%。 高压缸类的受压与有探伤要求件，冒口延续度可取100%。 6.冒口补贴 对于致密度要求高的铸件，当冒口的补缩距离达不到时，应在冒口处设置补贴造成向冒口方向的顺序凝固，以增加冒口的补缩距离。6-1.水平补贴水平补贴可以按下图进行计算，M n= A x
12、 b/ 2(a + b -c),6-2.垂直补贴对于壁厚100mm碳素钢板状铸件，浇注系统为上注时，铸件的补贴厚 度如下图2 ： 根据铸钢件的形状、浇注位置和钢种的不同，补贴厚度=K1K2a，K1 为杆状件补贴的补偿系数，K2 为铸件材质和浇注方式的补偿系数。 杆状件补贴的补偿系数K1,图1,铸件材质和浇注方式的补偿系数K2,厚实铸件的轴线缩松是很难消除的，对于一般铸件，轴线缩松只要不被切削加工所显露，则不影响它的使用性能。对于压力容器铸件和用于承受疲劳冲击应力的铸件，一般均随其工矿压力、温度、应力状况和铸件壁厚的不同，分别允许存在射线探伤等级13级的轴线缩松。一般铸钢件的轴线缩松允许45级。
13、 据厚度为100150mm介于杆-板之间的铸钢试验件的试验结果，射线探伤质量等级与补贴斜率存在如下关系：对大型汽轮机缸体、泵体类薄壁型打压、探伤铸件的补缩，根据日本室兰的经验，UT按ASTM标准，RT按ASME标准对不同补缩斜度的铸件进行无损检测的结果，补缩斜度可按： 补缩斜度8%（1:12.5）可达1级 补缩斜度6%（1:16.6）可达2级 补缩斜度3%（1:33.3）可达3级,8.保温冒口保温套主要分成：珍珠岩复合型保温套、纤维复合型保温套、空心微珠复合型保温套和陶粒保温套。后两种可以做较大铸钢件的保温套。保温套的堆密度一般控制在0.60.8g/cm3。保温套的厚度一般取保温冒口模数的11
14、.5倍，保温效果好的取下限。保温剂的用量约为冒口重量的1.01.7%，冒口的上部不见红时，保温效果比较理想。在此条件下，保温冒口的模数约为普通冒口模数的1.31.4倍，补缩效率为2545。,7.冒口的补缩效率 不同类型的冒口的补缩效率为：另外，冒口覆盖剂也能提高冒口的补缩效率。好的覆盖剂可以提高冒口的补缩效率5%。,9.冒口的形状与尺寸 按照冒口的保温性能可分为普通冒口和保温冒口；按照冒口的形状可分为圆冒口和矩形冒口；按照冒口是否被砂型所覆盖可分为明冒口和暗冒口。目前，在我厂铸钢件的生产过程中，直径小于（或等于）1600mm圆冒口，一般采用保温冒口，直径大于1600mm圆冒口，一般采用普通冒口。为了提高冒口的补缩距离（或延续度），可采用矩形冒口。在铸件的上部一般采用明冒口，在铸件的下部一般采用暗冒口。,
