酯固化碱酚醛树脂砂铸钢件气孔防治技术分析_张良
收稿日期:2009-11-28; 修订日期:2010-03-17
作者简介:张 良(1979- ),河南淮阳人,工程师,学士.主要从事铸钢
材料与成型方面的研究工作.
Email:z l1979112@https://www.wendangku.net/doc/8210867158.html,
铸造技术
F OU N DRY T ECH NO LO GY V ol.31N o.5M ay 2010
酯固化碱酚醛树脂砂铸钢件气孔防治技术分析
张 良
(南阳二机石油装备(集团)有限公司技术中心,河南南阳473006)
摘要:针对酯固化碱性酚醛自硬树脂砂条件下生产的铸钢件产生的气孔,根据气孔特征和分布状况,分析了导致气孔在铸造过程中形成的诸多因素。通过采取合理的铸造工艺措施和严格生产过程管理,降低了气孔发生的概率,避免因严重气孔缺陷导致铸件报废,提高了铸件质量。关键词:酯固化酚醛树脂砂;铸钢件;气孔
中图分类号:TG245 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2010)05-0544-03
Blowhole Control Technology of Steel Castings Produced
by Ester Solidify Phenol Resin Bond Sand Process
ZHANG Liang
(RG Petro -machinery (Group)Co.,Ltd.,Nanyang 473006,C hina)
Abstract:For control the blowh ole of steel castings produ ced by ester solidify ph en ol resin sand
process,according to its featu res and distribution situ ation ,the present paper analyzes the factors which cause the formation of blowh ole.By means of properly design castin g technology and strict man agement of the produ ction process,the probability of blowhole form ation was redu ced,that avoided casting rejection and improved quality of castin gs.Key words:Eeas-t cu red ph en olic system (E cp);Steel casting;Blowholes
随着铸造业向规模化、精密化、绿色化生产方面发展,近年来,使用碱性酚醛树脂自硬砂工艺生产铸钢件的企业增加很快,显示出这种工艺所具有的优越性。与水玻璃砂相比,碱性酚醛树脂自硬砂具有清洁环保、尺寸精度和表面光洁度高、劳动强度低、工作效率高等诸多优势。虽然酯固化碱性酚醛自硬树脂砂与其他几种树脂自硬砂相比,其发气量较低(如图1在1000 测得的发气量曲线,括号内的数字为粘结剂的加入量),又不含氮,因此铸件产生气孔的倾向较小,但许多企业在使用碱性酚醛树脂自硬砂生产初期相当长的一段时间内,由于采取工艺措施不当或者执行不力,铸件产生了严重的气孔缺陷,导致大量铸件报废,给企业带来很大的经济压力。本文根据作者从事碱性酚醛树脂自硬砂生产的工作经验,对碱性酚醛树脂自硬砂生产
初期铸钢件产生的气孔现象做简要分析。
图1 几种自硬砂的发气量曲线
F ig.1 Curv e of gas evo lutio n r ate o f sev eral kind of self -har dening sands
1 生产条件
采用12t 和25t 两台连续混砂机混制造型用砂,芯砂采用CO 2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 硅砂技术参数
T ab.1 T echnical par ameter o f silico n sand
名称SiO 2三筛粒度微粉含量含泥量含水量角形因数灼烧减量酸耗值参数
97.5%
85%
0.3%
0.3%
0.2%
1.3
0.3%
2.0~
3.5mL
型砂中新砂占25%,再生砂占75%,酚醛树脂加
入量为砂量的1.6%,固化剂酯加入量为树脂的25%。全年车间工作环境温度为5~28 。采用漂珠制成的保温冒口,冒口套壁厚15~40mm,顶部有直径 10~
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张 良:酯固化碱酚醛树脂砂铸钢件气孔防治技术分析
20mm 的通孔。造型主要使用方形砂箱。大多数铸钢件重量在1000kg 以下,回转体铸件居多。砂型、砂芯表干后刷醇基涂料2~3遍。砂型终强度(24h 抗拉强度)在0.25~0.28M Pa,灼烧减量2.2%~2.6%。炼钢设备为5t 碱性电弧炉。2 气孔类型及气体来源分析2.1 侵入性气孔
酯硬化碱性酚醛树脂砂生产的铸钢件以侵入性气孔居多,回转体铸件气孔的主要位置分布在两冒口中间铸件上部,其他形状铸件气孔主要集中在远离冒口的铸件上部,引起这种气孔的气体主要来源于以下几个方面。
2.1.1 灼烧减量和粘结剂的影响
据资料介绍,再生砂灼烧减量 1.5%较好,而实际生产检测表明,再生砂灼烧减量大多在2.2%~2.6%范围,砂灼烧减量的增加增大了砂型的发气量,如图2所示。而粘结剂用量的增加,也会增加砂型的发气量,如图3所示。增强砂型的透气性,有利于避免气孔缺陷的产生。
图2 旧砂灼减量与发气量的关系
F ig.2 Gas evo lutio n r ate as functions o f content of used
sand
图3 树脂加入量与发气量的关系
F ig.3 R elation of resin additions and g as ev olution rate
2.1.2 砂型中水分的影响
造型时,模具只占砂箱的中部区域,其他空间均由型砂充填,尤其是吃砂量较大时,方形砂箱的四个角处砂型更厚,浇注后,湿型型壁被金属液加热,从金属-铸型界面到型壁中达100 等温面这一区域内,水分被加热为大量水蒸气,称这个区域为发气区,发气区中水
蒸气除了有侵入金属液中的倾向外,还向外扩散到型壁中温度低于100 的区域中。由于水蒸气在此又重新凝结成水分等原因,形成了水分凝聚区,此区域中的水分含量可以高达型砂原始水分含量的2~3倍,水分堵塞了砂粒间的空隙。因此,水分凝聚区成为发气区中的水蒸气向外扩散的屏障,阻碍了水蒸气的逸出,从而提高了发气区中的气体压力,增加了气体侵入金属液中的危险性[1]。酯硬化碱性酚醛树脂砂浇注系统大多采用底注式,在金属液面上升到型腔顶部时,金属液表面存在着氧化膜,或甚至粘度增大,侵入的气体无法排出型外,随着冒口逐渐被充满,冒口对铸件顶部压力增加,迫使未排出的气体向两冒口中间位置聚集,最终在铸件表面下部或表面形成集中的气孔。2.1.3 冒口潮湿
保温冒口套在未干透使用时,冒口中的水分在高温下被汽化,大部分气体被排出,而朝铸件方向的气体侵入钢液中,尤其是浇注系统为顶注式或阶梯式,气体在冒口正下方位置随着钢液粘度的增大,而停留在某一高度,最终表现为气孔,出现在冒口的正下方的铸件内。
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纹,但在排气不畅时,会导致气孔缺陷。水玻璃砂芯并不整体烘干,而是吹CO 2硬化放置24h 后浇注,钢液充满型腔的过程中,砂芯中的水分侵入周围的钢液,并随钢液上浮当砂
芯顶部周围上箱排气不畅时,气体容易集中在铸件与砂芯的交界面上,导致铸件内孔顶部圆周出现间断性的气孔。2.2 析出型气孔
酯硬化碱性酚醛树脂不含N 、S 、P 等有害元素,钢液中S 、P 含量控制在0.03%以下,不存在因析出氮引起的气孔,但由于炉料潮湿、污锈等因素导致钢液中产生气体,亦可能在铸钢件上产生弥散分布的析出性气孔。
2.3 反应性气孔
铸钢件很容易产生这种气孔缺陷,形成的根本原因是冶炼时钢液脱氧不良。气泡是在钢液凝固时期形
成的,因此难于上浮,排除掉。气泡形成于固液界面前的液相中,因此随着固液界面向铸件中心的推进,界面前的液相中会不断地产生新的、成群的CO 气泡而导致这种气孔缺陷,极易成为弥散性气孔。
此外,铸件外表面直接与外冷铁接触处产生的表面气孔也属反应性气孔。其形成原因很多,外冷铁表面有油污或小坑;水汽在外冷铁表面凝结成水珠;涂料中发气物质过多等,都易在冷铁位置出现气孔缺陷。
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3 避免气孔缺陷的措施
(1)增强砂型透气性。除了砂型本身所具有一定透气性外,应人工增强砂型透气性,比如可在上型远离冒口和冒口之间扎出气孔,但下型排气孔不要扎透,以免浇注漏底。
(2)控制砂铁比。酯硬化碱性酚醛树脂砂生产铸钢件,合理的砂铁比应控制在3 1~4 1。为了达到这种效果,选用合适大小的砂箱非常重要,控制吃砂量,回转体铸件最好选用圆形砂箱,使用方形砂箱,可在砂箱的角落用砂块填充,保证均匀的吃砂量,增强砂型透气性。
(3)选用合格的造型材料。使用干燥的保温冒口套;制成的铸钢、钢材或铸铁外冷铁务必抛丸处理,清除铁锈和油污。清理后应在其工作表面涂敷保护层,并在干燥的地方保存,外冷铁避免重复多次使用,冷铁工作面应光洁、随形。
(4)砂芯排气。对于全树脂新砂较小砂芯,可以采用中间放置排气绳加强排气,对于尺寸较大砂芯应制成中空状,不仅增强了砂型透气性,而且节约用砂、树脂和固化剂等材料,降低生产成本;如果用吹CO 2硬化水玻璃砂芯,最好将砂芯烘干。但芯头处一定设
置畅通的排气通道,以便砂芯中的气体快速排出型外。(5)合理设置浇注系统。酯硬化碱性酚醛树脂砂,以采用开放底注式浇注系统为主,保证充型平稳,浇注系统使用耐火材料制成的各种管件,避免在砂型上直接开设浇注系统。
(6)钢液中的气体。冶炼炉料一定要干燥、无锈污,防止因炉料潮湿、油污产生气体,钢液要充分脱氧。4 结语
(1)酯硬化碱性酚醛树脂砂生产的铸钢件气孔缺陷统计表明,气孔类型主要是侵入气孔。
(2)减小再生树脂砂灼烧减量,合理控制粘结剂加入量,从而降低树脂砂发气量。
(3)合理设置砂型、砂芯排气孔,使气体及时排出型外。采取中空砂芯、保证适当吃砂量,提高砂芯、砂型透气性。
(4)严格控制炉料、冷铁、保温冒口套、浇注系统的质量,避免起副作用。
参考文献
[1] 于新成,现代铸造厂铸件质量控制与缺陷防治新技术、新
标准[M ].北京:当代中国音像出版社,2004.
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