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消失模鑄造中的缺陷問(wèn)題及其防治方法
文章摘要:
消失模鑄造,以其效果、環(huán)保的特性,在新世紀(jì)以來(lái)深受了迅猛的發(fā)展。
消失模鑄造,以其效果、環(huán)保的特性,在新世紀(jì)以來(lái)深受了迅猛的發(fā)展。盡管該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的鑄造企業(yè)中深受了廣泛的應(yīng)用,但多數(shù)企業(yè)缺乏規(guī)范的鑄機(jī)公司和專注技術(shù)的指導(dǎo),導(dǎo)致其技術(shù)優(yōu)勢(shì)無(wú)法深受充分發(fā)揮。有些消失模鑄造企業(yè)甚至面臨粘砂等難題,產(chǎn)品粗糙,效率低下,嚴(yán)重浪費(fèi)資源。
消失模鑄造以其準(zhǔn)確成型、近無(wú)余量的特點(diǎn),契合了鑄件輕量化、準(zhǔn)確化和復(fù)雜化的時(shí)代需求。其涉及機(jī)械、化工、冶金等多學(xué)科知識(shí),通過(guò)干砂造型、實(shí)型氣化等技術(shù),簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序,縮短了工藝流程,從而提高了生產(chǎn)效率,實(shí)際效果為主了勞動(dòng)環(huán)境。然而,由于對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和管理不到位,消失模鑄造也面臨一些挑戰(zhàn),如三孔缺陷(氣孔、縮孔、渣孔)等問(wèn)題。
在生產(chǎn)全加工鑄件及有特別要求的鑄件時(shí),這些三孔缺陷問(wèn)題顯得尤為突出。雖然有些企業(yè)能夠終解決這些問(wèn)題,但往往需要付出巨大的代價(jià),這在確定程度上限制了消失模鑄造的應(yīng)用范圍。
消失模鑄造以其值得信賴性,通過(guò)干砂造型無(wú)需粘結(jié)劑,實(shí)型及澆注過(guò)程無(wú)需取出,從而很大提升了鑄件設(shè)計(jì)的自由度,并提高了鑄件的表面光潔度與尺寸精度。負(fù)壓技術(shù)的應(yīng)用不僅控制了干砂的硬度和退讓性,還效果優(yōu)良排除了裂解氣體,同時(shí)增強(qiáng)了液態(tài)合金的充型能力。此外,群鑄工藝進(jìn)一步提高了工藝出品率,這些都是對(duì)傳統(tǒng)鑄造的顛覆性創(chuàng)新。然而,消失模鑄造也面臨諸多挑戰(zhàn),如氣孔、縮孔、渣孔等缺陷問(wèn)題,其形成機(jī)理與傳統(tǒng)鑄造大相徑庭,需要產(chǎn)學(xué)研各界長(zhǎng)期合作才能逐步揭示。
在消失模鑄造的充型過(guò)程中,由于金屬前沿與泡沫間的熱輻射作用,形成了不規(guī)則的間隙層。以底注為例,金屬充型前沿呈“凹”字型,而對(duì)應(yīng)的泡沫端則呈鋸齒型或指型。在充型過(guò)程中,合金前沿會(huì)攜帶未能透徹去除的固體渣質(zhì)及未充分氣化的液相泡沫。由于間隙內(nèi)正壓與涂層外負(fù)壓的差異,氣壓差促使固態(tài)渣質(zhì)及液相泡沫隨氣體逃溢方向流動(dòng)。氣體以小分子狀態(tài)容易被負(fù)壓排出型腔,而固體雜質(zhì)則被擋在涂層內(nèi)壁,即在鑄件表面形成表面渣坑。這也是消失模鑄造相較于傳統(tǒng)鑄造內(nèi)部渣孔減少而外面渣孔突出的主要原因。
同時(shí),液相泡沫也被排擠在金屬與涂層界面處,部分被涂層吸附,部分發(fā)生二次氣化。二次氣化的氣體大部分溢出型腔,少量侵入金屬形成表層氣孔。此外,鑄件的冒口設(shè)計(jì)在優(yōu)品且為暗冒口,無(wú)法通過(guò)補(bǔ)澆獲得高溫金屬,導(dǎo)致補(bǔ)縮效果不佳,從而增加了縮孔的風(fēng)險(xiǎn)。
氣孔是金屬液在凝固過(guò)程中陷入鑄件中的氣泡形成的孔洞。氣孔的形成機(jī)理極為復(fù)雜,與地域特點(diǎn)和季節(jié)特點(diǎn)、合金的凝固形式等密切相關(guān)。雖然各類(lèi)氣孔在傳統(tǒng)鑄造中的形成機(jī)理及預(yù)防措施有所不同,但結(jié)合消失模鑄造的工藝特性,我們可以針對(duì)其特點(diǎn)制定相應(yīng)的防治措施。
消失模鑄造的充型過(guò)程頗為復(fù)雜。在較強(qiáng)的熱輻射作用下,泡沫模型經(jīng)歷劇烈的裂解、氣化和融化,釋放出大量小分子氣體、部分液相泡沫以及少量灰分。這些物質(zhì)隨著液態(tài)合金前沿的推進(jìn)而退讓,使得合金能夠逐層置換泡沫模具所占的空間。充型速度不僅受到重力的影響,還受到負(fù)壓的顯著作用,而負(fù)壓的引入很大地提高了合金的充型能力和速度。因此,在消失模鑄造中,我們通常會(huì)采用較大的澆口杯和較快的澆注速度。然而,如果澆注過(guò)程中澆口杯未能充分充滿,渣質(zhì)和空氣就可能隨澆注系統(tǒng)進(jìn)入鑄件,導(dǎo)致氣孔和渣孔的形成。