消失模生產大型機床鑄件夾渣包括鐵液熔渣和模樣殘渣,在鑄件上一般呈黑色,形狀不規則、大小不一,有塊狀、片狀、線條狀等。一般存在于鑄件內部,多見于鑄件上表面的皮下和拐角處,通常鑄件外觀良好,加工或破壞檢驗才能發現,對鑄件質量危害很大。
1、金屬熔渣缺陷
由于原材料和其他不可避免的因素,熔煉鐵液時或多或少都要產生熔渣,特別是爐料銹蝕嚴重或采用鐵屑熔煉時,將會產生大量金屬熔渣。如澆注之前和澆注過程中,不能采取有效措施,澆注過程中熔渣很容易隨著鐵液進入型腔并留在鑄件內部,凝固后形成黑色夾渣。由于熔渣的密度比鐵液小,一般都浮在鑄件上面,鑄件拐角處對熔渣有阻礙作用,熔渣上浮時易在此處滯留,該部位也多見夾渣缺陷。消失模鑄造是在負壓條件下澆注,鐵液充型時存在較強的附壁效應,即鐵液優先沿著型壁填充,因此通常情況下,消失模鑄件表面很少見到渣眼,夾渣多存在于鑄件表皮下。熔渣的主要成分是金屬氧化物、碳化物等,鐵液熔渣是消失模鑄件夾渣的主要來源。
根據夾渣產生的原因及易產生的部位,結合消失模鑄造金屬充型的特點,制訂以下防止鑄件鐵液熔渣的主要預防措施。
(1)從源頭控制熔渣的產生熔煉鐵液用的原材料盡可能進行除銹、除油等處理,加強原材料儲存措施,保證使用較干凈的原材料。
(2)加強扒渣和擋渣鐵液熔化完畢后,在鐵液表面用聚渣劑進行多次聚渣、扒渣,盡可能減少倒入澆包內的熔渣。鐵液倒入澆包后,在鐵液面上撒蓋聚渣劑并靜置2~3min,使熔渣上浮聚合,充分扒凈后再澆注。
(3)采用茶壺包澆注澆注時將澆包壺嘴出鐵液口內的熔渣扒凈,包口吹掃干凈,澆注過程中鐵液液面保持高于包嘴,保證鐵液表面上的浮渣不能通過包嘴進入型腔。及時檢查澆包壺嘴,發現問題及時更換澆包,避免澆注過程中澆包壺嘴脫落,影響澆注質量。
(4)設置底注式澆道和聚渣冒口底注式澆道能使鐵液自下而上平穩充型,有利于模樣的充分有序氣汽化和熔渣的上浮。鑄件頂部設置聚渣冒口,有利于熔渣的收集和去除。底注式澆道和設置聚渣冒口對防止鑄件夾渣是非常必要且有效的工藝方法。
(5)使用過濾網濾網對細小的熔渣有很好的過濾作用,特別是澆注初期效果明顯,但因過濾網長時間被鐵液沖刷容易被燒穿,針對一些澆注時間長的大鑄件應積極采用(1)~(4)項預防措施,不建議使用過濾網。
2、模樣殘渣缺陷
消失模鑄造在澆注過程中,模樣與高溫鐵液發生強烈的物理一化學反應,其中以泡沫模樣劇烈的熱解汽化為主,產生的氣體被真空泵抽出型腔。事實證明,任何泡沫模樣熱解反應后并不能完全汽化,最終要產生微量的固態殘余物,俗稱殘渣,其主要成分為碳。鐵液充型時固態殘余物若不能及時排出,將會殘留在鑄件內部,形成消失模鑄件特有的黑色塊狀、片狀或不規則形狀夾渣。模樣殘渣形成的部位同金屬熔渣基本相同,有時兩種夾渣會同時交錯出現,顏色相近很難分辨,但模樣殘渣一般情況下較熔渣小,有的在顯微鏡下可發現。
消失模鑄造形成固態殘余物的多少,同模樣的密度、粘結劑用量、涂料和填充砂的透氣性及澆注溫度等工藝因素有關。根據模樣夾渣形成的機理和在鑄件上易形成的部位,來制訂防止機床鑄件殘渣缺陷的預防措施。
(1)控制模樣的密度通過試驗確定適合本單位生產工藝、鑄件特點的模樣密度。依據模樣殘渣的形成機理,模樣密度越低,熱解汽化反應越迅速、固態殘留物越少,也越有利于鑄件的澆注成形,鑄件產生模樣殘渣缺陷的概率就越小。但隨著模樣密度的降低,模樣的強度也要降低,這也容易造成模樣在真空負壓下變形,出現其他一些鑄造缺陷。因此,要找到合適的模樣密度值,我公司鐵座模樣密度控制在0.018~0.026g/cm³,鐵墊板模樣密度控制在0.022~0.028g/cm³。
(2)減少粘結劑的用量模樣組成模樣簇、澆道組合都要使用粘結劑,各種粘結劑的發氣量和殘留物量遠大于模樣。我公司通過模樣鑲嵌的方式,在保證模樣簇強度的前提下,最大可能地降低了粘結劑的使用量。
(3)盡可能使用空心澆道空心澆道有利于鐵液順利充型,最大限度地減少發氣量和殘渣量。無法采用空心澆道時,應在保證澆道強度的前提下,最大限度地降低澆道模樣的密度。
(4)適當提高澆注溫度鐵液溫度的提高,有利于模樣的充分汽化分解,減少模樣殘渣量,但提高澆注溫度必須在使用涂料所承受的耐火度范圍內,否則,將會造成鑄件粘砂缺陷。
(5)保證涂料最大透氣性通過調整涂料中耐火材料的粒度和比例,在保證鑄件表面光潔的前提下,使涂料的透氣性達到最大,使澆注過程中模樣產生的氣體順利排出。
(6)保證砂箱內填充砂的最大透氣性控制填充砂的粒度比例,加強填充砂的除塵,保證澆注過程中填充砂的透氣性,以利于模樣產生的氣體排出。