液态模锻常见缺陷!!!

lly2006

液态模锻件常见的缺陷与对策

! b) [5 p1 I- _- l- D/ O2 T    （一）液态模锻件缺陷的分类
    1.形状、尺寸偏差
    包括：①模膛填充不满；②高向尺寸偏差；③尺寸精度低。
! T) u4 U. c: C    2.表面缺陷
    包括：①冷隔；②挤压冷隔；③表面起泡；④表面夹杂；⑤表面粘焊与粒状溢出物；⑥塌陷；⑦擦伤。
    3.内部缺陷
    包括：①气孔；②缩孔和缩松；③夹渣和夹杂；④挤压偏析；⑤异常偏析；③枝晶偏析。
    4.裂纹
    包括：①热裂；②缩裂；③冷裂。
    （二）液态模锻件缺陷特征、产生原因与对策
    1.模膛填充不满
6 U/ J( N9 R+ p" q& D# T    制件棱角处未充满，甚至不成形，头部呈光滑圆弧状。产生的原因有：
    1）模温和浇注温度低，挤压力不足或加压太迟，液态金属加压前已凝固成厚壳，随后加压无法使其变形，以填充棱角处；
6 f7 N! l1 r% G$ q5 P    2）涂料涂敷不均匀，或棱角处涂料积聚太多，阻碍了金属的充填；
    3）模膛边角尺寸不合理，不易填充。
    防止对策：
    1）适当提高模具预热温度和挤压力；
    2）尽快施压；
    3）改进模膛设计，便于金属流动；
* t  R5 U# ^& J/ f    4）涂料采用喷涂，切忌堆积。
" ^7 V( k" r6 h" ^+ C8 X$ H    2.高向尺寸偏差
  A1 a$ i; c, n# \% G9 r2 O  z4 B    产生原因是，定量浇注不准确，浇注的液态金属过量或量不足，产生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺，或在浇注勺、凹模内做好标记，尽可能控制浇注液态金属的量；有时在凹模上开条溢流槽，当模具闭合时，将多余的金属液挤出，从而达到定量，保证制件的高度尺寸。
8 T; g5 U* [- u1 E% y! Y* Q) K9 P/ {    3.精度差
. {" S- h8 {& Q% C  }) M    产生原因是模膛设计不合理或加工装配不好，不能保证制件的形状和尺寸；组成模膛的零件被磨损、变形或活动零件未恢复原位。其改进措施：正确设计和制造模具，保证试模后的制件与设计的一致性；加强生产过程中制件精度检查，一旦超差，即对模具进行修复或更换。
    4.冷隔
    冷隔的外观特征是在制件表面有不规则的明显下陷线形纹路（有穿透的和不穿透的两种），形状细小而狭长，在外力作用下有发展趋势。其形成原因：
, s  C# q: O' C5 O. g    l）多浇包多点同时浇注，使两股金属流对接，但未完全熔合而又无夹杂存在其间，两层金属结合极弱；
    2）多浇包顺序浇注，前后两包断流时间太长；
" s( F7 }* j7 ]9 y8 m4 R    3）模具温度低。
$ ?1 }) `6 d. p8 @' V    改进措施：
: M# h0 e) i. E    1）适当提高模温和挤压力；
7 r$ m+ t  k# u  ?; M    2）多泡按序浇注时，两泡间避免断流。
, E2 m" c' Y% `) \. n3 l  w" L" a( l    5.挤压冷隔
" ?. ^; O( t  \( E! v    当金属液在模膛中停留较长时间才合模施压，而且金属液上挤充模，使这部分金属与原浇注液面之间形成一圈冷隔，如图7-1所示。模膛中金属表面有一层较厚的氧化皮，挤压成形后，外留的氧化皮基本上仍在原来位置，导致这一部位的金属与金属间没有熔合，即出现冷隔。 (未完待续)
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希望楼主下次在一楼把资料发完（或采用附件的形式）谢谢！！！
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[ 本帖最后由 sting811 于 2006-11-2 23:00 编辑 ]

lly2006

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图7-1 挤压冷隔形成示意图 a）合模前 b）合模施压

    挤压冷隔形成，与制件成形方法相关。即凸式冲头加压中，这种冷隔在所难免。其防止措施：提高模温和浇注温度；工艺节拍许可时，尽量缩短加压前停留时间；选择不易氧化的合金等。这些措施，只能降低冷隔的危害程度，但无法根本消除，倘若不许可存在，只能改变成形方法：
) H$ R" b' Z) b3 K# t: m    l）设计模具时，将制件位置倒过来，以便用平冲头加压代替凸式冲头加压；
+ b( K5 L& a6 @" V    2）采用先合模、挤入液态金属，紧接着施压。
    6.表面起泡
    制件表皮下被压扁的气孔，在制件脱模或热处理加热时，因热胀将表面鼓起气泡。产生原因有：
    1）凹模中未燃尽、未挥发的涂料过多，或模膛排气不好，使浇注中产生气体浸人液态金属内部；
    2）挤压速度过快，使液态金属填充模膛时产生涡流而卷入大量气体；
, @4 ]: H' U. s! B% G- Y9 E    3）液态金属含气体量太多，加压前析出的气泡来不及逸出，被压扁在表皮下。
    改进措施：
    1）适当提高模温，并采用喷涂方法，使涂料在浇注前已干固；
6 p6 u. `* Q5 G/ _" S$ o    2）施压要慢而平稳；
    3）注重液态金属除气操作；
    4）模具设计应考虑排气措施。
  f! j% z5 M' d    7.表面夹渣
    表面夹渣是在液态模锻过程中，部分涂料或氧化皮被挤入制件表层，在淬火时呈现皱皮或氧化渣麻点。产生原因有：
& ]1 |  p# y+ s- I, x2 `    1）涂料过多或未干因就进行浇注，使涂料带人液态金属中，有的还与金属波液发生作用，形成化合物夹杂。例如，高锡青铜的“硬质点”就是这样；
; T) v* F+ a5 A1 c" E    2）冲头加压时，使已自由凝固的结晶硬壳发生大的皱把变形，将涂料、氧化皮等挤入制件表层中。
    防止对策：
5 x/ J0 o2 R, ~; `2 b! a: e    l）适当提高模温，涂料必须喷涂均匀、干固；
    2）加压前停留时间尽量短，保证加压时已凝固层不太厚且温度高，不易发生大的皱褶变形。
$ Q7 c. w$ w" F    8.表面粘焊与粒状溢出物
    制件脱模时，在模芯表层留有一层粘焊物，并使制件内表面粗糙，严重时在制件内孔表面有许多豆粒状金属粒溢出，其最大直径可达2mm。
    产生原因是，浇注温度和模温过高，保压时间又不足，制件未凝固即开模取件。由于制件表层下未凝固金属液被吸出，轻者粘焊于模芯表面，严重时形成粒状物溢出，并分布于件内表面。
    防止对策：保压时间应足够，即制件凝固结束后才允许脱模。
7 U- }' o+ f$ G) Y    9.塌陷
    挤压过程中卷入的空气及从金属液中析出的气体造成的反压，有可能使制件的细小之处产生塌陷。防止的对策有：
    1）加大模子与冲头的间隙，改善通气状态；
    2）少涂些润滑剂，多了会堵塞通气孔；
" v% @: N  D. |+ ?    3）发现制件有塌陷，可在模具相应部位增加通气孔的数目；
    4）采用组合式模具。
0 @  G0 K" O( E4 @4 g8 C, q& ^8 {    10.擦份
/ q' s  H/ @% r, F4 G    制件表面沿出模方向拉伤痕迹称为擦伤。产生原因有：
    1）模具的脱模斜度太小，模膛表面粗糙或表面有伤残等，使制件脱模困难造成擦伤；
' @8 |. U3 p  c& ~8 r    2）浇注温度和模温过高、涂料不足或浇注时金属液流对模膛冲刷作用剧烈，造成金属与模膛粘焊，脱模时将制件擦伤，甚至撕裂。
    预防对策有：
6 ]& K; a0 Z6 k$ G    1）在固定部位擦伤时，要修复模具、修正脱模斜度，打光压痕；
, H& \7 a/ i$ N* r6 {/ w- T. o    2）擦伤无一定部位时，在擦伤部分相应的模具上增敷涂料；
$ I. ^% _9 w6 @7 d    3）对于因粘模造成的擦伤，采用降低浇注温度，控制模温，调整涂料品种和涂敷方法，修复易粘焊模膛部位。
0 e; S4 h7 F# ^" L3 z; G    11.气孔
3 `& A1 v4 u0 _" ?( t    金属在熔融状态时能溶解大量气体。在冷凝过程中由于溶解度随温度降低而急剧减小，致使气体从液态金属中释放出来。若此时尚未凝固的金属液被已凝固壳包围，逸出的气体无法排除，就包在金属中，形成一个个气孔。它具有光滑的表面，形状规则成圆形或椭圆形。形成原因：
5 D/ i, r2 v6 d% W    1）由于炉料不干净或熔炼温度过高，使金属液含有大量的气体，在随后的结晶凝固中来不及浮至液面逸出，产生析出性气孔。气孔壁具有光亮的金属光泽；
" J1 x0 n2 v+ Q5 K' C4 c    2）挤压速度过快，液态金属充模流动时产生涡流而卷人大量气体，形成侵蚀性气孔。由于金属在高温时与空气中氧作用而发生氧化，致使气孔壁呈灰褐色或暗色；
: v9 W, J1 J4 ]% {0 R; |! c    3）由于模温低，涂料积聚，致使浇注前涂料未干固。与金属液发生化学反应，形成反应性气孔；
6 w' T# y6 v. L1 \    4）浇注至开始加压的时间间隔太长，由于液态金属表面结壳或粘度增加，使液态金属因冷却析出的气泡不能顺利逸出，在随后加压中，被保留或压扁在制件中；
    5）压力能使气体在金属中溶解度增加。压力不足，无法抑制气泡形成，而使气孔形成几率增加。
" l9 h- |) a% Z' |2 u    防止对策：
    1）使用干燥而洁净炉料，不使合金过烧，并很好除气；
) h* N* w6 k- M' s" j0 V    2）涂料涂敷薄而均匀，严禁积聚；提高模温，保证浇注前涂料干固；
' H2 N* H5 v( f: ?1 h- G) S4 C    3）选取足以阻止气孔形成的比压值，并尽量缩短加压前停留时间。
    12.缩孔和缩松
% ?6 I$ B, [: f3 B6 H# G0 E    缩孔和缩松是金属在凝固时体积收缩，而外壳又已经凝固得不到补缩所产生的。孔洞大的叫缩孔；细小分散的叫缩松。凡是液相与固相温差大的金属，产生缩松可能性大，对于共晶合金是在一定温度下结晶，易产生集中缩孔。区别缩孔与气孔，看孔的内壁光整与否。气孔内有气体存在，所以孔壁光滑圆整；缩孔因得不到补缩，孔壁被拉成不平的皱皮，而且集中在最后凝固部位。它们往往和气孔混合在一起。产生原因有：
    1）施加压力低，未能保证金属液始终在压力下结晶凝固，直至过程的结束；
/ `: f/ X4 Q/ ]! O% U4 M    2）浇注至开始加压的时间间隔太长，使液态金属与模膛接触面自由结壳太厚，减弱了冲头的加压效果；
+ z$ S$ Z- \% \    3）保压时间短，金属未完全凝固即卸压，使随后凝固部位得不到压力补缩；
    4）浇注温度过低或过高，降低了对制件的压力补缩效果；
    5）制件壁厚相差过大，挤压时冲头被凝固早的薄壁部位所支撑，使厚壁的热节部位得不到压力补缩；
5 y3 j5 R) ]1 d: h; T8 n    6）制件热节处高加压冲头过远，由于存在“压力损失”，而降低对该部位的加压效果。
* K2 E5 v+ I) i& e    改进措施：
    1）提高比压，选取合适的保压时间；
    2）降低浇注温度，使之刚刚高于合金的液相线温度，以减小厚壁部位金属液的过热程度；
) {& k3 g; C: V) v# [    3）模具上与制件厚壁部位相对应区域，设法予以激冷，厚壁部位应离施压端最近；
, x/ F: n( i+ n; c3 `    4）将冲头设计成可相互运动两部分，以便对不同凝固部位，施以不同压力；
0 l: d) E+ X# I8 O* w    5）对制件重新设计，使其截面比较均匀。
   (未完待续)

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13.夹渣和夹杂
5 H! }8 _" w4 f; x/ A    由于液态模锻条件下，无排渣和集渣冒口。如果金属液质量不高，含渣过多，浇注前渣的清除又不彻底，这时，在液态模锻过程中，渣有可能上浮到制件顶端，施压后就残留在制件表面内，就形成表面夹渣。如果渣来不及上浮，就已经合模和施压；结果渣必裹在制件内，成为内部夹渣。其外观特征是在制件上有不规则明或暗孔，孔内被熔渣充塞。与夹渣并存的，还有氧化夹杂。铝合金熔炼时生成处Al2O3、MgO这类固态氧化物，其密度与铝液很相近，它们会以悬浮状态保留在合金液中。凡进入模子的氧化夹杂肯定会留在制件中。其外观表现为在金属基体上有较硬的细小质点或块状物。形成原因有：
    1）由于炉料不干燥、不洁净，致使合金液一开始就有夹杂；
    2）熔化、保温、精炼或变质过程中，金属液被炉气污染，形成炉渣或氧化物夹杂；
    3）液态金属在其运输、浇注过程中，因操作不当而带入氧化皮、炉渣和炉村等杂物；
) d; ~2 v- R- }    4) 坩埚、浇包及其它工具上带来的夹杂。
8 ?% }. C5 a1 Z8 Y    防止对策：
    1）将炉料及所用的熔炼工具清理干净，充分预热；
. |- k9 Y9 U- k' a: B7 ~5 J. T    2）熔炼过程中，既要注重造渣的工艺操作，又要注重除渣的工艺操作，两种不能偏废；
    3）尽可能降低金属液的保温温度，缩短金属液在炉子及模具中的停留时间；
    4）对于铝合金，采用泡沫陶瓷过滤器过滤金属液，最为有效。
    14.挤压偏析
    液态模锻的凝固速度快，故微观偏析比其它铸造方法要轻些。但是，凹陷较深的零件在液态模锻时，容易产生一种独特的宏观偏析一一挤压偏析。图7-2用来说明挤压偏析的形成机理。液态金属浇人模膛后，首先在模壁处成核，长大，结成硬壳。随着已凝固层不断由模膛壁向前推进，与之相邻接的液相中的溶质元素越来越富集，一旦合模加压，这部分液体就会挤至制件的边缘部位。偏析部位溶质元素含量高，低熔点相也多。从钢平法兰液态模锻件宏观组织观察中得出，周边有一深深痕纹，就是证明，如图片7-1所示。压力愈大，钢液质量愈低，这条痕纹愈明显。模温愈低，加压前停留时间愈长，痕纹离外壁距离愈大。控制挤压偏析的措施：
  w9 y' p  h& @6 ]2 Z9 A0 W5 T7 ^    1）先合模，再将金属液经由浇口注入，然后加压，缩短了金属液在施压前模具中停留时间；      
( I& n- v) x8 N' K  b9 p    2）提高模具温度，以减轻合模前合金凝固的程度及溶质元素的富集现象。

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-2.jpg
图7-2 挤压偏析形成机理
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图片7-1 20钢φ90平法兰宏观组织

    15.异常偏析
    分配系数K0＜1的溶质元素在合金凝固时，由于选择结晶结果，此元素在先凝固的制件表层浓度总是低于制件心部，出现正偏析。液态模锻往往促使正偏析的产生、出现所谓“液态模锻异常偏析”，即在普通铸造方法不易出现的严重正偏析。对于某些结晶温度间隔宽的合金，如锡青铜、铅青铜、Al-Cu4％和Al-Si2.5％等合金，和合金中偏析系数大的溶质元素。当合金浇注温度过高，温度梯度太大，外周呈现发达的柱状晶时，这种倾向尤甚。对于共晶的Al-Si合金和Al-Mg5%～10%合金，这种倾向不明显。
7 }, w& e4 b3 I$ \1 G" D+ x3 {    “异常偏析”形成机理，某些研究者认为：这是制件在结晶过程中，树枝晶轴间未凝固的溶质元素富集的液态金属，在外部压力作用下，从树枝晶轴间挤出，排挤到最后凝固区，如图7-3所示，加压方向和凝固方向垂直，易形成异常偏析。防止对策为：
    1）降低浇注时液态金属的过热度，以便在接近液相线温度时进行施压；
7 I$ G7 O' n) y5 d4 n    2）施压方向与凝固方向一致。

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-3.jpg
图7-3 加压方向和凝固方向垂直形成异常偏析

    16.枝晶偏析
    液态模锻时，由于过程进行的速度很快，溶质来不及均匀扩散，有利于成分均匀，以获得无偏析制件，这是问题一方面。从另一方面，施压前凝固前沿已有溶质积聚，并在自然对流影响下，迅速扩散或沉积。一旦施压，这些低熔点溶质便挤入结晶前沿的枝晶中去，形成严重的枝晶偏析。虽然过程进行的很快，但选择结晶依然存在，熔点低的元素，在金属流动的带动下，也要作近程迁移，稍一积聚，就可能在压力作用下，挤人凝固前沿的枝晶间隙中去。周而复始，无论早期凝固，还是晚期凝固的组织，均不同程度存在枝晶偏析，如图片7-2表明钢质液态模锻中，碳的浓度沿原奥氏体晶界就偏高，因此，以后的组织转变就形成珠光体偏析。改进措施：
    1）提高模具温度，降低金属浇注温度，以降低熔体的温度梯度；
    2）选取最佳的热处理工艺，是消除枝晶偏析切实可行措施。

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-2.jpg
图片7-2 钢液态模锻件技晶偏析
a）柱状技晶偏析（平法兰）b）粗大等轴枝晶偏析（杯形件）
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    17.裂纹
4 i( b! I1 g4 j8 _  g- e5 f" A    制件的金属基体被破坏或裂开，形成细长的、不规则线形的缝隙，在外力作用下有进一步发展趋势，这种缺陷称裂纹。裂纹有热裂纹、冷裂纹和缩裂之分。热裂纹断面被强烈氧化呈暗灰色或黑色，无金属光泽；冷裂纹断面洁净，有金属光泽；缩裂是与缩孔、缩松并存的一种内部缺陷。形成原因是：
    1）制件厚薄过于不均，使截面急剧变化处冷却不均而产生内应力，将脆弱地方拉裂；
    2）制件未凝固完毕就出模（保压时间不足），未凝固部位出现自由结晶凝固，不仅产生缩孔和缩松，而且产生缩裂；
    3）由于金属芯子没有退让性，制件脱模也不能太迟，否则模芯将对制件收缩产生阻碍，使制件承受拉应力，脆弱部位将被拉裂；
) R& O; U3 @+ P) R" Z( d: r2 l    4）模温低，尤其模芯温度过低，压力太小或加压太迟，使制件得不到压力补缩；
8 E/ u$ ~1 l+ Z7 M5 k$ z# n    5）合金含脆性杂质太多，或合金易氧化，降低了制件金属的热塑性或降低了抵抗高氧化能力。
) E/ N+ x- J4 B7 S, b# @7 A$ O  v    改进措施：
' r! F, y+ V: }) L    1）重新设计制件，使其厚薄相差不要太大，并加大过渡的圆角半径；
, ^0 |7 s3 c8 t( r: H9 g/ ~3 T9 p    2）保证制件始终在压力下结晶凝固，有足够的保压时间；
) o/ |0 e: J) `  G3 J8 J: M    3）提高比压值，使制件一旦产生热裂，能产生塑性变形，进行愈合；
    4）降低浇注温度，减轻偏析现象；
3 ?) U. e9 @+ z8 ]. P4 K7 f    5）带有模芯的制件，需及时脱芯，且脱芯操作应平稳；
    6）提高合金质量，注意熔炼操作。