石英砂体积膨胀对铸件的影响

lcshjsb

石英砂体积膨胀对铸件的影响
1 n5 K1 o5 z/ t# R8 `, Q
% l' C' d5 K9 u# R6 t% Q# A$ i8 z0 ?一般情况下，石英砂体积的膨胀不会对铸件产生明显的影响，但多方面的不利因素同时出现，就很容易表现出来，在我厂就出现一例因石英砂体积的膨胀而造成的巨大经济损失。
我厂生产一种高铬铸铁耐磨辊（903辊），其化学成分为C:2.0-2.6;Si:0.4~1.0;Mn:0.5~1.0；S≤0.06;P≤0.1。铸件毛坯重2300Kg（不含浇冒口），其缺陷位置、铸件尺寸及铸造工艺见图1、2、3。

一．缺陷现象
+ ~6 H' y3 P, a& w& [  q# H+ n
我厂与某知名科研单位共同开发生产903棍已有多年历史，该产品经过测试其耐磨性能可等同于某大型热电厂所购进口件。我厂已与该厂多年供货，但铸件表面脉纹毛刺现象一直存在，因其基本上不影响使用，客户并未提出过异议。但随着市场竞争的加剧及客户对产品要求的提高，该厂对我厂产品的脉纹毛刺多次提出警告，且在2000年底一次将该产品退回近二十件，造成我厂近40万元的损失。其缺陷外观及产生的位置如图1所示，打磨前为0~1.5mm凸起的毛刺，打磨后毛刺处呈凹陷状态。
5 W( i6 b! C3 p5 n3 v6 C5 r( u* h
/ `3 |% Z, r6 G8 ~4 X二．对比试验
6 U) u5 q2 N) H: y. m
" z# A# ~* l0 \, |8 t+ @( O+ T1．试验一：严格捣砂工艺
# t  H2 u4 M  h/ C( X+ p4 x根据铸件外观缺陷现象，先是怀疑型砂捣固不紧而造成，且工人有时图懒省事，经常吊齐整斗砂倾倒，于是决定对十件铸件进行试验，严格按照填砂工艺操作，结果缺陷现象反而有加重现象。
2．试验二：缩短浇注时间
# Y( e5 i- B- @- K( c  d大流浇注，缩短浇注时间，降低浇注温度，缺陷现象有所减轻但无法杜绝，而且出现浇注不足现象，铸件又无法焊补，因此淘汰了此种方案。
0 ~5 @- d! R6 v3．试验三：更换石英砂
9 y  F% O: N& S% z; a# D" ^原工艺是逐渐外形腔填充水玻璃石英砂，中间芯子采用铝矾土砂，考虑到外型腔吃砂量偏小，而石英砂在高温时其膨胀量要远远大于其余型砂，于是全部改用铝钒土砂造型，首批投入三件，结果脉纹现象全部消失，且以后将铝矾土砂造型方案固定下来，至今从未出现过脉纹毛刺现象。

# Z) ^) D# e! `  w5 K1 H+ Z三．原因分析

; Y% e0 K* p7 `) T0 b5 l. o对比三种试验方案，发现产生缺陷的以下原因。

1．由图2可得出如下结论，型砂吃砂量偏小（最小处为110mm），模型坡度大，导致捣砂后型砂紧实度大。
+ Q9 Y* u  E# o6 z  Z2．由图3可知，浇注系统为封闭式浇道，
导致浇注时间长（一般为135~145妙）。
# t: L$ E+ R9 f# v3 L3．当铁水浇入型腔时，因浇注系统为封闭式浇道，而铸件又较大（2、3吨），金属液进入型腔后，型腔表面温度急剧升高并因而发生膨胀和出现强度变化（见图4），其SiO2颗粒发生如下多晶型转变：（1）型腔温度升至575度，总的线膨胀量为原来长度的0.875%；（2）575度的等温膨胀为原来长度的0.5%，是总膨胀量（0.875%+0.5%=1.375%）的36%（见图4），而铁水在型腔内上升缓慢，当型腔高温烘烤时间超过30秒时，石英砂达到最大膨胀量（见图5），这时整个铸型受热时的膨胀分别为微观膨胀及宏观膨胀两阶段，砂粒的膨胀能被石粘土膜的收缩所抵销（见图6），或者砂粒间相互移动的力小于砂型外部阻力，以致仅减小砂粒向的空隙并引起砂型尺寸变化，这个阶段称为微观膨胀，当砂粒间的间隙已难以再减小，或使砂粒间相互移动的力大于砂型外部阻力时，砂型外部尺寸发生变化，这个阶段称为宏观膨胀。如果砂型紧实度高。砂粒粗和粒度集中。粉尘含量高。加热速度快，则型砂的微观膨胀减小，而相应的宏观膨胀增大。而型腔外部110mm处为厚大的圆型砂箱，阻碍砂粒间力的施放，其受力方向只有向砂性型腔内壁转移，表面层直至开裂而产生脉纹毛刺（主要由宏观膨胀造成）。
5 ]! ^3 Z# f8 a' V
3 y' w5 x/ |6 a! h四．综合以上分析，得出如下结论

0 _: m  @  p) k# ?  |/ V1．石英砂的高膨胀是导致脉纹毛刺的根本原因。
/ z8 p2 ^/ G$ F/ ^  L8 _2．铁水含Si、S、P量偏高，使得铁水流动性好，易渗透铁水形成脉纹毛刺。
5 d6 S2 P1 @  @3．铝钒土砂造型是解决消除脉纹毛刺的很好途径。