石英砂体积膨胀对铸件的影响

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石英砂体积膨胀对铸件的影响

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。
7 C  @  v' s  V1 k( W) M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。
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一．缺陷现象
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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。
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* D1 y2 [; l. @& L二．对比试验

1．试验一：严格捣砂工艺
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
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。
8 E7 @3 P% L4 O# B- h3．试验三：更换石英砂
) N4 ]: S9 |. j7 S1 N$ C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。

) o1 U1 t# z6 ~. K三．原因分析

对比三种试验方案，发现产生缺陷的以下原因。
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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。
' n; a  v. r" i$ H# ?3 @2．由图3可知，浇注系统为封闭式浇道，
5 Z- e3 F: O9 w! k导致浇注时间长（一般为135~145妙）。
3 M' @, b" d+ H3．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）。
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四．综合以上分析，得出如下结论
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1．石英砂的高膨胀是导致脉纹毛刺的根本原因。
2 [: ^2 Z0 W5 G2．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。
3．铝钒土砂造型是解决消除脉纹毛刺的很好途径。