铸件晶粒粗大的缺陷成因及防止措施.docx

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1、铸件晶粒粗大的缺陷成因及防止措施摘自：金属加工(热加工)原机械工人(热加工) 九江职业高校 王荣【摘要】系统地分析和研讨了铸件晶粒粗大缺陷的产生缘由，提出了相应的防止方法，对铸造 工作者有肯定的借鉴作用。铸件晶粒粗大是指经过机械工或进行断口检验时，显示出晶粒组织过分粗大而不适合应用的缺 陷，这种晶粒粗大的组织，可能是遍布于铸件整体，也可能发生于铸件的局部。从本质上讲，晶粒粗 大缺陷是一种冶金缺陷。笔者依据多年的生产实践并参阅有关资料，谈谈铸件晶粒粗大缺陷产生的缘 由及防止措施。1.铸件结构和工艺设计(1)铸件截面差异过，会由于较厚的截面冷却缓慢而造成该处晶粒粗大。灰铸铁等对截面变化特 别敏感的

2、金属，更简单产生此类缺陷。防止产生这类缺陷的有效方法是避开铸件截面尺寸过分悬殊，但这种途径有时是铸造工作者所 无能为力的。因而就铸造本身言，可通过实行设置冷铁、掌握浇注温度或通过选择合适的浇汁系统来 削减这类问题的发生，降低这类缺陷的严峻程度。采纳冷铁可加快铸件较厚截面的冷却速度；浇注温 度过高，会使这类问题更为严峻，应予以避开；通过调整、修正浇注系统设计，使温度低的金属熔液 位于铸件截面较厚的部位，并在铸件的厚截面处设计最有效的冒口，以尽可能减小冒口的尺寸。(2)对于带孔铸件，工艺设计人员有时没有采纳有助于减小有效截面尺寸的型芯，使未设芯的截 面过厚而产生此缺陷，因此在工艺设计时，应尽可能在

3、较厚的截面中设置砂芯。(3)在某些状况下，铸件截面并不太厚，但因某一较窄的凹陷部位或型芯在铸件中形成热汇截面, 其结果和厚大截面一样。例如.在铸件较深部位的一个柱状脐子处，可能需要设置型芯，而这样就会 造成冷却缓慢。在不能设计进行修改的状况下，除非可以降低金属温度，或重新没置浇口，最好的解 决方法是在型芯或铸型截面处设置冷铁。(4)工艺设计时加工余量留得过大，不仅增加了切削加工的费用，还会把较致密的铸件表层切削 掉，并暴露出中心冷却较慢的疏松局部。这种设计毫无可取之处，由于无论从铸造还是从机械加工的 角度来看都是不合理的，解决方法是转变铸件的设计。假如不允许更改设计，那么正确的方法那么是采 纳

4、冷铁、掌握浇注温度及调整浇注系统。(5)在厚截面处型芯设计不合适，型芯支撑不正确，或采纳其他引起偏芯的技术，会造成铸件截 面的变化，从而引起晶粒粗大。2 .浇冒口系统(1)未能实现挨次凝固 浇注系统未能很好地实现挨次凝固，通常是造成晶粒粗大的缘由。对于 截面变化急剧的铸件，必需允分留意内浇口的数量和位置。为了进行补缩，在冒口的作用区保持灼热 的熔融金属，会使厚截面的冷却速度降低到产生粗大晶粒的程度。冒口设计不当，如冒口颈过长，冒 口垫设计不当，或冒口尺寸太大，都会在较厚截面处造成过多热量的汇合。(2)易于造成热汇的浇冒口分布 同样，为了对厚截面进行补缩，常会在局部区域造成过分的热 量汇合。例如

5、，由于侧冒口会造成厚截面的过热并减缓冷却速度，所以有时不便于在实际操作中使用。 实际生产中需通过合理的冒口设计，尽可能减小冒口的尺寸。(3)在内浇口或冒口与铸件连接处造成局部热节 内浇口或冒口颈部较短，对于补缩是有利的， 但却会使横浇道或冒口太靠近铸件，减缓了该部位的冷却速度。而增大冒口颈部，又会给补缩带来问 题。因此最好的措施是实行有效的冒口设计，尽可能削减冒口的尺寸，不使横浇道和冒口过于接近易 于形成粗大品粒的关键截面，恰当地设置横浇道和冒口，以实现补缩。(4)内浇口数量缺乏 内浇口数量太少，不仅易于造成冲砂，同时还会造成局部热节和粗大晶粒 组织。这种现象普遍存在于全部的铸造金属中，即使是

6、浇注温度较低的铝合金也会消失这种状况。在 某些状况下，由于浇口数量太少，会导致产生缩松缺陷。这种缩松缺陷可能会掩盖由于同样缘由造成 的晶粒粗大的缺陷。实际上，当晶粒粗大缺陷严峻恶化时，就变成了一种缩松缺陷，因而对这两种缺 陷的防治措施，经常是相同的。3 .型砂只有当型砂使型壁产生的位移足以导致增加临界截面(易于形成粗大晶粒的截面)的截面尺寸时, 型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一个因素。由于在厚截面处的型壁移动可能最大，所以这种缺陷还是有 可能产生的，此时所产生的品粒粗大缺陷和胀砂有关。4 .制芯生产中应避开采纳未烘透或空气硬化的油砂芯，由于这种型芯可能会产生放热反响，从而造成 热量过分汇合。这种状

7、况或消失于大型铸件，或消失于采纳具有放热性能粘接剂的厚大型芯。从某种 意义来说，这种型芯起着一种高效率的绝热体的作用，并把金属熔液的冷却速度减缓到了危急的程度。5 造型(1)缺少能促使加快冷却速度的通气孔就较厚的铸件截面来说，铸件的冷却速度与通过型砂散出 热量的速度有关。排气充分会有助于水气快速排出，从而产生一种致冷的效应。(2)未设置激冷钉或冷铁这种状况通常是由于马虎疏忽所致。6 .化学成分从本质上来说，晶粒粗大和金属的化学成分与冷却速度的协作有关，因此选择这种协作是特别 重要的。假如冷却速度难以调整，那么粗晶组织必定是起因于金属的化学成分不当。由于金属成分的 重要性，现将每一种金属简述如下

8、。(1)灰铸铁和可锻铸铁碳当量过高，碳和硅效应的数学计算，通常可以概括为：CE=C+1/3Si, 晶粒粗大可能是由于碳过度或硅过度，或者碳硅过度所致。与硅相比，碳的效应相当其3倍，所以碳 的做量变化，要比硅的同量变化危急得多。碳、硅的这种作用，既影响到可锻铸铁，也影响到灰铸铁。 对可锻铸铁而言，晶粒粗大既不呈现为黑色，也不呈现出表示初生石墨的麻口，而是以一般的晶粒粗 大的形式呈现，这是由于含碳或含硅量过高，或者二者均过高。磷也会对晶粒粗大产生影响。当wp=0.1%时，会加重缩孔缺陷，特殊是在冷却较缓慢的截面部 位加重晶粒粗大缺陷的程度。(2)铸钢 在铸钢的熔化和脱氧操作中，加入了一些会延缓晶粒

9、长大的元素，因此和锻钢相比， 铸钢不太简单形成品粒粗大。因成分而引起品粒粗大的铸钢件，可通过退火或正火处理得到细化。(3)铝合金 铁杂质会使铸铝件品粒粗大，脆性增加，这类缺陷多数是由于熔化操作不当所致。 在铝合金中，特殊是那些要求过热的铝合金，加入适量的细化品粒合金元素是必要的。(4)铜合金铜合金中晶粒粗大的缺陷常被针孔、气孔或缩松所掩盖。铜合金因成分变化会造成 品粒粗大，但通常总是先消失针孔、气孔或缩松。7 .熔化熔化操作小当会对合余的品粒组织产生影响。对于不同的铸造金属，必需实行小同的熔化工艺。(1)冲天炉熔化灰铸铁 鼓风量和焦炭不平衡，会造成过度增碳。例如，底焦高度过高和降低鼓 风量会造

10、成过度增碳。当炉衬熔蚀后，增碳会更加严峻。由于冲天炉直径变大后，为了保持同样的含 碳量，需增加鼓风量。在过高的温度下熔化会增加碳量，假如采纳热风熔炼，就会遇到这种状况。依 据阅历，鼓风温度每增加55,就会增加0.10%的碳(质量分数)。假如采纳氧气来提高温度，并不 肯定会产生同样的问题。出铁液的间隔过长，或铁液停留在炉缸中的时间过长，也会导致增碳。生产低碳铸铁一般都采 纳较浅的炉缸，并缩短出铁液的间隔时间，尽量做到连续出铁液。间断熔化会造成过度增碳，导致产生粗晶组织。此外，因停风而使熔化间断，几乎无一例外地 导致碳和硅含量的波动。停风之后，通常需要15min,才能重新获得原来规定的化学成分。(

11、2)可锻铸铁 炉料称重或配料中产生的偏差会导致化学成分的变化；炉内鼓风量没有保证，会 影响化学成分的掌握；熔化过热或火焰中充烟，都会造成增碳。(3)黄铜和青铜采纳脏污的垠烟，以及在卅堪的底部和侧壁处留有上一炉熔化时所剩余的凝壳 或金属薄层，都会造成对下一次熔化的污染，因此生产中应避开使用来源不明的废料，防止在金属炉 料内掺入会产生气体的原材料，如湿的、油污染的或其他脏污的材料。(4)铝 因熔化温度掌握不当而使铝液过热，是造成铝合金晶粒粗大的常见缘由。因此生产中应 将过热的铝液缓慢地冷却下来，使其降到较低的浇注温度。此外，在配料过程中马虎大意或者炉料污 染，也会引起晶粒粗大缺陷。8 .浇注对全部金属来说，浇注温度过高都简单造成晶粒粗大缺陷。9 .其他(1)冷却速度过慢 除了与设计、浇注系统和金属成分有关外，还与其他因素有关，如型砂紧密 度偏低、当需要采纳而没有采纳冷铁、浇注和落砂之间的时间间隔过长，以及落砂后将灼热的铸件堆 放在一起等。(2)热处理不当也是造成某些金属品粒粗大的主要缘由之一。(3)机械加工不当 不恰当的机械加工会使实际上致密的铸件看上去像是具有晶粒粗大缺陷的 样子。所谓机械加工不当，是指刀具磨得不合理、刀具过钝、切削速度或进刀掌握有误，以及粗加工 方法不当等，这些都会造成带有某种损伤的多孔外观，这种外观会使人们认为铸件存在晶粒粗大的缺 陷。