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調(diào)節(jié)閥鑄鋼件的鑄造生產(chǎn)中，常會出現(xiàn)縮松和夾雜類缺陷，因此生產(chǎn)控制有一定的難度。本文將結(jié)合
閥門鑄鋼件的生產(chǎn)實(shí)際，主要分析不同種類夾雜和縮松缺陷的形成機(jī)制，提出工藝控制的技術(shù)思路和措施，為鑄鋼閥門的生產(chǎn)提供技術(shù)參考。
一、夾雜類缺陷
1、夾雜類缺陷的類型
通常所說的夾雜類缺陷，包括：砂、渣、雜三種。鑄鋼閥門經(jīng)常出現(xiàn)的夾雜類缺陷包括以下情況。
（1） 在一些鑄件的下型部位靠近芯子下面，加工時常常暴露出存在細(xì)小白點(diǎn)，位置在表層4～6mm的厚度內(nèi)，若加工余量大則可去掉，若加工余量小，則需要現(xiàn)場焊補(bǔ)挽救，增大費(fèi)用。
（2） 一些鑄件在靠近內(nèi)澆道附近有沖砂、結(jié)疤、粘砂等現(xiàn)象。
（3） 一些鑄件上表面局部處有較大面積的贓物（夾雜物），并常有渣孔、氣孔。
（4） 個別較大的鑄鋼件，上表面或側(cè)面上部出現(xiàn)印痕、皺紋，橘皮和麻坑也有發(fā)生，修補(bǔ)打磨工作量較大。以上是肉眼可見的宏觀缺陷。經(jīng)X射線探傷時，常常反映出細(xì)微的夾雜物很多，只是未超標(biāo)，鑄件仍合格。為了獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高內(nèi)在質(zhì)量，也需要對此類缺陷進(jìn)行控制。
A、掉砂（砂眼）
內(nèi)因：鑄型的強(qiáng)度較低，局部緊實(shí)度不夠；或者水玻璃砂的CO2硬化效果不理想。
外因：澆注過程中流速過大、紊流，沖擊鑄型，或下芯合箱時掉砂。
（1） 鑄型強(qiáng)度與水玻璃加入量及CO2硬化的工藝有關(guān)。必要時可對硬化后的鑄型進(jìn)行烘烤以提高強(qiáng)度。一般來說，水玻璃加入量為6.5%～7.5%是比較合適的。只是面砂（新砂）厚度不均，對吹氣要求較高，要均勻，深淺適中。
（2） 鑄型受到的流動沖擊，是因鋼液流速過大所引起?？稍跈M澆道上增設(shè)阻流段，增大流動阻力，降低流動速度，在工藝設(shè)計時采用大孔出流理論計算澆注系統(tǒng)截面積，實(shí)現(xiàn)大流量、低流速、平穩(wěn)潔凈地充填。
（3） 下芯操作方面也應(yīng)細(xì)致，防止可能的掉砂。
B、夾渣
夾渣（渣眼）———渣滓，屬外來非金屬夾雜物。
一次渣：鋼液熔煉和處理過程中生成的渣滓隨流進(jìn)入型腔。大多屬于人工或澆注系統(tǒng)擋渣效果不理想所致。
二次渣：澆注過程中鋼液氧化形成的渣滓進(jìn)入型腔。大多屬于內(nèi)澆道嚴(yán)重射流所致。
對鑄鋼來說，充填過程中金屬液和型腔中的氣體、造型材料相互作用，產(chǎn)生Al2O3、SiO2、MnO、FeO等組成復(fù)雜的二次渣滓（主要是硅質(zhì)玻璃基和剛玉X2Al2O3晶體），進(jìn)入型腔后形成表面或內(nèi)部渣孔。
用鋁終脫氧，形成Al2O3，若粒徑小于5μm，其在10～30min內(nèi)難以聚集長大，達(dá)到肉眼可見的宏觀夾渣物浮出，只能彌散分布于鋼液中。實(shí)踐表明，濕型生產(chǎn)鑄鋼件，用鋁終脫氧，易在上表面或側(cè)面處形成夾渣。水玻璃CO2硬化砂，由于其中含有水分，在未烘干的情況下，也常出現(xiàn)夾渣缺陷。
C、夾雜物
包括內(nèi)生的氧化物、硫化物，如FeO、MnO、MnS等，至凝固后期偏析所致（偏析夾雜物），本來其體積很小，處于凝固過程中浮不出來，就會成為微小夾雜質(zhì)點(diǎn)。一般情況下不作為缺陷處理。
2、成因分析
以上問題，集中反映出鑄件的澆注工藝不甚合理[5]。主要問題是內(nèi)澆道截面積偏小，導(dǎo)致澆注速度慢，充型時間偏長；同時，內(nèi)澆道的出流速度又可能偏大，射流嚴(yán)重，卷入氣體，或形成紊流，引起鋼液進(jìn)入型腔的過程中發(fā)生氧化，生成較多的二次夾雜物（如MnO、SiO2、Al2O3、FeO等）。這些夾雜物的分布可能有3種情況：一部分浮在液面上形成氧化膜，隨流上升，被上升的鋼液沖破分向四周，隨即粘附在型腔表面，形成流痕、皺紋。一部分比較分散細(xì)小的夾雜物，本身在鋼液中上浮速度小，在澆注速度也小的情況下，鋼液由于溫度降低較多，粘度增大，使這些氧化夾雜上浮到一定高度處停留下來，特別容易粘附在芯子的下表面處，故此處機(jī)加工后比較明顯。也不排除鑄件上表面處同樣存在這類白點(diǎn)。一部分夾雜物上浮到鑄件表面處形成表面渣孔、氣孔，清砂后肉眼看不見，噴丸后出現(xiàn)坑洞、麻點(diǎn)。
由于內(nèi)澆道出流速度大，沖壞型芯，帶起砂團(tuán)，或沖刷掉一些小砂粒，造成砂眼、白點(diǎn)甚或夾砂結(jié)疤缺陷。
采用翻轉(zhuǎn)式澆包澆注時，扒渣不凈，擋渣不嚴(yán)，鋼液上面的贓物隨流進(jìn)入型腔，而澆注系統(tǒng)本身的撇渣功能又不強(qiáng)，贓物上浮至鑄件頂部，若不能進(jìn)入冒口，則留下玻璃質(zhì)渣滓，噴丸后出現(xiàn)凹坑、麻點(diǎn)等。
集中的原因是內(nèi)澆道截面積偏小，導(dǎo)致出流速度過大，氧化嚴(yán)重；且澆注速度偏小，澆注時間長，鋼液降溫太多，粘度增大，非金屬夾雜物、砂粒、渣滓等未能及時上浮進(jìn)入冒口。
3、預(yù)防措施
A、改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆注工藝
澆注系統(tǒng)截面尺寸的設(shè)計，應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)大流量低流速平穩(wěn)潔凈地充填。
（1） 加大澆注系統(tǒng)各單元的過流截面積，特別是內(nèi)澆道的截面積，以求減小出流速度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)充填，避免鋼液的氧化。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，若按傳統(tǒng)的奧藏公式計算，一般偏小20%～25%。如果澆注重量中不包括澆注系統(tǒng)的重量，則計算誤差更大（因?yàn)殍T鋼件的工藝出品率低），可在此基礎(chǔ)上加大。為了提高計算精度，建議按照大孔出流澆注系統(tǒng)設(shè)計方法計算澆注系統(tǒng)截面積，結(jié)果比較準(zhǔn)確合理，同時注意按澆注效果及時調(diào)整修正。
（2） 采用開放式澆注系統(tǒng)，特別是一些較大的鑄件。使內(nèi)澆道截面積大于前面的2個單元。只有內(nèi)澆道截面積大，才能降低出流速度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)潔凈地充填，以防止噴射、紊流、氧化、沖砂及內(nèi)澆道局部過熱等。如果采用底注式或中注式澆注系統(tǒng)，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)開放。因?yàn)榈鬃?、中注方式，直澆道壓頭高，一開始出流速度就很大。
（3） 底注或中注，應(yīng)保證快速澆注。因?yàn)榈鬃ⅰ⒅凶⒊湫屯戤吅?，進(jìn)入冒口的鋼液經(jīng)歷了較長的路程和時間，溫度最低，而鑄件下部由于有剛進(jìn)來的高溫鋼液，溫度高，在鑄件高度方向上，形成反的或倒的溫度梯度，既不利于夾雜物上浮進(jìn)入冒口，也不利于頂部冒口由下而上順序凝固補(bǔ)縮?？鞚?，充型時間短，有利于減小底注和中注的鑄件上下溫差，有利于夾雜物上浮進(jìn)入冒口。
（4） 加強(qiáng)澆注系統(tǒng)的擋渣功能
澆注系統(tǒng)中有擋渣功能的主要組元是橫澆道，橫澆道截面積大，流速減慢，渣輕易上?。M澆道頂面上的玻璃狀渣滓）。據(jù)此，橫澆道截面積的設(shè)計很重要，條件是橫澆道要充滿流動。
采用漏包底注具有良好的擋渣效果。
但不是所有渣滓都能擋住，渣滓越小上浮速度越慢，易隨流進(jìn)入型腔，形成渣孔。
（5） 要求澆注工一定要保證滿流澆注。即認(rèn)流要快，澆注系統(tǒng)一定要充滿（主要指直澆道）。對每種鑄件，工藝上按其澆注重量（包括澆冒口）確定合理的澆注時間，并力求達(dá)到，誤差不能太大。加大澆口杯，使?jié)沧⑦^程中澆口杯的鋼液始終保持一定高度，在即將澆滿時提前收包，把握住不在澆口杯內(nèi)留存鋼液。
快澆易出現(xiàn)抬箱跑火，應(yīng)卡緊上下箱，糊好合箱面，防止抬箱跑火。同時，排氣道的總面積（主要是明冒口和出氣孔）應(yīng)不小于直澆道總面積，避免快澆時型腔內(nèi)憋氣或嗆火。
綜上所述，改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆注工藝，對鑄件的表面質(zhì)量和內(nèi)部致密度的提高，有綜合效應(yīng)。
B、凈化鋼液
（1） 采用過濾技術(shù)
采用泡蜂窩孔陶瓷過濾器。該品用Al2O3（剛玉）等耐火材料，磷酸二氫鋁作粘結(jié)劑，和泡體等混合于1540℃燒結(jié)而成，鑄鐵、鑄鋼都能應(yīng)用，也有用陶瓷孔過濾片的。
（2） 鋼液要精煉，脫氧要徹底，保證爐料無銹少銹，出爐后靜置（?5min）扒渣。從鑄件表面發(fā)生皺皮來看，說明澆注溫度可能偏低，鋼液氧化比較嚴(yán)重。所以堅持常測溫，保證所需的澆注溫度是重要的工藝控制因素之一。
二、縮松（顯微縮松）
1、縮松的形成和部位
生產(chǎn)中常常發(fā)現(xiàn)，一些閥門鑄件打壓時有滲漏，如閥門的側(cè)法蘭下部與閥體連接處有縮松；有的閥門雖不滲漏，但X射線探傷檢查顯微縮松出現(xiàn)較多，達(dá)不到優(yōu)質(zhì)品等級。從不同企業(yè)鑄鋼閥門的生產(chǎn)情況整體來看，縮松的問題不是十分嚴(yán)重，或者說不很普遍。因?yàn)殚y門鑄鋼件在工藝設(shè)計上較多的強(qiáng)調(diào)補(bǔ)縮，安放的冒口尺寸大且數(shù)量多，通常一個中小型閥門，在3個法蘭處設(shè)置3～4個冒口，鑄件中部頂面上設(shè)置1個冒口，共4～5個冒口，還要使用金屬補(bǔ)貼，加上保溫冒口套的作用，補(bǔ)縮效果應(yīng)該是很不錯的，只是工藝出品率偏低，約50%～55%。
針對閥門鑄鋼件的特殊結(jié)構(gòu)和既定澆注位置，常在遠(yuǎn)離冒口（垂直或水平方向）的件壁中心發(fā)現(xiàn)顯微縮松（X射線探傷）。
（1） 閥門鑄件的本體壁厚比較均勻，而冒口多設(shè)置在孔口法蘭加工面處，鑄件本體上一般很少設(shè)置冒口，也很少加金屬補(bǔ)貼（本體不加工），這樣會導(dǎo)致冒口的有效補(bǔ)縮距離不夠，易在件壁形成中心縮松。個別尺寸較大的薄壁閥門中，縮松出現(xiàn)較多。
（2） 鑄件拐角等局部小熱節(jié)處，凝固比周圍稍慢，未能實(shí)現(xiàn)順序凝固補(bǔ)縮，也易發(fā)生微小的縮松?？s松的出現(xiàn)，仍然應(yīng)該歸結(jié)到補(bǔ)縮工藝設(shè)計不到位，集中反映為冒口補(bǔ)縮距離不夠?；蛘呤敲翱谥腥鄙傺a(bǔ)縮鋼液，或者是輸送距離遠(yuǎn)，未能形成良好的楔形補(bǔ)縮通道。
縮松形成的空洞，其總?cè)莘e是很小的，所需補(bǔ)縮鋼液的量也很小，但凝固后期補(bǔ)縮液在枝晶間流動，阻力很大，基本上為滲流，故冒口補(bǔ)縮的工藝措施往往事倍功半，即使加大冒口尺寸也往往難于濟(jì)事。
2、防止縮松缺陷的工藝措施
工藝改進(jìn)的思路是，從縮松發(fā)生部位起，采取工藝措施，保證朝向冒口的形補(bǔ)縮通道暢通。
對局部出現(xiàn)的縮松（或內(nèi)部縮孔），可采取具體措施加以解決。
（1） 若法蘭底部（下箱）距頂冒口太遠(yuǎn)，頂冒口的垂直補(bǔ)縮距離不夠，可以適當(dāng)加大冒口，延長補(bǔ)貼，或加冷鐵于縮松發(fā)生處。
（2） 對靠近冒口處或兩冒口之間很小范圍內(nèi)出現(xiàn)的縮松，最好采取冷鐵來控制。使用冷鐵時，需要找準(zhǔn)縮松發(fā)生的位置安放。
（3） 增大冒口有效補(bǔ)縮距離。在一般情況下，冒口有效補(bǔ)縮距離L=4.5T（T為鑄件壁厚），垂直補(bǔ)縮方向上L可大些，圓筒鑄件平澆L可小些。
以閥門鑄件的法蘭頂冒口為例，若壁厚T=4cm，則冒口有效補(bǔ)縮距離L=4.5×4=18（cm）（假設(shè)有末端區(qū)），可能遠(yuǎn)小于冒口到法蘭最底處的距離，雖然法蘭端面上冒口下部設(shè)有補(bǔ)貼，使補(bǔ)縮通道延長，但法蘭處有較大直徑的芯子，鋼液通過法蘭圓周拐彎到達(dá)底部，補(bǔ)縮距離遠(yuǎn)，補(bǔ)縮液流動的阻力大，補(bǔ)縮不到是能理解的。在工藝實(shí)踐中，可把法蘭頂部的1個冒口改為2個冒口，設(shè)在法蘭頂部的兩側(cè)，縮短補(bǔ)縮流動的距離，可以提高補(bǔ)縮效果。
也可在法蘭底部容易產(chǎn)生縮松處安放冷鐵，增大末端區(qū)。
建議采用成形保溫補(bǔ)貼（和保溫冒口套一樣，采用絕熱材料做成），保持冒口補(bǔ)縮通道暢通。保溫補(bǔ)貼的補(bǔ)縮效果好，可節(jié)約金屬液，減少加工量。保溫材料與保溫冒口套的相同，按鑄件形狀和尺寸制模成形，造型時埋入，見圖1。在薄壁大件上，冒口加冷鐵仍解決不了的縮松，可考慮在鑄件分型面上遠(yuǎn)離法蘭冒口的鑄件突出部位設(shè)置側(cè)冒口（如圖2），對該區(qū)域凝固后期可能發(fā)生的縮松進(jìn)行補(bǔ)縮，也有減輕中間頂冒口負(fù)擔(dān)的作用。
但生產(chǎn)中有時發(fā)現(xiàn)，在兩個冒口之間（冒口本身距離較近）會發(fā)生縮松。這是2個冒口對該處產(chǎn)生熱干擾，加上形成的砂尖散熱不良，延長了該處的凝固時間所致；還有可能是兩個冒口通過該處互相流通（連通器的作用），使此處和冒口同步凝固，后期得不到補(bǔ)縮出現(xiàn)縮松。防止辦法：可在兩冒口之間加冷鐵，放在芯子上，不要直接放在兩冒口之間，以免對冒口發(fā)生反作用。冷鐵放在芯子上，激冷效果不變，但不要阻礙件壁的收縮。
三、結(jié)論
1、為了防止和消除閥門鑄鋼件的縮松缺陷，應(yīng)從優(yōu)化和強(qiáng)化補(bǔ)縮工藝設(shè)計入手，采用冒口、冷鐵和保溫補(bǔ)貼相結(jié)合的工藝思路，力求提高冒口補(bǔ)縮效果。
2、閥門鑄鋼件的夾雜類缺陷表現(xiàn)為砂眼、夾渣和夾雜物，形成原因主要?dú)w結(jié)為澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理，內(nèi)澆道截面積偏小，出流速度大，澆注時間長。建議工藝控制的思路和措施，應(yīng)采用大孔出流理論設(shè)計澆注系統(tǒng)，開放式截面比例，快速澆注，實(shí)現(xiàn)大流量低流速平穩(wěn)潔凈的充填；注意脫氧精煉效果，有效凈化鋼液；加強(qiáng)澆注系統(tǒng)的擋渣功能，包括使用過濾技術(shù)等。
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