压力锅下壳是采用ZLlO5合金纯回炉料挤压铸造成形法生产的}挤压形式及模具结构装置如简图I。挤压力为6吨,挤压时间为50~60秒、凹模正常工作温度为350℃ ,采用风冷,水玻璃氧化锌涂料4浇注温度为700-+'10℃,开始加压时间为18~20秒。炉料由废铸件、浇冒口、回收废零件等回炉料组成,采用二次重熔法熔炼,用氯气精炼。产品为24公分压力锅,铸件壁厚均匀, 加工后经水压(!.5kgf/c rn )试验,在压力下持续数分钟不发生渗漏为合格。据现场统计表明, 在水压试验时铸件园漏水、渗水造成报废的废品率高达60 左右。不仅浪费了大量的人力,物力,而且直接影响到生产计划的完成。
由于所用原材料为再生合金料,现场分析用x光无损探伤结合肉眼检查,把水压试验后暴露的缺陷翔为夹杂(渣)也氨判为气孔或缩橙的,但翔据不充分,措施不力,效果不明显。为弄清缺陷的性质、鸯出缺陷产生的真正原因,从而确立有效的防止措施,达到提高铸件质量,降低废品率的目的,结合 生产过程,我们对铗陷进行了更深一步的分析研究。
(一)侵入性气孔
试样缺陷位于压力锅下壳侧壁距锅‘底lOOmm处,水压试验时有水珠不连续地滴漏。在x射线透射底片上观察到漏水处是单个存在的点状阴影。贯穿整个隔壁。将阴影在高倍 微镜下进行金相观察, 阴影为孔洞, 轮廓呈椭圆形。孔的四周封闭。没有明显分叉。周围组织致密, 孔内呈氧化色。为了作更进一步的探讨和分析。又采用扫描电镜观察, 如图2,可清晰崎看到 洞侧壁上布满着“花生米”状的光滑的捆短柱晶芽,图中孔的左角为不发达的枝晶结构,右上角单个晶粒散乱分布,各主晶轴的方向不一致。电子探针微区成分分析结果表明,孔壁主要元素为A1,Si,Cu,其含量与基体台金成分接近,对表面进行面扫描证实,孔壁表面有少量的’氧均匀分布。根据观察和分析,可以认为该孔洞为侵入性气孔。气孔的产生是铸件在挤压成形时形成的,当冲头向下运行时凹模内的 气体上升,部分气体因来不及排出被卷^到铝液内并随之上浮,上浮速度主要与台金液的牯度有关,随着温度降低合金的粘度增大}当台金液的牯度增大到足以使气泡上浮速度趋于零时,则气泡停止上升,留在台金液内。因高压锅壁很薄,加之A1一si台金在压力作用下,熔点上升,过冷度增大,所以凝固速度很快,随着凝固过程的进行,气泡体积很快减小,而内部压力(P-)却迅速增大。当气泡内的总压力(Pt)大于作用在气泡上的外部总压力(P )时(P 包括凝固收缩力和保压时传递到气泡上的有效挤压力),气体将侵向凝固层薄弱处一晶界。由于压力作用强烈地增大了冷却速度,所以挤 压铸造合金的凝固方武,一般为逐屠凝固,组织为细短柱状晶。这样被压缩的气泡将沿柱状晶界伸向铸件壁的两侧,甚至形成穿透性气孔,如本文例,气体与沿柱状晶界穿越过程中,强大的气压作用使枝晶歪扭、变形、破碎,故气孔内壁呈现如图2那样的晶粒形态和分布。
(二)析出性气缩孔
分析试样取自另一渗水高压锅下壳的底部,缺陷在机加工后敞露出来,呈区域性分布。在X透射底片上可观察到条纹状、细点状等不规则的阴影。用扫描电镜观察,这些缺陷是不同形状的孑L洞,如图3所示。取其中一较大的孔洞进行扫描拍照,由图4可见,整个孔形是不规则的,分叉延伸到枝晶间,孔壁上生长着光滑的“鹅卵石” 状的晶胞。这种光滑均晶胞说明孔内有气体存在。胞晶排列方向性的指向最后凝固部位即图中黑色部分。孔洞周围组织不致密,图5为孔洞周围某区域放大图,由图可见该区域为明显的显微缩松。通过上述分析,可以认为这类缺陷为析出性气缩孔。其产生匣园可结合 生产现状分析,浇注台金经两次熔化及两次 氯气精炼,合金液内的氧化夹杂物大大减少,含气量亦理应大大减少,但由于 生产周期长,炉内液面没加复盖剂而直接与空气接触,加之南方空气湿度经常攫大,造成了合金液严重吸气。合金液浇入凹模后停留20多秒钟,冲头才下压,造成又一次吸气;同时,由于加压前停留的时间太长凹模底温度过高,散热条件又差,使得此处金属凝固的速度低于锅壁, 合金凝固收缩最后得不到补偿而形成孔穴, 成为一瞬时负压区。
对于液态金属来说, 由于两次吸气(主要是氧气),使得原始含气量C。急剧增加,金属凝固时固一液界面前演相中气体浓度C 将增大,气体浓度超过该 铸造条件下的过饱和气体浓度s 的气体析出区△x也将增大, 见图6} 由上述分析可知,锅底区域的凝固速度缓慢,故AX的存在时间长,这样气泡析出的可能性也就大。随着凝固过程的进行,枝晶间的液相被封闭,再继续结晶,封闭区的液相减少,剩余液相中气体浓度却不断增加,后 晶的固相中气体浓度也相应不断提高。凝固后期的液固相中气体析出压力也不断加大,到结晶柬期将达到最大值,在上述瞬时负压区的作用下,气体析出,进入孔穴形成了气缩孔。尽管挤 压铸造比其他 铸造条件下的过饱和气体浓度s 大,但当金属液含气量过高时仍会产生一个越过s 的气体析出区AX,而有剥于气孔的生成。如果加大凝同速度,使得AX区的存在时间极短,气体来不及析出,最后以过饱和状态存在于固相中,便可避免气孔的生成。
(三)气孔缺陷的防止
根据对来自 生产中的铸件缺陷分析,结合 生产现状, 笔者认为防止或消除上述漱陷的产生可从如下几方面考虑:
1.减少金属液原始含气量C。
为防止工作合金液的两次吸气, 在用氯气精炼后液而上应立即撒复盖剂}浇注过程中自始至终要保持台金液与空气处于隔离状态}提早加压, 缩短合金液在凹模内的停留时问,若有可能, 尽量不要安排在梅雨天或车闻现场湿度很大的条件下浇注铸件。
2. 改进挤压工艺参数
硪小加压速度,保障金属液乎稳充型,利于型腔T 气体排出。增大挤压比压,提高气体在金属液中的溶解度,减少气体在金属凝固时的析出量l增大比压还能促使晶体骨架产生塑性变形,压台收缩孔穴或使枝晶破碎,封闭区难以形成, 使未凝固金属渡与正在凝固收缩部位保持畅通,利于补缩, 达到消除缩孔或缩松的目的。
3. 提高冷却速度
提高冷却速度,尤其是要稳定容易产生缩松部位 模具的澈冷能力.除了通过涂料和合理安置气塞调整模温以外,若确有必要还可以通过加大局部地方的 风冷能力,加快散热速度,保持正常的工作温度在目前垒属啜村料供应不足的条件下,充分利用再生材料是可取的,只要合理地组织 铸造生产,加强管理,完全可以 生产出优质合格铸件。
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