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铸件常见缺陷和处理
TheponywasrevisedinJanuary2021
铸件常见缺陷和处理
铸件常见缺陷、修补及检验
一、常见缺陷
1.缺陷的分类
铸件常见缺陷分为孔眼、裂纹、表面缺陷、形状及尺寸和重量不合格、成份及组织和性能不合格五大类。
(注:
主要介绍铸钢件容易造成裂纹的缺陷)
孔眼类缺陷
孔眼类缺陷包括气孔、缩孔、缩松、渣眼、砂眼、铁豆。
1.1.1气孔:
别名气眼,气泡、由气体原因造成的孔洞。
铸件气孔的特征是:
一般是园形或不规则的孔眼,孔眼内表面光滑,颜色为白色或带一层旧暗色。
(如照片)
照片1
产生的原因是:
来源于气体,炉料潮湿或绣蚀、表面不干净、炉气中水蒸气等气体、炉体及浇包等修后未烘干、型腔内的气体、浇注系统不当,浇铸时卷入气体、铸型或泥芯透气性差等。
1.1.2缩孔
缩孔别名缩眼,由收缩造成的孔洞。
缩孔的特征是:
形状不规则,孔内粗糙不平、晶粒粗大。
产生的原因是:
金属在液体及凝固期间产生收缩引起的,主要有以下几点:
铸件结构设计不合理,浇铸系统不适当,冷铁的大小、数量、位置不符实际、铁水化学成份不符合要求,如含磷过高等。
浇注温度过高浇注速度过快等。
1.1.3缩松
缩松别名疏松、针孔蜂窝、由收缩耐造成的小而多的孔洞。
缩松的特征是:
微小而不连贯的孔,晶粒粗大、各晶粒间存在明显的网状孔眼,水压试验时渗水。
(如照片2)
照片2
产生的原因同以上缩孔。
1.1.4渣眼
渣眼别名夹渣、包渣、脏眼、铁水温度不高、浇注挡渣不当造成。
渣眼的特征是:
孔眼形状不规则,不光滑、里面全部或局部充塞着渣。
(如照片3)
照片3
产生的原因是:
铁水纯净度差、除渣不净、浇注时挡渣不好,浇注系统挡渣作用差、浇注时浇口未充满或断流。
1.1.5砂眼
砂眼是夹着砂子的砂眼。
砂眼的特征是:
孔眼不规则,孔眼内充塞着型砂或芯砂。
产生的原因是:
合箱时型砂损坏脱落,型腔内的散砂或砂块未清除干净、型砂紧实度差、浇注时冲坏型芯、浇注系统设计不当、型芯表面涂料不好等。
1.1.6铁豆
铁豆是夹着铁珠的孔眼、别名铁珠、豆眼、铁豆砂眼等。
铁豆的特征是:
孔眼比较规则、孔眼内包含着金属小珠、常发生在铸铁件上。
裂纹类缺陷
裂纹类缺陷包括:
热裂、温裂、冷裂。
1.2.1热裂
热裂是在较高温度下产生的,常发生在凝固温度附近。
热裂的特征是:
铸件上有穿透或不穿透的裂纹,呈弯曲形,开裂处表面氧化。
(如照片4)
照片4
产生的原因是:
铁中含硫量过高或杂质过多、砂型的退让性能差、浇注温度控制不当、铸件壁簿厚转接处过渡剧烈、浇口、冷铁、收缩筋、排气孔的尺寸和位置不当等。
1.2.2温裂
温裂又称热处理裂纹由切割、焊接或热处理不当引起。
温裂的特征是:
铸件上有穿透或不穿透的裂纹,开裂处金属表面氧化。
1.2.3冷裂
冷裂是铸件在较低温度下产生的裂纹。
冷裂的特征是:
铸件上有穿透或不穿透的裂纹,呈直线形,开裂处表面未氧化。
产生的原因是:
铸件结构不合理,厚簿不均、砂型或泥芯退让性能差、铸件各部分冷却不一致,合金自身应力倾向大。
表面类缺陷
表面类缺陷包括粘砂、结疤、夹砂、冷隔。
我们主要针对会造成铸件裂的冷隔做一介绍:
冷隔又称对火、接火等
冷隔的特征是:
在制件表面有不规则的明显下陷线形纹路(有穿透的和不穿透的两种),形状细小而狭长,在外力作用下有发展趋势。
从冷隔的特征看,它容易造成母体裂的危害。
冷隔造成的裂纹,不会马上出现,它是在运用时,在承载受冲击作用下产生疲劳裂。
(如照片5)
照片5
产生的原因是:
多浇包多点同时浇注,使两股金属流对接,但未完全熔合而又无夹杂存在其间,两层金属结合极弱;浇注温度太低、浇注速度过慢、浇注时间太长合金性能流动性差,碳、硅太低,硫量较高。
或多浇包顺序浇注,前后两包断流时间太长;铸件截面薄而长,铁水流不利,浇铸断流、砂型跑火、一次性浇注铁水不足、而补浇又不及时等。
尺寸形状和重量不合格类缺陷
尺寸形状和重量不合格类缺陷包括:
多肉、浇不足、落砂、抬箱、偏芯、变形、错箱、损伤、形状、尺寸和重量不符等。
成分组织及性能不合格类缺陷
成分组织及性能不合格类缺陷包括化学成份不合格、金相不合格、偏析、过硬、物理力学性能不合格。
二、缺陷的处理
铸件缺陷处理较为关键,尤其在处理裂纹时,处理过程中任何一个环节不注意都会引发新的裂纹。
因此我必须关注细节,严格执行工艺,确保质量。
1.铸钢件缺陷修补的原则:
缺陷的修补必须在不影响产品质量的前提下进行,修补依据应按相关标准有关技术规定执行。
如所存在缺陷是否充许修补,及修补相关的技术要求。
参照标准:
TB1583-96机车车辆铸钢件补焊技术条件
TB1464-91铁道机车车辆用碳钢铸件通用技术条件
TB456-84车钩钩尾框技术条件
TB1400-91内燃机车用铸钢轮心技术条件
2.铸钢件裂纹的处理方法
焊补是铸钢件的基本生产工序之一。
铸钢件上的铸造缺陷几乎都可以用焊补法修复。
电弧焊被广泛采用。
(1)铸钢的焊接性:
铸钢的含碳量对焊接性影响极大,合金元素的影响亦相当复杂。
碳钢或低合金钢的焊接性通常用碳当量CE估计,近似计算公式颇多,大同小异。
(2)焊补要点:
为了保证焊补品质(质量),应认真清理缺陷处的粘砂、氧化皮、夹杂物等;开出坡口;并根据钢的焊接性做好焊前预热和焊后热处理。
打止裂孔及裂纹的消除
裂纹的消除可采用电弧气刨或角型砂轮打磨、风铣刀消磨的冷消除法。
建议重要件的裂纹消除尽量采用冷消除,尽可能的减少受热。
浅表性裂纹可不做止裂孔,裂的深度、宽度较大必须处理前在裂纹的终端10mm以内,预制5~8mm的止裂孔,防止裂纹的延伸。
预制坡口和间隙
我们在处理厂修车、构架拐壁座、轴箱拉杆座、旁承座等的裂纹时,焊缝要求焊透。
一般采用60度V型坡口,预留2mm间隙。
对于重要部位,裂纹较严重的T形接头或角接接头,建议对立板开30度V型坡口,这样才能保证熔合质量。
焊前准备处理
焊补铸钢件所用焊条应使熔敷金属的化学成份、机械性能与母材相当。
处理裂纹我们建议采用碱性焊条,提高抗裂性和韧性。
焊前要求对焊条预热200-250℃,使用温度不底于150℃。
环境温度不低于5度。
要求对坡口表面及施焊表面20mm区域内砂轮打磨。
坡口表面不充许存在2mm以上沟槽,金属表面无油污、氧化物、铁锈见金属光泽。
建议在施焊前对铸钢件母体进行预热。
最好采用整体预热,如不能整体预热时,可采用局部预热。
局部预热的范围为焊缝两侧至少各取焊缝处截面厚三倍的宽度。
各种牌号铸钢件的预热温度、焊后保温措施、焊后去除应力的热处理参照表1
表1
铸件牌号
预热温度
焊后保温措施
焊后热处理
ZG230—450
>50℃
不需要
除技术条件规定外一般不做热处理
ZG310—570
≥150℃
石棉被履盖缓冷或随炉冷却
600℃—650℃
ZG265—480
≥150℃
ZG415—620
≥150℃
318℃—650℃
ZG690—830
150℃—280℃
430℃—650℃
一些常用铸钢的焊接性
钢种
主要化学成分(%)
焊接性
焊前预热温度(℃)
焊后于560~650℃退火
碳钢
C<
良
不需
不需
C~
可
100~150①
最好退火
C~
尚可
150~300
应进行
锰钢
~,~
可
100~150①
最好退火
~,~
尚可
150~300
应进行
铬钢
Cr<,C<
良
不需
不需
~,C<
可
150~200℃①
最好退火
镍钢
Ni<,C<
良
不需
不需
~,~
可
100~150①
最好退火
Ni>,~
尚可
150~300
应进行
钼钢
~,C<
可
100①
最好退火
~,~
可
100~150①
最好退火
铜钢
Cu<,C<
良
不需
不需
焊接过程
焊接操者须经平焊考试合格,具备焊工资质的人员操作。
在施焊时应该选择合理的焊接规范。
焊接引弧时,应防止电弧击伤铸件表面,禁止在非焊接区域引弧打火。
施焊部位应避免人为吹风与穿堂风。
对接焊缝不能一次填充过多,采用多层焊,不得少于三层。
第一层焊缝采用较小直径的焊条施焊,以较小的熔合比,防止产生热裂纹。
每焊完一层后,应彻底清除熔渣(发现裂纹及缺陷应清除)后,再焊下一层。
施焊中应保持焊缝层间不低于预热温度。
较长焊缝大于200mm的焊接,应采用分段法。
每层的起弧和收弧位要错开不少于20mm。
尽量避开死角位及终端起弧或收弧。
1.铸铁件的焊补
铸铁件上的气孔、砂眼、夹渣、裂纹、渗漏等缺陷,若不超过焊补的允许范围,可以进焊补修复。
但是,铸铁的焊接性能差,焊后常出现气孔、变形,易断裂,难加工,因此焊补铸铁时,应非常慎重。
(1)焊补方法:
铸铁的焊补方法通常按工件的预热温度分类
(2)焊前不预热或仅预热到250℃以下,称为冷焊;焊前预热到250~450℃,称为半热焊;焊前预热到500~700℃,称为热焊。
铸铁常用焊补方法的特点及适用范围见表2.
(3)铸铁的焊补方法及其适用范围
表2
焊补方法
铸件预热
焊补特点
适用范围
焊条电弧焊
不预热冷焊
通常采用非铸铁焊条。
若用镍基焊条,焊后可加工;若用其它种类焊条,焊后加工性差,且焊缝强度和颜色各不相同,有的与母材接近
采用大直径铸铁芯焊条和大电流时,若能严格执行冷焊工艺要点,则焊后可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同。
但若缺陷四周刚度大时,焊后易开裂
冷焊、半热焊主要用于非加工面上焊补,有时也用于加工面上焊补
400℃左右半热焊
一般采用钢芯石墨化型铸铁焊条,焊后加工性不稳定,强度与母材相近
500~700℃
左右热焊
一般采用铸铁芯焊条。
焊后需保温缓冷。
可加工,硬度,强度、颜色与母材基本相同,即使缺陷四周刚度大,焊后亦不易开裂
氧-乙炔气焊
不预热
焊后可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同。
但焊后常易开裂
主要用于非加工面
600℃左右热焊
预热后快速焊。
焊后在650~700℃左右保温缓冷。
可加工,硬度、强度、颜色与母材基本相同
多用于加工面
钎焊
钎料与铸件
一同加热
钎料熔化,流布铸件的缝隙或空洞中。
焊后,铸件变形小,易加工,但不宜高温工作
主要用于修补孔洞,裂缝等缺陷
2焊条的选用焊补铸铁缺陷应根据母材选用适当焊条,见表3。
表3根据铸铁材质选用焊条(日本焊接协会)
母材
焊条种类
焊接种类
镍焊条
DFCNi
镍铁焊条
DFCNiFe
镍铜焊条
DFCNiCu
铜焊条
DFCCu
铁焊条
DFCFe
灰铸铁
补洞
优
优
优
优
优
焊接
优
优
一般
差
差
焊补裂缝
优
优
稍差
差
差
球墨铸铁
补洞
良
优
一般
稍差
稍差
焊接
一般
优
差
差
差
焊补裂缝
一般
优
差
差
差
可锻铸铁
黑心与
白心
补洞
优
优
良
稍差
良
焊接
良
优
稍差
差
差
焊补裂缝
一般
优
差
差
差
珠光体
补洞
优
优
一般
稍差
良
焊接
优
优
稍差
差
差
焊补裂缝
优
优
差
差
差
注:
日本JISZ3252铸铁焊条(下列成分是焊缝金属成分%):
焊条名称
C
Mn
Si
P
S
Ni
Fe
Cu
DFCNi
>92
—
—
DFCNiFe
40~60
余量
—
DFCNiCu
>60
~
DFCCu
~
~
—
—
余量
DFCFe
—
余量
—
表4铸铝件常用焊补方法及应用
方法
焊补要点
应用
气焊
1.焊条与补焊铸件相同
2.熔剂①(焊药);氯化钾30%~50%,氯化锂0%~23%,氯化钠0%~45%,氯化钡0%~40%,氯化钠0%~9%,氟化钾0%~15%,冰晶石0%~20%。
3.铸件预热到300~400℃,保温2~3h
广泛应用
金属极电弧焊
1.焊条常用铝硅合金焊条(Si4%~6%)也可用纯铝焊条(Al≥%)
2.工件预热温度:
壁厚<6mm,100~150℃;壁厚6~8mm,200℃左右;壁厚8~12mm,350~400℃
3.焊后300~350℃回火
适于大铸件,重要铸件,如缸体,缸盖等。
应用较广
氩弧焊
1.焊条位于钨极下方,端头伸入熔池,在氩气保护中,钨极熔化金属
2.铸件预热150~200℃;焊后缓冷
适于重要铸件,如缸体、缸盖等。
质量好,成本高
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