Знание - Sanxin

Задният капак е ключов компонент в конструкцията на хидравлични моторни системи и хидравлични помпени системи за багери, а иновациите и пробивът в процеса на леене представляват голямо предизвикателство. Без висококачествени задни капаци, изграждането на висококачествени хидравлични системи ще се сблъска със значителни трудности. Задният капак, изработен от сферографитен чугун, има високи изисквания по отношение на точност на размерите, чистота на вътрешната кухина и консистенция на материала. Следователно, когато компанията за първи път произведе този тип продукт, трудността на процеса на проучване и разработване беше сравнително голяма. Наскоро произведохме заден капак (както е показано на Фигура 1) с тегло 77 кг, максималният размер на контура на отливката е 342 мм.×303mm×137.5 мм, а материалът е сферографитен чугун. Дебелината на стената е сравнително голяма, като максималната дебелина на стената е 137.5 мм. Основната структура включва два канала за масло под високо налягане и един канал за засмукване на масло. Размерът на сърцевината на канала за засмукване на масло е сравнително голям, с диаметър 87 мм, дължина 130 мм и височина 137.5 мм, както е показано на Фигура 2.

 

 

-----------------------------

Първоначално проектираната литникова система е показана на Фигура 3: 4 части в 1 кутия, хоризонтално изливане, средно изливане, като разтопеното желязо влиза от централната позиция на отливката. F вертикално:F хоризонтално:F вътрешно = 1.4:1:2. Тази система е полуотворена и полузатворена литникова система. С оглед на дефекта с гъсти игловидни газови отвори, възникнал в производствения процес на тази заготовка, това проучване провежда задълбочено обсъждане на този въпрос и след това предлага съответни решения.

 

--------------------------------

 

1. Анализ на дефектите

Дефектите на порьозност са едни от често срещаните дефекти в отливките. Механизмът на генериране на дефекти на порьозност е сложен и разнообразен и има много фактори, допринасящи за тяхното образуване, включващи множество процеси в производството на отливки. Дефектите на порьозност, открити в заготовките на задните капаци на нашата фабрика, могат да бъдат класифицирани в два вида: единият вид дефект на порьозност е разпределен под канала за засмукване на масло, както е показано на Фигура 4. В отливката дефектът може да бъде открит в състояние на заготовка; другият вид е разположен на 1 до 3 мм под повърхността на отливката. В състояние на заготовка дефектът не може да бъде открит, но ще се появи след обработка, както е показано на Фигура 5.

----------------------------

Местоположението на дефекта е анализирано чрез електронна микроскопия, както е показано на Фигура 6. Морфологията на микроструктурата показва, че вътрешните частици са равномерно разпределени, а повърхността е гладка. Въз основа на това се преценява, че става въпрос за дефект на порьозност.

​​​​​​​

-----------------------------

Първоначалната преценка се основаваше главно на относително голямата дебелина на ядрото на маслоабсорбиращия канал и турбулентния поток от разтопено желязо, образуван под маслоабсорбиращия канал, поради средната инжекционна шлюзова система, което доведе до образуване на порьозност. Лимовата система беше коригирана чрез замяна на средното инжектиране с долно инжектиране, но проблемът все още съществуваше.

 

Според литературни изследвания, източниците на газ включват главно магнезиеви пари, водород от феросилиций и газове, въведени в разтопеното желязо поради реакции на повърхността. По време на процеса на втвърдяване, оксидният филм върху повърхността на стопилката на ковкото желязо предотвратява излизането на газови пори, като по този начин причинява образуването на газови пори.

 

Газовите пори са сравнително често срещан дефект при отливане на чугунени детайли, а най-често срещаният тип газови пори в отливките от ковък чугун са подземните газови пори, чиито причини за образуване са доста сложни и включват главно химични реакции в разтопеното желязо или между разтопеното желязо и пясъчните сърца и форми. Първо, първият вид реактивни газови пори се отнася до газови пори с форма на пчелна пита, образувани от химични реакции между химичните компоненти в разтопеното желязо или между компонентите и неметалните включвания и др., които са във формата на плугове или топки и са сравнително равномерно разпределени. Друг вид газови пори са реактивните газови пори между разтопеното желязо и пясъчните сърца и форми. Обикновено дебелината на повърхността на отливката е в диапазона от 1 до 3 мм, а в някои случаи тя може да бъде изложена само на повърхността на слой оксиден филм. След машинна обработка или почистване, повърхността може да разкрие първоначалния си вид. Тези газови пори понякога са сферични или с форма на плуг, с диаметър обикновено от 0.1 до 0.3 мм; понякога са удължени, с диаметър, достигащ 7 до 10 мм; и повечето от тях са перпендикулярни на повърхността на отливката.

 

2. Причини за образуване на реактивна газова порьозност

Основните компоненти на газа в реактивната газова порьозност включват водород (H2), въглероден оксид (CO) и въглероден диоксид (CO2). Процесът на образуване на това явление е доста сложен и факторите, които допринасят за него, включват следните аспекти.

 

2.1 Ниска температура на изливане на разтопено желязо

Ако температурата на изливане е ниска, разтопеното желязо е склонно към втвърдяване, преди газовете, образувани от реакцията, да бъдат напълно изхвърлени. Когато газовете вече са образували пори, реакцията е непълна. Освен това, разтопеното желязо при високи температури е близко до течно състояние и има относително нисък вискозитет, като по този начин има предимство при предаване на налягане. Разтопеното желязо при ниски температури е по същество полутечно вещество с висок вискозитет и способността му да предава налягане е слаба. Дори ако налягането е високо, действителното налягане в разтопеното желязо не се увеличава значително. Това явление затруднява проникването и ефективното изпускане на газовете, като по този начин влияе върху движението и дифузията на мехурчетата. По време на действителния процес на изливане, поради ниската температура на изливане на разтопеното желязо, шлаката в разтопеното желязо не се извлича лесно и не се отстранява лесно. Следователно, в матрицата има повече шлака и обогатеният с нея FeO реагира с въглерод, за да генерира CO2 газ.

2.2 Високо съдържание на влага и ниска пропускливост на матрицата

Ако формата има високо съдържание на влага, източникът на топлина по време на процеса на леене има значително влияние върху генерирането на H2. Освен това, ако формата има ниска пропускливост по време на процеса на леене, тези газове трудно се отделят, което лесно води до образуване на реактивна газова порьозност.

2.3 Високо съдържание на газ в разтопено желязо

Ако концентрацията на газ в разтопеното желязо е висока (включително кислород и водород, разтворени в разтопеното желязо, които са един от източниците на H2, CO и CO2 в порьозността на реактивния газ) и тези газове са трудни за отстраняване по време на процеса на втвърдяване, това може да доведе до образуването на пори.

2.4 Силно окисляване на разтопено желязо

Когато степента на окисление на разтопеното желязо е висока, се генерират оксиди, които допълнително разтварят кислорода. Освен това, оксидите реагират с въглерода, за да произведат CO2 газ и други вещества.

2.5 Високо съдържание на елементи S и Mn в разтопено желязо

Когато съдържанието на S и Mn в разтопеното желязо е високо, Mn се свързва с FeS, за да образува MnS. Мангановият силикат се разтваря в окислителната шлака, понижавайки точката на топене до течно състояние, което насърчава свободния FeO в шлаката да влезе в пълен контакт с въглерода и да реагира, генерирайки CO2 газ.

2.6 Влияние на структурата на продукта

Въз основа на натрупаните данни, отливките от ковък чугун с дебелина на стената между 6 и 25 мм са склонни към подкожна газова порьозност. Следователно, при проектирането на продукта, дебелината на стената трябва да бъде проектирана да бъде по-малка от 6 мм или по-голяма от 25 мм.

 

3. Мерки за избягване на реактивна порьозност

3.1 Увеличете температурата на изливане

По-високата температура на изливане удължава течното състояние на разтопеното желязо, улеснявайки изтичането на газове и шлака нагоре и намалявайки вероятността от химични реакции. Следователно, този метод е най-добрият начин за елиминиране на реактивната порьозност. Например, при изливане при 1300 до 1350 ℃, наблюдавана е игловидна порьозност в отливките, но когато температурата се повиши над 1350 ℃, порьозността изчезна.

 

3.2 Подобряване на пропускливостта и контрол на съдържанието на влага във формата

За отливки, склонни към реактивна порьозност, съдържанието на влага в пясъка за сърцевината трябва да се намали до под 5%. Освен това се препоръчва оптимизиране на пропускливостта на формата, за да се постигне степен на пропускливост от поне 80%.

 

3.3 Минимизиране на съдържанието на газ в разтопеното желязо преди изливане

За инструменти, които влизат в контакт с разтопено желязо, като например черпаци и шлакоуловители, е необходимо цялостно предварително нагряване и изпичане. Преди изливане се уверете, че шлаката е напълно отстранена. Разтопеното желязо трябва да е с висока температура, когато напусне пещта, и трябва да се остави да престои известно време, за да могат газовете да излязат.

 

3.4 Предотвратяване на окисляването на разтопено желязо

По време на топенето и инокулацията, съдържанието на силни окислители в пещната шихта и различните материали трябва да бъде стриктно контролирано. Освен това, в сърцевината и формовъчния пясък на формата могат да се добавят допълнителни материали като въглищен прах или тежко масло в подходящи количества, за да се подобри редукционната атмосфера във формата и да се намали или предотврати появата на реактивна порьозност. Това е особено важно за критични отливки и такива, предразположени към подповърхностна порьозност.

 

3.5 Избор на сфероидизиращи агенти

Сфероидизиращите агенти от никел-магнезиеви сплави са по-ефективни за намаляване на дефектите в сравнение със силициево-магнезиевите агенти. Освен това, по-високата температура на предварителна обработка и по-краткото време на задържане на разтопеното желязо след обработката също могат да намалят подповърхностната порьозност.

 

3.6 Проектиране на структурата на продукта

При проектирането на структурата на продукта, дебелината на стената трябва да се поддържа или по-малка от 6 мм, или по-голяма от 25 мм, за да се намали вероятността от порьозност.

 

4 Заключение

След прилагането на горепосочените стратегии, нашата компания напълно елиминира проблема с реактивната порьозност в отливките от ковък чугун. Поради високата несигурност в процеса и произхода на образуването на пори, ако в реалната производствена практика се открият проблеми с порите, трябва да се проведе цялостно проучване на източника на газ, механизма на генериране, физическата форма и др., за да се елиминира коренно появата на проблеми с порите.