氮气孔难以诊断,往往被误认为是缩孔、缩松。一旦出现这种缺陷,常常会导致铸件批量报废,损失很大。希望能通过此次交流,帮助铸造同行开拓思路,理清思路,快速分析解决问题,避免走弯路,我先抛砖引玉:
特征: 枝晶间裂隙状氮气孔
这种缺陷呈裂隙状多角形或断续裂纹状,跟其它的气孔类缺陷大不相同,从外观上看没有明显的气体痕迹,但能明显看到粗大的树枝晶,跟缩孔、缩松缺陷有点类似,所以在有些较厚大件上,经常被误认为是缩孔、缩松。值得一提的是,这种气孔在铸件断面上呈大面积分布,有的也分布在较大的平面处,在铸件最后凝固如冒口附近,热节中心最为密集,这类气孔常发生在同一炉或同一浇包浇注的全部或大部分铸件中。由于是在凝固过程晚期形成的,因而气孔孔洞形状不是圆球形的,而改变为多角形或枝晶间裂隙状的,这说明气泡生成及长大时,其周边被固体的枝晶壁所包围,而不能形成圆球形的气孔。
来源:液态金属所吸收的氮来自多种途径,主要有两大类,一是浇注前金属液本身所含的氮;二是树脂砂中所含的氮。
对于冲天炉熔炼的灰铸铁,炉料中的废钢是氮的重要来源,碱性电弧炉废钢,其含氮量可达60ppm~ 140ppm,废钢多于35%,就有可能产生氮气孔。
树脂砂中所含的氮来源于树脂及固化剂、再生砂中积累的氮、型砂中的含氮附加物及涂料中的氮。
沥青焦炭含氮量高,作为增碳剂使用时容易产生氮气孔,必须引起高度重视。而电极电墨作为增碳剂,则由于其含氮量低而不容易发生氮气孔。此外,在熔炼过程中即使加入含氮量高的增碳剂,如沥青焦炭,也只有在刚加入铁液时含氮量急剧增加,当铁液保温十多分钟后,含氮量逐渐恢复到加增碳剂前的水平。
机理:
①用树脂砂生产铸铁件更容易产生氮气孔,这是因为当铁液浇入铸型后,含N的树脂受热分解出NH3,NH3又在金属液表面离解,NH3一[N]+3/2H2,[N]原子相当一部分进入铸型,金属界面尚处于熔融状态的金属表层,并由表向里扩散,致使表层金属液为氮饱和。而到金属凝固期间,氮的溶解度急剧下降,就会析出氮气,形成氮气孔。
②铁水中含氮量大于100ppm时,往往会产生氮气孔,凝固前金属液所含全氮量=浇注前金属液本身的全氮量+树脂砂分解侵入金属液的氮量。金属液内的含氮量主要靠控制原材料废钢进行。
③砂铁比过高,型砂烧不透,这是导致再生砂残留含N量过高的重要因素,检测烧灼减量是监控树脂砂里面残留N量的一个主要手段。
④熔炼方式对灰铸铁中含氮量有较大的影响。即使是C、Si含量相同的铁液,用工频电炉熔炼比冲天炉熔炼时的白口倾向大,含氮量也高。
⑤对于酚醛尿烷树脂中的聚异氰酸酯,在潮湿的环境下使用时,NCO与水强烈反应,产生NH2,则要确保聚异氰酸酯容器的密封,减少它与空气的接触。
⑥铁液含氮量高引起的氮气孔的防止方法是:铁液中加入钛铁,降低铸铁白口倾向和正确选用增碳剂。
⑦防止树脂砂含氮量高引起的氮气孔的方法是:选用低氮树脂,型砂或涂料中加入氧化铁粉和避免树脂受潮。
降低氮气孔缺陷的方法总结:
1)将废钢加入量由3O%降至2O%;
2)在铁液中加入氮稳定剂——锆、钛以及硼、铝,和氮生成稳定的化合物,从而降低了溶解[N]的浓度,即减少了含N量,也起脱氮作用。特别是低碳当量灰铸铁件,当含氮量过高时,会产生枝晶间裂隙状氮气孔,铁液中加人Ti可以消除这种氮气孔。灰铸铁含碳、硅低,即碳当量低时,氮在铁液中的溶解度增大。因此,高牌号灰铸铁件易产生裂隙状氮气孔。当熔融状态的铸铁中含有Zr、Al、Ti、Mg等元素时,可能形成氮化物,使铁液中的含氮量减少;
3)选用含N量5<的中氮树脂,减少粘结剂中含N量;
4)下大力气着重解决再生砂的含N量问题,通过加大除尘力度,增强再生效果,提高脱膜率等措施,降低再生砂中的灼烧减量(<5),从而减少残留含N 量;
5)制作专用工装,提高铁砂比,减少树脂砂的浪费,提高型砂的烧透比,从而提高型砂去N 的比例;
6)新旧砂比例,减少旧砂用量;
7)在造型操作上下功夫,特别是刷涂料后,要用喷灯烘干;
8)改进浇注系统,提高浇注速度,缩短浇注时间;
9)实际上随着废钢配比增加,增碳剂的加入量也随之增多,增碳剂中所含的氮大部分加入铁液中,特别是加入增碳剂后很快进行浇注时,加入增碳剂后立即出炉浇注是不妥当的,而要通过保温一段时间10分钟以上,让氮气逃逸;
10)加强排气功能,通过倾斜浇注(冒口端高),多扎出气孔,使型腔中的气体尽快排出,减少氮气侵入金属液机会。