液壓支架柱窩常見鑄造缺陷及預(yù)防措施

摘要:本文介紹了支架柱窩常見的鑄造缺陷氣孔、縮孔、粘砂的形成原因，針對各種缺陷特點提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:鑄造缺陷； 氣孔； 縮孔； 粘砂

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械化采煤的普及，液壓支架在采煤中的應(yīng)用越來越廣泛。液壓支架中的柱窩是立柱支撐頂梁的關(guān)鍵零件，它的鑄造缺陷，不僅降低了支架的承載能力，還帶來很大的安全隱患。我廠在支架柱窩的鑄造過程中，一直致力于這方面的研究，使鑄造缺陷得到了有效控制。支架柱窩在鑄造中的缺陷主要有氣孔、縮孔、粘砂等。現(xiàn)依次敘述如下：

2 氣孔

2.1 氣孔生成的原因

2.1.1 支架柱窩厚且厚度不均勻，當(dāng)鋼從液態(tài)變成固態(tài)時，由于氣體在金屬中的溶解度隨溫度下降而急劇減少，氣體向鑄件較高溫度方面擴散。（例如純鐵中氮的溶解度，每一百克金屬中，1100時為20.5立方厘米，750時只有0.3立方厘米。氫的溶解度，每一百克金屬中，1000時為5.5立方厘米，而在300時則只有0.16立方厘米）擴散至壁較厚、凝固較遲的部分，來不及排走，隨著凝固的進行被包容于塑性狀態(tài)的金屬中而形成氣孔，這類氣孔呈封閉圓形或橢圓形，不與外界相通，孔壁有金屬光澤。

2.1.2 柱窩型砂中的水分（包括混合水、結(jié)晶水、砂粒和粘土上附著的水），粘結(jié)劑中所含的揮發(fā)物，都會因受熱而變成氣體，以水為例，當(dāng)其受到高溫金屬加熱時，首先變水蒸氣；其次，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，水蒸氣還分解，水變成水蒸氣時，體積要膨脹，水蒸氣分解為氫和氧時，還要膨脹，如這種膨脹受到阻礙，則產(chǎn)生壓力，此壓力在型砂透氣不良的情況下，能沖破金屬表面凝固膜，而穿入鑄件內(nèi)部生成氣孔。在穿入過程中，氣體一面運動，一面膨脹。所以形成一個細頸而后擴大的形狀，使整個氣孔像一個梨形，細頸方向指向氣體來源方向，在鑄件表面或皮下往往只有一個微孔，不容易看出來，只有熱處理后或切削加工過程中才能完全發(fā)現(xiàn)，因氣孔與高溫金屬發(fā)生氧化作用，所以孔壁常呈暗藍色或黑褐色。

2.1.3 金屬在澆注系統(tǒng)中和型腔中的流動過程中，由于流動不穩(wěn)定，將氣體卷入而生成氣孔。上述各種氣體生成過程中，外界進入的氣體與金屬內(nèi)部析出的氣體往往互相促進，先出現(xiàn)的成為核心，后出現(xiàn)的向其擴散，而使氣孔尺寸增大，數(shù)量增多。

2.2 氣孔的防止方法

2.2.1 在冶煉方面，應(yīng)盡量減少和脫除鋼中的氣體，通常應(yīng)注意的是冶煉過程要去氣良好，爐料、溶劑、工具、澆包等要預(yù)熱和烘干，去銹去油污。

2.2.2 在澆注方面，澆注前鋼水在較高溫度下鎮(zhèn)靜，以利于氣體上浮，澆注過程中及時點火引氣，以利于氣體外排。

2.2.3 在鑄造工藝方面應(yīng)合理設(shè)計澆注系統(tǒng)及冒口，使鋼水流動平穩(wěn)，避免氣體卷入，同時澆冒口設(shè)計應(yīng)盡可能使壓力頭增大，有利于迫使氣體通過型砂向外排出，應(yīng)在型砂上合理扎出扎眼，安排人工氣路，并控制砂型烘干深度，并嚴(yán)格處理冷鐵，不允許有銹和其它可發(fā)氣的污物。

2.2.4 在造型材料方面，應(yīng)控制其含水量，發(fā)氣量及透氣性，使氣體來源減少，并有利于氣體排出。

3 縮孔

3.1 縮孔的形成原因。縮孔指支架柱窩在凝固過程中因補縮不良而最后凝固部分形成的宏觀孔洞。縮孔開關(guān)不規(guī)則，孔壁粗糙，常伴有夾雜物、氣孔、裂紋等缺陷，縮孔上方或附近的鑄件表面有時會出現(xiàn)凹陷或縮陷。它與氣孔的主要區(qū)別是：縮孔形狀不規(guī)則，表面粗糙，一般產(chǎn)生在鑄件最后凝固部位，常伴有粗大樹枝晶；氣孔形狀規(guī)則，多呈圓形、橢圓形、腰圓形、梨形和針頭形，表面光滑，分布在鑄件表面層或遍布整個鑄件或某個局部，斷口不呈海綿狀，通常不伴生粗大樹枝晶。縮孔形成原因主要有以下原因：

3.1.1 支架柱窩材質(zhì)一般為合金鋼，其液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，凝固時間過長；

3.1.2 澆注溫度過高產(chǎn)生縮孔；

3.1.3 合金中雜質(zhì)和溶解的氣體過多，在合金凝固過程中雜質(zhì)和析出的氣體被推向結(jié)晶前沿，阻塞通道，使縮孔加重；

3.1.4 澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、補貼等設(shè)置不當(dāng)，使鑄件在凝固時得不到有效補縮。

3.2 縮孔的防止方法

3.2.1 改進柱窩鑄型工藝設(shè)計，改變澆冒口位置，保證柱窩在凝固過程中獲得有效補縮。

3.2.2 加強合金精煉，凈化金屬液，減少合金中溶解氣體和低熔點雜質(zhì)的含量，以利于凝固補縮。

3.2.3 降低澆注溫度和澆注速度，延長澆注時間；

3.2.4 點冒口。在澆注生一段時間內(nèi)，向冒口內(nèi)補注高溫金屬液，以提高冒口內(nèi)補縮金屬液量，延長冒口內(nèi)補縮金屬液量保持高溫的時間，提高冒口的補縮效率；

3.2.5 搗冒口。用棒攪動冒口內(nèi)的金屬液，阻止其表面過日凝殼，以提高冒口的補縮效率。

4 粘砂

4.1 粘砂的形成原因。柱窩主要是球窩粘砂，在球窩的部分或整個表面上粘附著一層由金屬氧化物、砂子和粘土相互作用而生成的低熔點化合物。粘砂層硬度很高，與球窩表面結(jié)合牢固，無法用噴、拋丸清理方法去除，粘砂輕微的用砂輪打磨掉，嚴(yán)重的則引起報廢。粘砂主要有以下原因：

4.1.1 型砂粒度太粗，緊實度低或不均勻；

4.1.2 型的涂料質(zhì)量差，涂層厚度不均勻，涂料剝落；

4.1.3 澆注溫度和澆注高度太高，金屬液動壓力大；

4.1.4 型砂中含回用砂太多，回用砂中細碎砂粒、粉塵、死燒粘土、鐵包砂太多，型砂燒結(jié)溫度低；

4.1.5 金屬液中的氧化物和低熔點化合物與型砂發(fā)生造渣反應(yīng)，生成硅酸亞鐵、鐵橄欖石等低熔點化合物，降低金屬液表面張力并提高其流動性，使低熔點化合物和金屬液通過毛細管作用機制滲入砂粒間隙，并在滲透過程中，不斷消蝕砂粒，使砂粒間隙擴大，導(dǎo)致粘砂。

4.2 粘砂的防止方法

4.2.1 采用再生砂時，去除過細的砂粒、死燒粘土、灰分、金屬氧化物、廢金屬、鐵包砂及其它有害雜質(zhì)，提高再生砂質(zhì)量，定期補充適量新砂，同時減少粘土砂的粘土含量。

4.2.2 型砂中粘結(jié)劑含量要適當(dāng)，不宜過高，提高混砂質(zhì)量，保證砂粒均勻裹覆粘結(jié)劑膜，并有適度透氣性，避免型砂中夾有團塊，適當(dāng)提高砂型的緊實度和緊實均勻性。

4.2.3 采用防粘砂涂料，均勻涂覆，球窩部位適當(dāng)增加涂層厚度，涂料中不得含有易產(chǎn)生氣體、氧化及能與金屬液和型砂發(fā)生反應(yīng)的成分。

4.2.4 適當(dāng)降低澆注溫度、澆注速度和澆注高度，降低上型高度和澆口杯高度，以減少金屬液動壓力、靜壓力及對鑄型的熱沖擊。

4.2.5 適當(dāng)提早開箱，加快鑄件冷卻，以防止固態(tài)粘砂。

5 結(jié)論

采取以上措施，通過對該柱窩1000余件的鑄造證明，支架柱窩內(nèi)在質(zhì)量及成品率明顯提高，有效的避免了人力、物力的過多浪費，達到了降低成本，提高效益的目的。