液态模锻常见缺陷!!!

lly2006

液态模锻件常见的缺陷与对策

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    （一）液态模锻件缺陷的分类
    1.形状、尺寸偏差
4 w0 M* `5 v+ W( r( F- Q    包括：①模膛填充不满；②高向尺寸偏差；③尺寸精度低。
    2.表面缺陷
. W* X$ ]7 |1 g6 z, x    包括：①冷隔；②挤压冷隔；③表面起泡；④表面夹杂；⑤表面粘焊与粒状溢出物；⑥塌陷；⑦擦伤。
    3.内部缺陷
    包括：①气孔；②缩孔和缩松；③夹渣和夹杂；④挤压偏析；⑤异常偏析；③枝晶偏析。
# l2 X0 W# ^4 N2 Z    4.裂纹
* F/ c$ a- {5 O( W" }6 F3 b9 K8 K    包括：①热裂；②缩裂；③冷裂。
% F1 f  }$ I. g8 U4 J    （二）液态模锻件缺陷特征、产生原因与对策
3 g5 w. p* x& m- T3 u: `    1.模膛填充不满
    制件棱角处未充满，甚至不成形，头部呈光滑圆弧状。产生的原因有：
    1）模温和浇注温度低，挤压力不足或加压太迟，液态金属加压前已凝固成厚壳，随后加压无法使其变形，以填充棱角处；
    2）涂料涂敷不均匀，或棱角处涂料积聚太多，阻碍了金属的充填；
* M% c) l+ }4 K    3）模膛边角尺寸不合理，不易填充。
    防止对策：
: U% l* h; @+ A, u3 ]    1）适当提高模具预热温度和挤压力；
; f1 @- |) D& ^1 M% ~0 F    2）尽快施压；
    3）改进模膛设计，便于金属流动；
; x$ i) A, b& }/ N/ R    4）涂料采用喷涂，切忌堆积。
    2.高向尺寸偏差
    产生原因是，定量浇注不准确，浇注的液态金属过量或量不足，产生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺，或在浇注勺、凹模内做好标记，尽可能控制浇注液态金属的量；有时在凹模上开条溢流槽，当模具闭合时，将多余的金属液挤出，从而达到定量，保证制件的高度尺寸。
    3.精度差
    产生原因是模膛设计不合理或加工装配不好，不能保证制件的形状和尺寸；组成模膛的零件被磨损、变形或活动零件未恢复原位。其改进措施：正确设计和制造模具，保证试模后的制件与设计的一致性；加强生产过程中制件精度检查，一旦超差，即对模具进行修复或更换。
1 k' |$ @  l$ `8 l! u* y    4.冷隔
" _- N& S8 ~7 Z9 ~0 c    冷隔的外观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。其形成原因：
    l）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；
. H9 s/ ]  J; j$ ~0 m& f    2）多浇包顺序浇注，前后两包断流时间太长；
    3）模具温度低。
    改进措施：
    1）适当提高模温和挤压力；
: H; r6 {/ M# _5 z! }3 ]    2）多泡按序浇注时，两泡间避免断流。
    5.挤压冷隔
' \  ]' }- _' c3 t% y. u/ k, R    当金属液在模膛中停留较长时间才合模施压，而且金属液上挤充模，使这部分金属与原浇注液面之间形成一圈冷隔，如图7-1所示。模膛中金属表面有一层较厚的氧化皮，挤压成形后，外留的氧化皮基本上仍在原来位置，导致这一部位的金属与金属间没有熔合，即出现冷隔。 (未完待续)
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[ 本帖最后由 sting811 于 2006-11-2 23:00 编辑 ]

lly2006

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-1.jpg
; A0 ]% w# C4 b1 c9 o1 Z图7-1 挤压冷隔形成示意图 a）合模前 b）合模施压
& Y( {0 [5 U4 Y4 I1 |0 r

    挤压冷隔形成，与制件成形方法相关。即凸式冲头加压中，这种冷隔在所难免。其防止措施：提高模温和浇注温度；工艺节拍许可时，尽量缩短加压前停留时间；选择不易氧化的合金等。这些措施，只能降低冷隔的危害程度，但无法根本消除，倘若不许可存在，只能改变成形方法：
, O; d# ^) S6 j% Y) [    l）设计模具时，将制件位置倒过来，以便用平冲头加压代替凸式冲头加压；
    2）采用先合模、挤入液态金属，紧接着施压。
    6.表面起泡
. v/ }; ^- ~9 f2 y/ B: A: ?- L( ^$ {    制件表皮下被压扁的气孔，在制件脱模或热处理加热时，因热胀将表面鼓起气泡。产生原因有：
# B$ C$ z% w' J5 k    1）凹模中未燃尽、未挥发的涂料过多，或模膛排气不好，使浇注中产生气体浸人液态金属内部；
# J6 D6 k  }6 I+ Y& c    2）挤压速度过快，使液态金属填充模膛时产生涡流而卷入大量气体；
0 }4 `$ K+ a1 d* E    3）液态金属含气体量太多，加压前析出的气泡来不及逸出，被压扁在表皮下。
    改进措施：
$ U/ A3 Y, h, K$ b6 v    1）适当提高模温，并采用喷涂方法，使涂料在浇注前已干固；
    2）施压要慢而平稳；
    3）注重液态金属除气操作；
9 y1 ^" W. }" S0 K    4）模具设计应考虑排气措施。
: r1 E! d$ d5 A0 U; x6 U    7.表面夹渣
8 @# p2 G: k0 X( }; }    表面夹渣是在液态模锻过程中，部分涂料或氧化皮被挤入制件表层，在淬火时呈现皱皮或氧化渣麻点。产生原因有：
    1）涂料过多或未干因就进行浇注，使涂料带人液态金属中，有的还与金属波液发生作用，形成化合物夹杂。例如，高锡青铜的“硬质点”就是这样；
% O, g* ^& C  i& O    2）冲头加压时，使已自由凝固的结晶硬壳发生大的皱把变形，将涂料、氧化皮等挤入制件表层中。
    防止对策：
/ Q& ]7 d8 `. x/ d6 U    l）适当提高模温，涂料必须喷涂均匀、干固；
    2）加压前停留时间尽量短，保证加压时已凝固层不太厚且温度高，不易发生大的皱褶变形。
8 a* \! _) @( |( @: o9 C1 T    8.表面粘焊与粒状溢出物
+ P; V9 b; ~( L' ~$ P  H% K    制件脱模时，在模芯表层留有一层粘焊物，并使制件内表面粗糙，严重时在制件内孔表面有许多豆粒状金属粒溢出，其最大直径可达2mm。
+ O0 t$ G$ a9 i  ~, d& H    产生原因是，浇注温度和模温过高，保压时间又不足，制件未凝固即开模取件。由于制件表层下未凝固金属液被吸出，轻者粘焊于模芯表面，严重时形成粒状物溢出，并分布于件内表面。
# x4 _. Q! J, R    防止对策：保压时间应足够，即制件凝固结束后才允许脱模。
2 d, R7 N6 X: q7 r% L    9.塌陷
    挤压过程中卷入的空气及从金属液中析出的气体造成的反压，有可能使制件的细小之处产生塌陷。防止的对策有：
    1）加大模子与冲头的间隙，改善通气状态；
; @8 S4 J$ M/ L# C, A    2）少涂些润滑剂，多了会堵塞通气孔；
    3）发现制件有塌陷，可在模具相应部位增加通气孔的数目；
) d! D* P/ p4 C6 m    4）采用组合式模具。
5 h" ?; x5 t6 s: b+ K' S    10.擦份
    制件表面沿出模方向拉伤痕迹称为擦伤。产生原因有：
- G% m3 F2 `, p5 \    1）模具的脱模斜度太小，模膛表面粗糙或表面有伤残等，使制件脱模困难造成擦伤；
. I. W7 f# k+ t: @: K; {8 s    2）浇注温度和模温过高、涂料不足或浇注时金属液流对模膛冲刷作用剧烈，造成金属与模膛粘焊，脱模时将制件擦伤，甚至撕裂。
! W6 r0 U: K# W& U3 G! I) f    预防对策有：
    1）在固定部位擦伤时，要修复模具、修正脱模斜度，打光压痕；
2 g/ j" S5 M7 [7 N7 Q/ p    2）擦伤无一定部位时，在擦伤部分相应的模具上增敷涂料；
    3）对于因粘模造成的擦伤，采用降低浇注温度，控制模温，调整涂料品种和涂敷方法，修复易粘焊模膛部位。
    11.气孔
! p9 ?+ p9 X0 Q' y1 `/ Z    金属在熔融状态时能溶解大量气体。在冷凝过程中由于溶解度随温度降低而急剧减小，致使气体从液态金属中释放出来。若此时尚未凝固的金属液被已凝固壳包围，逸出的气体无法排除，就包在金属中，形成一个个气孔。它具有光滑的表面，形状规则成圆形或椭圆形。形成原因：
3 _2 Q) e' k' l1 ^    1）由于炉料不干净或熔炼温度过高，使金属液含有大量的气体，在随后的结晶凝固中来不及浮至液面逸出，产生析出性气孔。气孔壁具有光亮的金属光泽；
! c* ?5 \3 W3 ?3 b6 l  R: S    2）挤压速度过快，液态金属充模流动时产生涡流而卷人大量气体，形成侵蚀性气孔。由于金属在高温时与空气中氧作用而发生氧化，致使气孔壁呈灰褐色或暗色；
* w+ c' f% w/ y% y2 t6 }    3）由于模温低，涂料积聚，致使浇注前涂料未干固。与金属液发生化学反应，形成反应性气孔；
    4）浇注至开始加压的时间间隔太长，由于液态金属表面结壳或粘度增加，使液态金属因冷却析出的气泡不能顺利逸出，在随后加压中，被保留或压扁在制件中；
    5）压力能使气体在金属中溶解度增加。压力不足，无法抑制气泡形成，而使气孔形成几率增加。
% |3 B  H6 I' b( D1 Z    防止对策：
$ p) ?" s: H5 e0 y0 }' r    1）使用干燥而洁净炉料，不使合金过烧，并很好除气；
2 J9 [; D( M( `' j- G    2）涂料涂敷薄而均匀，严禁积聚；提高模温，保证浇注前涂料干固；
    3）选取足以阻止气孔形成的比压值，并尽量缩短加压前停留时间。
6 V6 B: N7 W! z2 G/ L% x    12.缩孔和缩松
" |# z5 g4 X- w( z0 u    缩孔和缩松是金属在凝固时体积收缩，而外壳又已经凝固得不到补缩所产生的。孔洞大的叫缩孔；细小分散的叫缩松。凡是液相与固相温差大的金属，产生缩松可能性大，对于共晶合金是在一定温度下结晶，易产生集中缩孔。区别缩孔与气孔，看孔的内壁光整与否。气孔内有气体存在，所以孔壁光滑圆整；缩孔因得不到补缩，孔壁被拉成不平的皱皮，而且集中在最后凝固部位。它们往往和气孔混合在一起。产生原因有：
  {- u3 b% G8 T- q$ O" a/ {    1）施加压力低，未能保证金属液始终在压力下结晶凝固，直至过程的结束；
& ~" }' V0 p) t5 s; f1 Q    2）浇注至开始加压的时间间隔太长，使液态金属与模膛接触面自由结壳太厚，减弱了冲头的加压效果；
! Z- B; W3 k9 u; N    3）保压时间短，金属未完全凝固即卸压，使随后凝固部位得不到压力补缩；
3 U9 G, U4 a, k) M( q. C2 V0 Y) Y    4）浇注温度过低或过高，降低了对制件的压力补缩效果；
    5）制件壁厚相差过大，挤压时冲头被凝固早的薄壁部位所支撑，使厚壁的热节部位得不到压力补缩；
    6）制件热节处高加压冲头过远，由于存在“压力损失”，而降低对该部位的加压效果。
7 W4 _5 d) j% s. }' _2 X    改进措施：
* @, K! u2 ]4 X1 Z$ m: o9 z7 ^/ L    1）提高比压，选取合适的保压时间；
    2）降低浇注温度，使之刚刚高于合金的液相线温度，以减小厚壁部位金属液的过热程度；
    3）模具上与制件厚壁部位相对应区域，设法予以激冷，厚壁部位应离施压端最近；
    4）将冲头设计成可相互运动两部分，以便对不同凝固部位，施以不同压力；
    5）对制件重新设计，使其截面比较均匀。
* Q& [8 \# F8 J  i' g2 t7 M   (未完待续)

lly2006

13.夹渣和夹杂
/ Q  s- `: ]7 k- f0 p    由于液态模锻条件下，无排渣和集渣冒口。如果金属液质量不高，含渣过多，浇注前渣的清除又不彻底，这时，在液态模锻过程中，渣有可能上浮到制件顶端，施压后就残留在制件表面内，就形成表面夹渣。如果渣来不及上浮，就已经合模和施压；结果渣必裹在制件内，成为内部夹渣。其外观特征是在制件上有不规则明或暗孔，孔内被熔渣充塞。与夹渣并存的，还有氧化夹杂。铝合金熔炼时生成处Al2O3、MgO这类固态氧化物，其密度与铝液很相近，它们会以悬浮状态保留在合金液中。凡进入模子的氧化夹杂肯定会留在制件中。其外观表现为在金属基体上有较硬的细小质点或块状物。形成原因有：
    1）由于炉料不干燥、不洁净，致使合金液一开始就有夹杂；
) \3 F; r. T5 D7 O) i) ]    2）熔化、保温、精炼或变质过程中，金属液被炉气污染，形成炉渣或氧化物夹杂；
    3）液态金属在其运输、浇注过程中，因操作不当而带入氧化皮、炉渣和炉村等杂物；
    4) 坩埚、浇包及其它工具上带来的夹杂。
0 g  l1 S' M( j5 p% q3 h2 H/ J    防止对策：
    1）将炉料及所用的熔炼工具清理干净，充分预热；
    2）熔炼过程中，既要注重造渣的工艺操作，又要注重除渣的工艺操作，两种不能偏废；
' `; N: H# A) v* Y$ L    3）尽可能降低金属液的保温温度，缩短金属液在炉子及模具中的停留时间；
    4）对于铝合金，采用泡沫陶瓷过滤器过滤金属液，最为有效。
' Q) J3 A" B& |9 C    14.挤压偏析
2 L6 l" R. J0 u, S) W    液态模锻的凝固速度快，故微观偏析比其它铸造方法要轻些。但是，凹陷较深的零件在液态模锻时，容易产生一种独特的宏观偏析一一挤压偏析。图7-2用来说明挤压偏析的形成机理。液态金属浇人模膛后，首先在模壁处成核，长大，结成硬壳。随着已凝固层不断由模膛壁向前推进，与之相邻接的液相中的溶质元素越来越富集，一旦合模加压，这部分液体就会挤至制件的边缘部位。偏析部位溶质元素含量高，低熔点相也多。从钢平法兰液态模锻件宏观组织观察中得出，周边有一深深痕纹，就是证明，如图片7-1所示。压力愈大，钢液质量愈低，这条痕纹愈明显。模温愈低，加压前停留时间愈长，痕纹离外壁距离愈大。控制挤压偏析的措施：
    1）先合模，再将金属液经由浇口注入，然后加压，缩短了金属液在施压前模具中停留时间；      
2 q/ M2 q0 N9 l/ W& m6 L    2）提高模具温度，以减轻合模前合金凝固的程度及溶质元素的富集现象。

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图7-2 挤压偏析形成机理
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图片7-1 20钢φ90平法兰宏观组织

    15.异常偏析
    分配系数K0＜1的溶质元素在合金凝固时，由于选择结晶结果，此元素在先凝固的制件表层浓度总是低于制件心部，出现正偏析。液态模锻往往促使正偏析的产生、出现所谓“液态模锻异常偏析”，即在普通铸造方法不易出现的严重正偏析。对于某些结晶温度间隔宽的合金，如锡青铜、铅青铜、Al-Cu4％和Al-Si2.5％等合金，和合金中偏析系数大的溶质元素。当合金浇注温度过高，温度梯度太大，外周呈现发达的柱状晶时，这种倾向尤甚。对于共晶的Al-Si合金和Al-Mg5%～10%合金，这种倾向不明显。
    “异常偏析”形成机理，某些研究者认为：这是制件在结晶过程中，树枝晶轴间未凝固的溶质元素富集的液态金属，在外部压力作用下，从树枝晶轴间挤出，排挤到最后凝固区，如图7-3所示，加压方向和凝固方向垂直，易形成异常偏析。防止对策为：
0 X) P( r/ T, z    1）降低浇注时液态金属的过热度，以便在接近液相线温度时进行施压；
3 U$ A  ]. o& ?$ B( Q, c    2）施压方向与凝固方向一致。

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-3.jpg
- i1 K; A$ J; Z) K图7-3 加压方向和凝固方向垂直形成异常偏析

    16.枝晶偏析
9 v* U. t* N) r1 n% B3 G, d    液态模锻时，由于过程进行的速度很快，溶质来不及均匀扩散，有利于成分均匀，以获得无偏析制件，这是问题一方面。从另一方面，施压前凝固前沿已有溶质积聚，并在自然对流影响下，迅速扩散或沉积。一旦施压，这些低熔点溶质便挤入结晶前沿的枝晶中去，形成严重的枝晶偏析。虽然过程进行的很快，但选择结晶依然存在，熔点低的元素，在金属流动的带动下，也要作近程迁移，稍一积聚，就可能在压力作用下，挤人凝固前沿的枝晶间隙中去。周而复始，无论早期凝固，还是晚期凝固的组织，均不同程度存在枝晶偏析，如图片7-2表明钢质液态模锻中，碳的浓度沿原奥氏体晶界就偏高，因此，以后的组织转变就形成珠光体偏析。改进措施：
5 f7 W2 m, \) H4 d    1）提高模具温度，降低金属浇注温度，以降低熔体的温度梯度；
$ s3 _; `" b# T( }    2）选取最佳的热处理工艺，是消除枝晶偏析切实可行措施。

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-2.jpg
图片7-2 钢液态模锻件技晶偏析
" c3 [+ z/ ~8 [$ ea）柱状技晶偏析（平法兰）b）粗大等轴枝晶偏析（杯形件）
9 r7 r$ c7 b" f2 Z; l+ n

    17.裂纹
: O6 |# Q* r, `( j) ]0 E$ Z0 N    制件的金属基体被破坏或裂开，形成细长的、不规则线形的缝隙，在外力作用下有进一步发展趋势，这种缺陷称裂纹。裂纹有热裂纹、冷裂纹和缩裂之分。热裂纹断面被强烈氧化呈暗灰色或黑色，无金属光泽；冷裂纹断面洁净，有金属光泽；缩裂是与缩孔、缩松并存的一种内部缺陷。形成原因是：
; u9 W* I1 B& `1 v* N' o- q9 V    1）制件厚薄过于不均，使截面急剧变化处冷却不均而产生内应力，将脆弱地方拉裂；
    2）制件未凝固完毕就出模（保压时间不足），未凝固部位出现自由结晶凝固，不仅产生缩孔和缩松，而且产生缩裂；
6 r' C" {$ s7 s1 ~7 k' ^3 Z    3）由于金属芯子没有退让性，制件脱模也不能太迟，否则模芯将对制件收缩产生阻碍，使制件承受拉应力，脆弱部位将被拉裂；
    4）模温低，尤其模芯温度过低，压力太小或加压太迟，使制件得不到压力补缩；
    5）合金含脆性杂质太多，或合金易氧化，降低了制件金属的热塑性或降低了抵抗高氧化能力。
    改进措施：
6 S9 Q7 S5 H/ a    1）重新设计制件，使其厚薄相差不要太大，并加大过渡的圆角半径；
    2）保证制件始终在压力下结晶凝固，有足够的保压时间；
/ m  d$ h' x; B0 C    3）提高比压值，使制件一旦产生热裂，能产生塑性变形，进行愈合；
    4）降低浇注温度，减轻偏析现象；
/ ^- k7 }5 S5 l8 z  a    5）带有模芯的制件，需及时脱芯，且脱芯操作应平稳；
    6）提高合金质量，注意熔炼操作。