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现代铸造生产中过滤技术的应用
概述
近几年我国铸造业发展迅猛,铸件年产量连创新高,2006年超过2800万吨,远远领先于其他国家。我国铸件产量快速增加,一方面是国内铸件需求量大幅度增加所致,另一方面是发达国家和地区的铸造生产向国内转移的结果,使得铸件出口量逐年增加。
在保持铸造大国地位的同时,我国铸造工艺技术也得到了快速提升,逐步向铸造强国目标迈进,尽管这条路还很长。目前我国铸造新技术、新工艺的应用主要表现在:先进造型线、制芯中心数量越来越多,树脂砂工艺得到大量应用,铸钢VOD熔炼,消失模铸造,计算机模拟技术、快速成形技术的应用等。在铸造技术水平方面的提高主要得益于几方面:
1、  出口铸件对质量的严格要求,
2、  国内对高品质铸件的需求迅速增加,如汽车行业的快速发展,风力发电行业的兴起等,
3、  外资独资、合资铸造企业带来的先进成熟工艺技术。
其中过滤技术在铸造中的应用近几年发展很快,这项技术对减少夹杂类、气孔类缺陷,提高铸件机械性能、加工性能有显著作用,得到越来越多铸造企业的重视。在上世纪五十年代我国就有过使用过滤技术的报道。过滤技术也经历了一个发展过程:六十年代开始应用玻璃纤维过滤网,七十年底出现了多孔型过滤器,78年出现泡沫陶瓷过滤器,八十年代出来蜂窝型过滤器,过滤技术的应用是生产高品质铸件一个非常主要的工艺手段,在西方发达国家得到普遍应用,我国对其重要性的认识也越来越深刻。
铸件中的夹杂物
众所周知,夹杂是铸造缺陷中非常重要的一种类型,约占到缺陷总量的一半以上,在所有的铸件中都可能存在这种缺陷,只是严重程度不同,对夹杂缺陷控制的标准主要依据铸件性能、用途而定,越是精密的铸件、工作条件苛刻的铸件对夹杂缺陷的限制越严格,如汽车铸件、发动机铸件、风电铸件、汽轮机铸件、机床铸件……
铸件主要夹杂物有:含有碳酸钙及铁、锰、铝的氧化物的熔渣,未熔的孕育剂颗粒,硫化物,硅酸镁,残余的溶剂,砂子等。
夹杂物的来源和消除方法
夹杂物的产生可以追溯到铸造生产的多个环节:
1、  炉料:如果炉料锈蚀严重或存放不当就会使金属液夹杂含量超标;
2、  熔化、溶液处理:在孕育处理、球化处理、精炼处理等过程中,如工艺参数不当、操作不当会造成渣子进入金属液;
3、  型、芯砂强度:如果型芯砂强度不足以抵抗高温金属液的冲击,就会造成冲砂;
4、  二次氧化:由于铸件结构的原因或浇注系统设计不当,在浇注过程中金属液激烈飞溅形成二次夹杂。
针对夹杂产生的原因,相应的消除这种缺陷的方法主要有:
1、  使用合格的清洁炉料,避免露天存放;
2、  制定合理的熔化、中间处理工艺并严格照章操作;
3、  保证足够的型芯强度,可以采用树脂工艺,在受热冲击强烈部位使用特种材料;
4、  合理设计浇注系统,避免金属液飞溅,增加集渣包,延长浇道;
5、  使用过滤器等。
6、  其中过滤器是减少消除夹杂、气孔缺陷最有效的措施。
铸造生产中常用过滤器
铸造中常用的过滤器有以下几种:
1、  玻璃纤维过滤网:由耐高温玻璃纤维布经特殊处理而成,过滤效果差,价格便宜。
2、  直孔过滤器:过滤效果较好,性价比高,应用广泛。
3、  泡沫陶瓷过滤器:由泡沫塑料做骨架,涂敷上陶瓷浆料烧制而成,过滤效果最好,广泛应用。常用于不同金属过滤的耐火骨料。
4、  大型铸件用硅胶泡沫陶瓷过滤器;
5、  硅胶泡沫陶瓷过滤器是最新出现的一种过滤器,比常规泡沫陶瓷过滤器有更好的高温性能,制作的尺寸可以更大,过滤大型铸钢、铸铁件,蓄热系数更低,对头股金属液降温小。
6、  过滤器过滤机理
以泡沫陶瓷过滤器为例,说明过滤机理:
1、  机械过滤:金属液流经过滤器时,大于孔径的夹杂被挡在过滤器上。
2、  整流作用:金属液在浇注时一般都呈紊流状态,当通过过滤器后金属液趋于层流状态,有利于夹杂物上浮,减少对造型的冲击,减少冲砂和二次氧化夹杂。
3、  滤饼:随着过滤的进行,过滤器孔会逐渐被平杂堵塞而变小,从而对更小的夹杂物起到过滤作用。
4、  吸附:泡沫陶瓷过滤器有很大的表面积,而过滤器材料对夹杂物有很强的吸附作用,在金属液流过这些弯曲通道时,微小的夹杂物很容易被吸附到过滤器通道壁上。
过滤器使用原则
过滤器原则上可以安放在浇注系统的任何位置,但越靠近铸件过滤效果越好,为防止高温铁水高压冲碎过滤器,尽量避免安放在直浇道下方。由于过滤器对金属液的阻流作用和过滤过程中部分网孔被堵塞,过滤面积应是原浇道面积的3-4位。
过滤带来的益处
1、  减少夹杂缺陷:能有效减少夹杂物数量,减少、消除此类废品。
2、  提高机械性能:众多试验、研究表明,由于夹杂物的减少,铸件的机械性能得到提高,尤其是塑性
3、  提高加工性能:金属基体中夹杂物数量的减少,可以明显提高切削刀具的寿命。
4、  提高工艺出口率:过滤的有效作用允许简化原来为消除夹杂物而设计的复杂浇注系统,提高工艺出品率。
结束语
过滤技术是铸造生产中减少和消除夹杂物的一个有效工艺手段,随着我国铸造技术的不断提高和铸件品质的不断提升,人们对过滤技术认识的不断深入,其应用必将越来越广。
 

 

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