楊群收離心鑄造泥漿泵缸套的缺陷及故障分析for百鑄網(wǎng)

1、離心鑄造泥漿泵缸套的缺陷及故障分析河南省駐馬店市柴油機(jī)廠楊群收 油田鉆井用泥漿泵高鉻雙金屬缸套。內(nèi)套為高鉻鑄鐵，外套為ZG310570,均采用離心鑄造工藝。使用的離心鑄造機(jī)是自制的懸臂式和滾輪式兩種，通常用懸臂式離心機(jī)生產(chǎn)高鉻內(nèi)套，用滾輪式生產(chǎn)外套。缸套常見(jiàn)規(guī)格形狀如下圖所示：生產(chǎn)初期，缸套的內(nèi)外套都曾出現(xiàn)過(guò)各種各樣的鑄造缺陷和生產(chǎn)故障，一度影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在長(zhǎng)期實(shí)踐中，我們不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，與有關(guān)科研單位一起，攻克了生產(chǎn)中的一個(gè)又一個(gè)難題，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。我們研制的FB型美制缸套生產(chǎn)工藝，榮獲河南省科技成果獎(jiǎng)。缸套的使用壽命大于1000h，不僅居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，而且達(dá)到從國(guó)外進(jìn)口

2、的同類(lèi)產(chǎn)品的水平。生產(chǎn)的缸套除部分供國(guó)內(nèi)油田外，主要出口加拿大、美國(guó)等國(guó)家。外套材質(zhì)為ZG310570,作者簡(jiǎn)介：楊群收，(1950)，主要從事灰鐵、球鐵、油田鉆井用高鉻雙金屬缸套及高鉻錘頭等耐磨材料的技術(shù)工作。發(fā)表文章二十多篇?，F(xiàn)為中國(guó)鑄造學(xué)會(huì)質(zhì)量控制及檢測(cè)技術(shù)委員會(huì)委員、河南鑄鍛協(xié)會(huì)專(zhuān)家組成員yqs6998）技術(shù)含量較高，工藝操作不易掌握，開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)曾出現(xiàn)過(guò)各種鑄造缺陷，由于技術(shù)水平的不斷提高、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，后來(lái)生產(chǎn)的外套經(jīng)精加工后，無(wú)論內(nèi)孔還是外徑，包括卡箍處均無(wú)任何鑄造缺陷，用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量非常滿意。一. 鑄造缺陷1 .裂紋在生產(chǎn)ZG310570外套的過(guò)程

3、中，裂紋是最常見(jiàn)的鑄造缺陷，其裂紋的大小、形狀不一，有徑向裂紋，也有軸向裂紋，形成的原因很多，且不易解決。離心澆注鑄件在凝固冷卻過(guò)程中，鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生裂紋的主要原因。裂紋常在奧氏體化前的體收縮階段和冷卻到脆性區(qū)的線收縮階段產(chǎn)生，前一階段產(chǎn)生的裂紋較大、較深，后一階段產(chǎn)生的裂紋形狀較細(xì)小。分析產(chǎn)生裂紋的原因如下：（1）離心機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高選擇轉(zhuǎn)速一般基于以下兩個(gè)要求：一是在保證鑄件不產(chǎn)生裂紋情況下，應(yīng)選擇較高的轉(zhuǎn)速；二是在保證鑄件不出現(xiàn)夾渣、淋落的情況下，應(yīng)選擇較低 的轉(zhuǎn)速。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在確定離心機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，選擇下公式較為適宜：N299GR式中N鑄型轉(zhuǎn)速；G重力系數(shù)，常選5080；R鑄件內(nèi)半徑

4、、cm。確定重力系數(shù)G的原則：對(duì)于凝固區(qū)間較寬的合金，G值要高些，有利于穿過(guò)枝晶補(bǔ)縮。對(duì)于易產(chǎn)生密度偏析的合金，應(yīng)取稍低的G值。尺寸小的鑄件，應(yīng)取稍大的G值。鑄型用干砂襯時(shí)，應(yīng)取較高的G值。生產(chǎn)中我們還體會(huì)到，實(shí)際轉(zhuǎn)速與最佳轉(zhuǎn)速之間可以有誤差，但誤差值不要高于10，在此誤差內(nèi)，對(duì)鑄件產(chǎn)生裂紋沒(méi)有明顯影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀的不同，尤其是厚壁鑄件，如何巧妙地運(yùn)用轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，巧妙地運(yùn)用、控制這10的可誤差值，對(duì)防止鑄件裂紋的產(chǎn)生是至關(guān)重要的。澆注速度過(guò)快澆注速度應(yīng)與澆注溫度相協(xié)調(diào)，合金液溫度高，澆注速度應(yīng)適當(dāng)慢些；合金液溫度低，澆注速度應(yīng)適當(dāng)快點(diǎn)。合金液從進(jìn)入鑄型到完全凝固的時(shí)間越

5、長(zhǎng)，造成裂紋的傾向越大。澆注速度過(guò)慢會(huì)加大鑄件內(nèi)孔與外徑的溫差，給控制鑄型轉(zhuǎn)速（線速度）帶來(lái)不利因素，但如何控制澆注速度，我們的體會(huì)是：在不產(chǎn)生冷隔、夾層的前提下，澆注速度應(yīng)當(dāng)慢一點(diǎn)。澆注溫度過(guò)高當(dāng)澆注溫度過(guò)高時(shí)，鑄件在凝固冷卻過(guò)程中線收縮率也高，鑄件達(dá)到脫模溫度時(shí)，過(guò)熱度高的綜合線收縮率比正常澆注溫度的線收縮率大，模筒與鑄件間隙大，在離心力和重力的作用下，形成鑄件與模筒的偏心撞擊震動(dòng)，而撞擊震動(dòng)的頻率又與轉(zhuǎn)速有關(guān)。另外，過(guò)熱度越高，凝固時(shí)間越長(zhǎng)，鑄件在模筒內(nèi)的停留時(shí)間就長(zhǎng)，相對(duì)產(chǎn)生裂紋的幾率就越高。模筒的筒壁設(shè)計(jì)太薄在使用冷水激冷模筒的情況下，如果模筒筒壁太薄，由于鑄件內(nèi)孔與外圓的溫差過(guò)大，

6、不但易激裂鑄件，而且也易激裂模筒。模筒筒壁厚度與鑄件厚度之比1.2。模具預(yù)熱不足且不均勻，會(huì)造成涂料厚薄不均勻（流淌）而結(jié)塊，涂料層烘不干。離心機(jī)安裝固定不牢；模筒與主軸不同心；使用雙層膜筒時(shí)，內(nèi)外模筒間隙過(guò)大產(chǎn)生偏心；使用滾輪離心機(jī)時(shí)，由于導(dǎo)軌接觸不均勻，滾輪與模筒的夾角過(guò)小，模筒兩導(dǎo)軌距離過(guò)短等原因而產(chǎn)生震動(dòng)。鑄件脫模過(guò)早，溫度太高，鑄件在落地撞擊下而產(chǎn)生裂紋。鑄件脫模后，因風(fēng)冷、水激冷而造成冷卻速度過(guò)快，因局部應(yīng) 力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋，因此鑄件脫模后應(yīng)注意保溫，不可降溫過(guò)快?；瘜W(xué)成分不合格，如硫、磷含量過(guò)高。合金液氧化嚴(yán)重，尤其是爐溫過(guò)高、澆注時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況下，更應(yīng)充分脫氧，加接力脫氧劑，適

7、當(dāng)鎮(zhèn)靜降溫再澆注。澆注流槽修置的不合理，澆注操作不穩(wěn)定使金屬液飛濺到端蓋上，而飛濺到端蓋上的金屬液，凝固成為厚薄不均的飛邊毛刺，對(duì)產(chǎn)生裂紋起到兩種作用：厚薄不均的飛邊毛刺粘附在端蓋上，將最先凝固且冷卻過(guò)程中自身極易開(kāi)裂，這些飛邊毛刺的斷續(xù)裂紋縫，就成了撕裂鑄件的裂紋源，使鑄件外徑邊角處出現(xiàn)裂紋，不過(guò)這種裂紋往往較小。飛邊毛刺粘附在端蓋上，在鑄件冷卻凝固過(guò)程中，影響了鑄件的自由收縮而產(chǎn)生裂紋，因此而產(chǎn)生的裂紋往往在鑄件腰部，呈徑向裂紋。2.縮孔與縮松無(wú)論材質(zhì)是ZG310570的外套，還是高鉻鑄鐵的內(nèi)套，其凝固特性都是粥狀結(jié)晶，固液兩相凝固結(jié)晶范圍較寬，凝固曲線較平緩。盡管受離心力和金屬模筒的作用

8、，但其凝固特性仍不能徹底的變成逐層凝固，尤其是材質(zhì)為ZG310570外套的卡箍部，更易出現(xiàn)縮孔和縮松。分析其產(chǎn)生的原因如下：澆注溫度過(guò)高澆注溫度越高越不利于逐層凝固，特別是粥狀結(jié)晶凝固材質(zhì)，更不利于得到后期進(jìn)入模筒合金液的補(bǔ)充，在鑄件凝固之后，就易出現(xiàn)縮孔和縮松，尤其是外套的卡箍部。澆注速度太快澆注速度越快，越不利于逐層凝固。脫氧不充分在離心澆注機(jī)少而冶煉熔爐大的情況下，后期澆注的金屬液相對(duì)氧化，應(yīng)補(bǔ)加接力脫氧劑，以達(dá)到徹底脫氧的效果。澆注流槽位置不合適。淋落在澆注過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鑄型內(nèi)的金屬液如雨下落，甚至不離心貼模而是積存在模筒下部，有時(shí)還從端蓋孔噴射而出。鑄件脫模后尺寸不合格，內(nèi)孔表面不光潔。

9、產(chǎn)生此類(lèi)缺陷的主要原因是離心機(jī)轉(zhuǎn)速太低。坍流鑄件內(nèi)孔表面有合金坍下，造成局部凹下或凸起，或內(nèi)孔表面有小金屬瘤長(zhǎng)出，而精加工后發(fā)現(xiàn)有縮松、空皮等缺陷。產(chǎn)生此類(lèi)缺陷的主要原因是離心機(jī)轉(zhuǎn)速太低或脫模太早（尚未凝固）。冷隔（夾皮、夾層）鑄件外徑個(gè)別部位結(jié)合不好，常發(fā)生在澆斗端。經(jīng)精加工后發(fā)現(xiàn)有氧化線紋，嚴(yán)重時(shí)表層和下層呈兩張皮，并有不潔凈的氧化物（似渣），或呈沒(méi)有熔接好的冷隔紋。分析產(chǎn)生這種缺陷的原因如下：模具預(yù)熱溫度太低。澆注溫度太低，澆注速度太慢。特別是剛澆入模筒一點(diǎn)金屬液后澆注中斷（常因噴火），之后又繼續(xù)澆注。當(dāng)以上兩種因素重合時(shí)，出現(xiàn)這種缺陷的幾率更多。夾雜物精加工過(guò)程中，在鑄件內(nèi)孔或外圓上，

10、發(fā)現(xiàn)有水紋狀痕跡，呈曲線狀或斑塊狀分布，嚴(yán)重時(shí)可以從斑痕處刮劃下微渣，形成的原因是在澆注過(guò)程中，氧化物、熔渣等夾雜物進(jìn)入模筒所致。夾雜物缺陷，是由于混在金屬液中的各種夾雜物，在上浮過(guò)程中，由于上浮速度小于金屬液的結(jié)晶凝固速度，致使其夾裹在凝固后的金屬中造成的?？梢酝ㄟ^(guò)延長(zhǎng)金屬液進(jìn)入鑄型到凝固的時(shí)間，來(lái)減少夾雜物缺陷。具體操作是提高澆注溫度；提高澆注速度；在不出現(xiàn)裂紋缺陷的前題下提高鑄型轉(zhuǎn)速。減少夾雜物缺陷的辦法是充分脫氧；爐內(nèi)多次清渣；適當(dāng)停電幾分鐘，以便使氧化物等雜質(zhì)上浮集中清除；澆注時(shí)用茶壺澆包或認(rèn)真檔渣。盡管離心鑄造具有“自身排渣功能,但是在作業(yè)中不能依賴(lài)這種功能而放松檔渣。不能讓夾雜物

11、在澆注前期進(jìn)入鑄型，最好把它們檔在鑄型之外，這才是最根本的措施。二. 故障 在離心鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的生產(chǎn)故障就是鑄件脫模困難，有時(shí)因脫模困難而打壞設(shè)備，甚至使模筒報(bào)廢。其產(chǎn)生的原因如下：涂料太稠,涂的太厚且不均勻,涂料的潰散性太差。：在澆注溫度過(guò)高的情況下，因涂料太稀、涂料層太薄、以及模筒材質(zhì)的耐火強(qiáng)度低等原因，致使金屬液燒損模筒，使鑄件與模筒粘結(jié)在一起。：推盤(pán)處石棉墊子的外徑太小或周邊不整齊，或墊子上有缺陷，使高溫的金屬液與推盤(pán)燒結(jié)在一起。:因上述推盤(pán)處石棉墊子的質(zhì)量原因，金屬液鑲嵌入推盤(pán)與模筒的縫隙中，把推盤(pán)卡死而不能活動(dòng)。:在熔化爐膛大及離心澆注機(jī)少的情況下，一臺(tái)離心機(jī)要聯(lián)續(xù)澆注兩個(gè)以上的鑄件時(shí)，模筒內(nèi)潛有很高的溫度，且沒(méi)有得到充分的降溫。模筒溫度越高，內(nèi)徑的熱膨脹相對(duì)越大，澆入模筒的金屬液在離心力的作用下，緊貼模筒孔壁而成形，鑄件凝固后的外徑也就相對(duì)增大，模筒與鑄件在同時(shí)冷卻凝固時(shí)，鑄件與模筒之間的縫隙就比低溫模筒鑄出的間隙相對(duì)小，所以不易