熔模铸件常见麻点缺陷分析

2013-08-29深圳市盈迅精密机械有限责任公司广东518055潘玉洪

金属加工(热加工) 2013年7期

关键词：麻点炉料粘结剂

深圳市盈迅精密机械有限责任公司（广东 518055）潘玉洪

麻点也有称为麻斑、麻坑、氧化麻点等，是不锈钢熔模铸件常见的表面缺陷之一。

一般来说，这种缺陷不能修复只能报废。不仅提高了生产成本，而且影响了正常的生产进度和交货。因此，如何减少、消除铸件麻点缺陷，是熔模铸造工作者的主要任务之一。

1.麻点的特征

麻点通常出现在含wCr＜20%、wNi＜10%的不锈钢铸件上。在铸件表面上有许多灰黑色的圆形浅凹坑，直径0.3～1.0mm，深0.3～0.5mm。

据相关资料介绍，铸件未清理前，凹坑中充填着熔渣物质。经岩相分析表明，在缺陷处的熔渣物质中有硅酸铁、硅酸锰及硅酸铬等存在。电子衍射结果表明，黑色麻点是由磁铁矿（Fe3O4）及铁铬尖晶石（FeO·Cr2O3）组成。光谱分析结果，在缺陷处化学成分中硅含量增加，而含锰量极少。

麻点缺陷常出现在铸件的局部厚断面、拐角及内孔部位，甚至是铸件的整个表面上。铸件经过抛丸、喷砂清理后，铸件表面会有灰黑色的麻点，如图1所示。

图1 铸件上的麻点

2.产生原因

从上述岩相、电子衍射和光谱分析中可以看出，麻点主要是由于金属氧化物与型壳材料中的氧化物产生化学反应造成的，尤其是型壳面层耐火材料选用不当，不符合质量要求，或管理不善等原因，浇注后更容易在成批铸件的表面上产生不同程度的麻点缺陷。

麻点缺陷产生的主要原因如下：

（1）金属液中的氧化物过多 ①炉料中的氧化物过多。使用感应炉熔炼时，炉料锈蚀严重，或使用回炉料的比例较大，回用的次数较多，均会增加金属液中的氧化物。②金属液脱氧不充分。脱氧剂的选择要达到既能使金属液充分脱氧，又能使脱氧后形成的氧化物熔点低，易于聚集和上浮的目的。脱氧剂的加入量少，会影响脱氧效果，使金属液中残留过多的氧化物。③熔炼工艺不当或操作不当，金属液中的氧化物没有去除干净等；炉料熔化过程中，金属液表面裸露的时间长，使合金元素的氧化机会增多。预脱氧后，停电静置时间短，金属液中的氧化物没有及时、完全上浮；终脱氧不充分，浇注过程中产生二次氧化等。

（2）型壳面层材料中的氧化物过多据相关资料介绍，由于锆砂具有导热性好，蓄热能力大，耐火度高等优点，在生产不锈钢熔模铸件时，采用锆砂作为型壳面层耐火材料。纯ZrSiO4的耐火度为2000℃以上，但是随着杂质含量的增加，耐火度相应下降。当锆砂中含有Ca、Mg氧化物杂质时分解温度会下降到1300℃左右，当含有K、Na氧化物时，其分解温度会下降到900℃左右。锆砂是ZrO2·SiO2二元系中唯一的化合物，其分解时析出的无定形的SiO2具有很高的活性，能与金属中的Cr、Ni、Ti、Mn、Al等合金元素在高温下产生化学反应，致使铸件的表面产生麻点。

如某熔模铸造厂生产不锈钢铸件，原来型壳面层材料选用石英砂/粉，严重时铸件的麻点缺陷约占80%。后来更换锆砂/粉（没有进行来料检验）和硅酸乙酯水解液作为粘结剂时，铸件的麻点缺陷有所降低，但仍然在50%左右。当采取来料检验，控制锆砂/粉中的氧化物后，铸件的麻点缺陷不仅数量大幅较少，而且麻点缺陷的程度也明显减轻。

（3）与型壳焙烧质量有关型壳充分焙烧可去除型壳中的水分、残留蜡料、皂化物、有机物和挥发物，以及型壳中残留的氯化铵硬化液和钠盐等。如果型壳中残留这些物质（见图2），就会在浇注时使金属液产生二次氧化，生成大量的气体或新的氧化物，这些氧化物与型壳中的氧化物产生化学反应，易在铸件的表面上生成麻点缺陷。

（4）与粘结剂有关目前，熔模铸造生产中广泛使用的水玻璃、硅溶胶和硅酸乙酯水解液都属于酸性粘结剂，其共同特点是能生成酸性氧化物SiO2（即硅酸溶胶）。这种粘结剂适用于浇注碳素钢、铜和铝合金铸件，如果浇注钛、铬合金钢铸件时，就容易在铸件的表面上形成麻点缺陷。

3.防止措施

（1）减少金属液中的氧化物，提高金属液的质量。

第一，选用干燥、洁净的炉料，控制回炉料反复使用的次数或用量，避免炉料中的氧化物增多。

第二，采取完全脱氧，先加锰铁后，加硅铁脱氧，再加硅钙脱氧，然后停电静置2min，再加铝终脱氧，出炉、浇注。也可以只选用铝终脱氧，再补充脱氧。即生产中终脱氧采用二次加入法，第一次炉内终脱氧，加入量为0.10%～0.12%（铝的加入量与炉料的锈蚀有关，炉料锈蚀严重时，加入量取上限；反之取下限）。第二次在浇包中加入补充脱氧，用铝0.02%～0.05%为宜。

第三，制订合理的熔炼工艺和浇注工艺，并严格执行，如出钢前的镇静时间要能够使氧化物充分上浮，扒渣要净，及时清除已产生的氧化物；在浇包中加入草木灰，必要时采用真空浇注，防止金属液的二次氧化等。

有资料指出，采取在型壳填砂材料中加入木炭粉，把石墨、沥青等碳质材料加入制壳材料中，浇注前在型壳中加入四氯化碳，浇注后立即将型壳置于还原气氛中，如加木屑或废蜡再盖箱密封冷却，以及降低熔炼温度等措施，均可减少麻点缺陷。笔者认为选用这些措施时，既要充分考虑其在批量生产中的可行性、合理性，又要考虑其对作业环境的污染，以及对操作者身体健康的影响等因素。

（2）合理选用型壳材料，并确保其质量。

第一，选用型壳材料，如锆石英砂/粉的质量必须满足工艺要求，尤其是面层耐火材料中含有的氧化物必须在工艺范围内，尤其是氧化铁的含量不能超标，过高的Fe2O3含量将加剧麻点的产生。

第二，对进厂的原材料要进行检验，合格后方可进厂、入库。对库存的原材料要定期复验，不合格的面层材料不能使用。

（3）选择合理的型壳焙烧工艺，并严格执行。

焙烧型壳的目的是从型壳中除去挥发性物质（如残留的水分、盐分、模料等），进一步提高型壳质量。生产中常采用的型壳焙烧工艺：温度850～900℃，时间2～4h（时间与装炉量有关）。

型壳焙烧质量的好坏可以从型壳外观的颜色判断。如果型壳呈深灰色，则说明型壳中有较多的碳分，型壳焙烧不充分；如果型壳内表面或断面呈白色、粉白色或粉红色，则说明焙烧质量好。

焙浇过的型壳应及时进行浇注。如果存放时间过长，在浇注前应再次进行烘焙（不是焙烧）。型壳不能多次焙烧，每焙烧一次，就会增加或加大型壳上的裂纹。

（4）使用中性或碱性粘结剂。

不锈钢熔模铸件产生麻点的主要原因：首先是金属液和型壳面层耐火材料中含有较多的氧化物，其次是型壳焙烧不良，再次是粘结剂的种类。

当采用前三项措施仍然效果不理想时，才可以考虑采用中性或碱性粘结剂。中性粘结剂有铝、铬、锆等金属盐类，如硝酸铝、碱式氯化铝、碱式硝酸铬等。碱性粘结剂主要是镁、钙等金属盐类。