熔模铸造碳钢件过滤技术研究

刘子健

【摘要】熔模碳钢件的过滤介质可采用耐高温纤维过滤网。用过滤工艺能改善碳钢的组织和性能。熔模碳钢件过滤后能有效去除钢中非金属夹杂物，明显减少铸件渣眼和气孔等缺陷，提高铸钢件质量。

【關键词】熔模铸造；碳钢件；过滤技术

一、熔模铸造碳钢件过滤技术

（一）过滤器的安放位置影响过滤效果

如何放置过滤器，这是熔模镶钢件过滤技术的首要问题。即子过滤器放在横浇道中和过滤装置放在模组上面试验结果表明，试验所用过滤工艺能提高碳钢件的质量，前者操作复杂，受熔模铸造工艺影响，使过滤效果不易稳定，但用来考察某种过滤器的过滤效果时做对比试验较合适。后者使用灵活方便，不影响原生产工序，过滤效果好，适宜于生产中使用。

（二）过滤提高铸钢机械性能的分析

碳钢经过滤后试样的抗拉强度和延伸率都有不同程度的提高，其中延伸率的提高较为明显。分析其原因主要与过滤非金属杂物、改善钢的组织、减少铸造缺陷等有关。当非金属夹杂物、气孔和疏松等铸造缺陷存在钢的组织中时，破坏了金属基体的连续性，在铸件受力时易引起应力集中而使钢的机械性能降低。央杂物与基体的晶体结构不同，在塑变形过程中由于夹杂物的变形能力通常比基体金属低，在受力变形时会阻碍基体产生塑性变形，在夹杂物上形成应力集中，使夹杂和基体分离形成空穴。随着外力加大，此空穴和基体中的疏松、气少，因而使试样的延伸率提高。

（三）过滤去除夹杂物的讨论

联板经过滤后可明显减少渣眼和气孔等缺陷，使铸件表面光洁美观。过滤去除夹杂物的机理根据资料吸附捕获和因过滤使流股趋于层流，而使较轻的夹杂物上浮去除。试样断口的自视观察和金相分析表明，经过滤的试样断口和金相组织比未过滤的细密、基体组织均匀。分析其原因，首先，是由子过滤去除了大尺寸的悬浮颗粒，因而在冷却过程中使钢中大量小尺寸的悬浮颗粒在较大的过冷度下同时达到形核条件而形核使晶粒变细。钢中央杂物的去除提高了钢水的流动性，在同一型腔内排列过滤和未过滤螺旋形试样模，浇注后测定螺旋形试样长度，过滤螺旋形试样比未过滤的长，使在铸钢凝固中减少了枝晶间补缩通道中的阻力，减少了疏松倾向使组织致密。硫化物的被过滤，减少了气泡形成的非自发核心及钢渣相互作用产生的渣气孔使试样致密。钢水遇到过滤器骨架分开后又合拢而起到搅拌作用，可使加入的合金成分分布均匀，有利于碳钢组织的均匀。

（四）过滤提高铸钢件的合格率

铸钢件经过滤后，减少了由夹杂造成的废品，降低了焊补率，提高了合格率。分析熔模铸造帽式过滤器的主要过滤机理如下：首先，是过滤器对夹杂物的机械阻截，即钢液中较大的夹杂物在滤网表面受到阻挡，随着阻挡在过滤器表面上的夹杂物数量不断增多，形成“滤饼”的夹杂物层，使钢水的流道逐渐变细，从而可以过滤小于网眼尺寸的夹杂物。网孔为1.65mm×1.65mm的过滤网可以阻挡尺寸小于0.3mm的夹杂物。其次，由于吸附捕获，小于网孔的夹杂物随同钢水在过滤中被分割成细小的流股单元增大了与过滤器的接触面积，减小了夹杂物与过滤器的距离，由于静电吸引导致夹杂物被吸附在过滤器上。这种吸附也取决于溶液与质点的相对界面能。如果相对界面能高，质点附着在该表面上而被排除，同时由于合金熔液有足够高的能量，使质点“烘结”在滤网表面上。由上述机理分析可知，本研究所用熔模铸造帽式过滤器，不仅能过滤钢中大于网孔的大块夹杂物，而且也能过滤小于网孔的夹杂物，从而减少了精铸件因夹杂造成的废品，使熔模铸钢件合格率提高。

二、技术控制

（一）加强炉料管理

保证炉料自身的清洁也是减少钢水中含量的一项重要措施。精选后的炉料必须分类存放在干净、干燥的库房内。炉料在入炉熔化前要经过熔烧和抛丸清理。另外，回炉料一定要掺配使用，切不可整炉使用。

（二）充分调动操作人员的积极性

所有的方案最终都需要由操作人员来完成，对于铸造行业，操作人员的技能、习惯等往往直接影响铸件的最终品质，这就需要技术及管理人员要深入现场，在贯彻工艺规范的同时，认真及时地总结经验。如温度控制，对于绝大多数厂家而言，完全没有必要追求昂贵的、高精度的测温仪器，实践中有许多简易适用的测温方法，再借助于普通的光学测温仪，就可以较精确地掌握出炉及浇注温度。一个有经验的浇注工，根据浇注后包嘴的挂包情况，就可以基本估算出浇注温度是否合适。在采用中频炉叉壳浇注碳钢铸件组时，有的叉壳接水的操作工，有意识地将型壳倾斜一定角度，再让浇冒口尽量靠近炉子的出水口，然后随着钢水的注入不断扶正型壳，这种手法可减少钢水的冲击，促使钢水平稳有序地充型。

（三）合理地控制浇注温度

过高的浇注温度不但提高了氧化程度，且能提高碳的活性，从而加大了浇注过程中溢炉反应的程度。曾发生过十分严重的反应性气孔，整个铸件组上下布满了蜂窝状的孔洞，与湿壳浇注所造成的侵入性气孔极其相似，这与高温浇注有着直接的关系。过高的温度，不仅使溢炉反应更为强烈，同时还延长了反应时间，从而造成铸件成批报废。浇注时较为严重的溢炉反应多发生在用中频炉熔炼的条件下，这可能与中频炉的升温速度相对较快，温度不易控制有关。

总之，只要措施得当，管理人员、技术人员及操作者的共同努力，对提高熔模铸造碳钢件质量有实用意义。

参考文献

[1]佟天夫等.熔模精密铸造工艺[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]浙江大学等.硅酸盐物理化学[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.