結(jié)晶物質(zhì)在生長過程中,由于受到外界空間的限制,未能發(fā)育成具有規(guī)則形態(tài)的晶體,而只是結(jié)晶成顆粒狀,稱晶粒,晶粒的內(nèi)部晶胞方向與位置基本一致而外形不規(guī)則。
鑄件晶粒粗大是指經(jīng)過機械工或進行斷口檢驗時,顯示出晶粒組織過分粗大而不適合應(yīng)用的缺陷,這種晶粒粗大的組織,可能是遍布于鑄件整體,也可能發(fā)生于鑄件的局部。從本質(zhì)上講,晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。
機床床身鑄件等晶粒粗大缺陷產(chǎn)生的原因及防止措施
鑄件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計:鑄件截面差異過大,會因為較厚的截面冷卻緩慢而造成該處晶粒粗大?;诣T鐵等對截面變化十分敏感的金屬,更容易產(chǎn)生此類缺陷。防止產(chǎn)生這類缺陷的有效方法是避免鑄件截面尺寸過分懸殊,但這種途徑有時是鑄造工作者所無能為力的。因而就鑄造本身言,可通過采取設(shè)置冷鐵、控制澆注溫度或通過選擇合適的澆汁系統(tǒng)來減少這類問題的發(fā)生,降低這類缺陷的嚴重程度。采用冷鐵可加快鑄件較厚截面的冷卻速度;澆注溫度過高,會使這類問題更為嚴重,應(yīng)予以避免;通過調(diào)節(jié)、修正澆注系統(tǒng)設(shè)計,使溫度低的金屬熔液位于鑄件截面較厚的部位,并在鑄件的厚截面處設(shè)計最有效的冒口,以盡可能減小冒口的尺寸。對于帶孔鑄件,工藝設(shè)計人員有時沒有采用有助于減小有效截面尺寸的型芯,使未設(shè)芯的截面過厚而產(chǎn)生此缺陷,因此在工藝設(shè)計時,應(yīng)盡可能在較厚的截面中設(shè)置砂芯。工藝設(shè)計時加工余量留得過大,不僅增加了切削加工的費用,還會把較致密的鑄件表層切削掉,并暴露出中心冷卻較慢的疏松部分。這種設(shè)計毫無可取之處,因為無論從鑄造還是從機械加工的角度來看都是不合理的,解決辦法是改變鑄件的設(shè)計。在厚截面處型芯設(shè)計不合適,型芯支撐不正確,或采用其他引起偏芯的技術(shù),會造成鑄件截面的變化,從而引起晶粒粗大。
澆冒口系統(tǒng):未能實現(xiàn)順序凝固 澆注系統(tǒng)未能很好地實現(xiàn)順序凝固,通常是造成晶粒粗大的原因。對于截面變化急劇的鑄件,必須允分注意內(nèi)澆口的數(shù)量和位置。為了進行補縮,在冒口的作用區(qū)保持灼熱的熔融金屬,會使厚截面的冷卻速度降低到產(chǎn)生粗大晶粒的程度。易于造成熱匯的澆冒口分布 同樣,為了對厚截面進行補縮,常會在局部區(qū)域造成過分的熱量匯集。在內(nèi)澆口或冒口與鑄件連接處造成局部熱節(jié) 內(nèi)澆口或冒口頸部較短,對于補縮是有利的,但卻會使橫澆道或冒口太靠近鑄件,減緩了該部位的冷卻速度。而增大冒口頸部,又會給補縮帶來問題。因此最好的措施是采取有效的冒口設(shè)計,盡可能減少冒口的尺寸,不使橫澆道和冒口過于接近易于形成粗大品粒的關(guān)鍵截面,恰當?shù)卦O(shè)置橫澆道和冒口,以實現(xiàn)補縮。內(nèi)澆口數(shù)量不足 內(nèi)澆口數(shù)量太少,不僅易于造成沖砂,同時還會造成局部熱節(jié)和粗大晶粒組織。
型砂:只有當型砂使型壁產(chǎn)生的位移足以導(dǎo)致增加臨界截面的截面尺寸時,型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一個因素。由于在厚截面處的型壁移動可能最大,所以這種缺陷還是有可能產(chǎn)生的,此時所產(chǎn)生的品粒粗大缺陷和脹砂有關(guān)。
造型:缺少能促使加快冷卻速度的通氣孔就較厚的鑄件截面來說,鑄件的冷卻速度與通過型砂散出熱量的速度有關(guān)。排氣充分會有助于水氣迅速排出,從而產(chǎn)生一種致冷的效應(yīng)。未設(shè)置激冷釘或冷鐵這種情況通常是因為粗心疏忽所致。
澆注:對所有金屬來說,澆注溫度過高都容易造成晶粒粗大缺陷。
其它:冷卻速度過慢 除了與設(shè)計、澆注系統(tǒng)和金屬成分有關(guān)外,還與其他因素有關(guān),如型砂緊密度偏低、當需要采用而沒有采用冷鐵、澆注和落砂之間的時間間隔過長,以及落砂后將灼熱的鑄件堆放在一起等。熱處理不當 也是造成某些金屬品粒粗大的主要原因之一。機械加工不當 不恰當?shù)臋C械加工會使實際上致密的鑄件看上去像是具有晶粒粗大缺陷的樣子。所謂機械加工不當,是指刀具磨得不合理、刀具過鈍、切削速度或進刀控制有誤,以及粗加工方法不當?shù)龋@些都會造成帶有某種損傷的多孔外觀,這種外觀會使人們認為機床床身鑄件存在晶粒粗大的缺陷。