閥門鑄造工藝方法及常見缺陷防治方法
日期：2021/03/22
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閥體的鑄造是閥門制造過程的重要環(huán)節(jié)，閥門鑄件質(zhì)量的好壞就決定了閥門質(zhì)量的好壞。下面介紹閥門行業(yè)常用的幾種鑄造工藝方法：
砂型鑄造：
閥門行業(yè)常用的砂型鑄造，按粘結(jié)劑的不同還可分為：濕型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃樹脂自硬砂等。
（1） 濕型砂是以膨潤土為粘結(jié)劑的造型工藝方法。
它的特點是：造好的砂型不需要烘干，不需要經(jīng)過硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強度，砂芯、型殼的退讓性較好，便于鑄件的清理落砂。造型生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，材料成本低，便于組織流水線生產(chǎn)。
它的缺點是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，鑄件的質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)量不夠理想。
鑄鋼件濕型砂的配比及性能表：
（2）干型砂是以粘土為粘結(jié)劑的造型工藝方法，稍加膨潤土可以提高其濕強度。
它的特點是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產(chǎn)生沖砂、粘砂、氣孔等缺陷，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量較好。
它的缺點是：需要砂型烘干設(shè)備，生產(chǎn)的周期較長。
（3）水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特點是：水玻璃遇CO2后有自動硬化的功能，可有氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
（4）呋喃樹脂自硬砂造型是以呋喃樹脂為粘結(jié)劑的鑄造工藝方法，在常溫下由于粘結(jié)劑在固化劑的作用下發(fā)生化學反應(yīng)而固化型砂。它的特點是砂型不必烘干，這就縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了能源。樹脂型砂易于緊實、潰散性好，鑄件的型砂易于清理，鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。它的缺點是：對于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場有輕微的刺激性氣味，而且樹脂的成本也較高。
呋喃樹脂自硬砂混合料配比及混制工藝：
呋喃樹脂自硬砂的混制工藝：樹脂自硬砂好采用連續(xù)式混砂機，將原砂、樹脂、固化劑等依次加入、快速混合而成，隨時混制、隨時使用。
混制樹脂砂時各種原料的加入順序如下：
原砂+固化劑（對甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹脂+硅烷-（60～90S）-出砂
（5）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程：
精密鑄造：
近年來，閥門廠家越來越注重鑄件的外觀質(zhì)量和尺寸精度。因為良好的外觀是市場的基本要求，也是作為機加工頭道工序的定位基準。
閥門行業(yè)常用的精密鑄造是溶模鑄造，現(xiàn)簡要介紹如下：
（1）溶模鑄造的兩種工藝方法：
①采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達標準ＣＴ７～９級。
②采用中溫樹脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達ＣＴ４～６級的精密鑄件。
（2）溶模鑄造典型工藝流程：
（3）溶模鑄造的特點：
①鑄件尺寸精度高，表面光整、外觀質(zhì)量好。
②可以鑄造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、難以用其他工藝方法實現(xiàn)加工的零件。
③鑄件材料不受限制，各種合金材料如：碳素鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁合金、高溫合金、以及貴重金屬等材料，尤其是難以用鍛造、焊接和切削加工的合金材料。
④生產(chǎn)靈活性好，適應(yīng)性強。可以大批生產(chǎn)，也適用于單件或小批生產(chǎn)。
⑤溶模鑄造也有一定的局限性，如：工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長。由于其可采用的鑄造工藝手段有限，用于鑄造承壓薄殼閥門鑄件時，其承壓能力不能很高。
鑄造缺陷的分析
的鑄件內(nèi)部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來很大的隱患，在生產(chǎn)過程中為這些缺陷進行的焊補也會給生產(chǎn)流程帶來很大的負擔。尤其是閥門作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。
閥門鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。
（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表面光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表面，形狀多呈圓形或長圓形。
生成氣孔的氣體主要來源有：
①金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內(nèi)壁有金屬光澤的氣孔。
②造型材料中的水分或揮發(fā)物質(zhì)都會因受熱而變成氣體，形成內(nèi)壁為暗褐色的氣孔。
③金屬在澆注過程中，由于流動不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。
氣孔缺陷的防止方法：
①在冶煉方面應(yīng)盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。
②鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。
③澆冒口的工藝設(shè)計要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設(shè)置人工氣路，合理排氣。
④造型材料要控制含水量、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。
（2）縮孔（松）：它是產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內(nèi)表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗時容易發(fā)生滲漏。
產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時發(fā)生體積收縮，此時如得不到足夠的鋼水補充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對順序凝固過程控制不當而造成的，原因可能有冒口設(shè)置不正確、鋼水澆注溫度過高，金屬收縮量大等。
防止縮孔（松）產(chǎn)生的方法：①科學的設(shè)計鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應(yīng)有鋼水補充。②正確、合理的設(shè)置冒口、補貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時，后從冒口處頂注補澆有利于保證鋼水溫度和補縮，減少縮孔的產(chǎn)生。④在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。⑸在澆注溫度方面不宜過高，鋼水高溫出爐，經(jīng)后澆注，有利于減少縮孔。
（3）夾砂（渣）：夾砂（渣）俗稱砂眼，是在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。
產(chǎn)生夾砂（渣）的原因：夾渣是由于鋼水在冶煉或澆注過程中，離散的鋼渣隨著鋼水進入鑄件形成的。夾砂是由于造型時型腔的緊實度不夠，當鋼水澆入型腔時，型砂被鋼水沖起進入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時不當，有掉砂現(xiàn)象也是造成夾砂的原因。
防止夾砂（渣）產(chǎn)生的方法：①鋼水冶煉時要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。②鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進入鑄件型腔。③在鋼水澆注時要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時要保證砂型的緊實度，修型時注意不要掉砂，合箱前要將型腔吹干凈。
（4）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。
產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個方面，即高溫應(yīng)力與液膜變形。
高溫應(yīng)力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應(yīng)力，當該應(yīng)力超過了金屬在該溫度下的強度或塑性變形時便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過程中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過一定時，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。
產(chǎn)生裂紋的影響因素：
①鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物了鑄鋼在高溫的強度和塑性，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。
②鋼中的夾渣和偏析增加了應(yīng)力集中，因而增加了熱裂傾向。
③鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。
④鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)越大，表面張力越大，高溫機械性能好，熱裂的傾向越小。
⑤鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應(yīng)力集中嚴重，都會產(chǎn)生裂紋。
⑥砂型的緊實度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會增加裂紋傾向。
⑦其它如澆冒口排列不當、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過大應(yīng)力等也都會影響裂紋的產(chǎn)生。
針對以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對應(yīng)的措施，就可以減少和避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。
綜合以上鑄造缺陷產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問題，采取相應(yīng)的改進措施，就可以找到解決鑄造缺陷的方法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。
砂型鑄造：
閥門行業(yè)常用的砂型鑄造，按粘結(jié)劑的不同還可分為：濕型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃樹脂自硬砂等。
（1） 濕型砂是以膨潤土為粘結(jié)劑的造型工藝方法。
它的特點是：造好的砂型不需要烘干，不需要經(jīng)過硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強度，砂芯、型殼的退讓性較好，便于鑄件的清理落砂。造型生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，材料成本低，便于組織流水線生產(chǎn)。
它的缺點是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，鑄件的質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)量不夠理想。
鑄鋼件濕型砂的配比及性能表：
它的特點是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產(chǎn)生沖砂、粘砂、氣孔等缺陷，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量較好。
它的缺點是：需要砂型烘干設(shè)備，生產(chǎn)的周期較長。
（3）水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特點是：水玻璃遇CO2后有自動硬化的功能，可有氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
呋喃樹脂自硬砂混合料配比及混制工藝：
呋喃樹脂自硬砂的混制工藝：樹脂自硬砂好采用連續(xù)式混砂機，將原砂、樹脂、固化劑等依次加入、快速混合而成，隨時混制、隨時使用。
混制樹脂砂時各種原料的加入順序如下：
原砂+固化劑（對甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹脂+硅烷-（60～90S）-出砂
（5）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程：
近年來，閥門廠家越來越注重鑄件的外觀質(zhì)量和尺寸精度。因為良好的外觀是市場的基本要求，也是作為機加工頭道工序的定位基準。
閥門行業(yè)常用的精密鑄造是溶模鑄造，現(xiàn)簡要介紹如下：
（1）溶模鑄造的兩種工藝方法：
①采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達標準ＣＴ７～９級。
②采用中溫樹脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達ＣＴ４～６級的精密鑄件。
（2）溶模鑄造典型工藝流程：
（3）溶模鑄造的特點：
①鑄件尺寸精度高，表面光整、外觀質(zhì)量好。
②可以鑄造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、難以用其他工藝方法實現(xiàn)加工的零件。
③鑄件材料不受限制，各種合金材料如：碳素鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁合金、高溫合金、以及貴重金屬等材料，尤其是難以用鍛造、焊接和切削加工的合金材料。
④生產(chǎn)靈活性好，適應(yīng)性強。可以大批生產(chǎn)，也適用于單件或小批生產(chǎn)。
⑤溶模鑄造也有一定的局限性，如：工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長。由于其可采用的鑄造工藝手段有限，用于鑄造承壓薄殼閥門鑄件時，其承壓能力不能很高。
鑄造缺陷的分析
的鑄件內(nèi)部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來很大的隱患，在生產(chǎn)過程中為這些缺陷進行的焊補也會給生產(chǎn)流程帶來很大的負擔。尤其是閥門作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。
閥門鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。
（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表面光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表面，形狀多呈圓形或長圓形。
生成氣孔的氣體主要來源有：
①金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內(nèi)壁有金屬光澤的氣孔。
②造型材料中的水分或揮發(fā)物質(zhì)都會因受熱而變成氣體，形成內(nèi)壁為暗褐色的氣孔。
③金屬在澆注過程中，由于流動不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。
氣孔缺陷的防止方法：
①在冶煉方面應(yīng)盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。
②鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。
③澆冒口的工藝設(shè)計要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設(shè)置人工氣路，合理排氣。
④造型材料要控制含水量、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。
（2）縮孔（松）：它是產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內(nèi)表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗時容易發(fā)生滲漏。
產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時發(fā)生體積收縮，此時如得不到足夠的鋼水補充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對順序凝固過程控制不當而造成的，原因可能有冒口設(shè)置不正確、鋼水澆注溫度過高，金屬收縮量大等。
防止縮孔（松）產(chǎn)生的方法：①科學的設(shè)計鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應(yīng)有鋼水補充。②正確、合理的設(shè)置冒口、補貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時，后從冒口處頂注補澆有利于保證鋼水溫度和補縮，減少縮孔的產(chǎn)生。④在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。⑸在澆注溫度方面不宜過高，鋼水高溫出爐，經(jīng)后澆注，有利于減少縮孔。
（3）夾砂（渣）：夾砂（渣）俗稱砂眼，是在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。
產(chǎn)生夾砂（渣）的原因：夾渣是由于鋼水在冶煉或澆注過程中，離散的鋼渣隨著鋼水進入鑄件形成的。夾砂是由于造型時型腔的緊實度不夠，當鋼水澆入型腔時，型砂被鋼水沖起進入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時不當，有掉砂現(xiàn)象也是造成夾砂的原因。
防止夾砂（渣）產(chǎn)生的方法：①鋼水冶煉時要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。②鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進入鑄件型腔。③在鋼水澆注時要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時要保證砂型的緊實度，修型時注意不要掉砂，合箱前要將型腔吹干凈。
（4）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。
產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個方面，即高溫應(yīng)力與液膜變形。
高溫應(yīng)力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應(yīng)力，當該應(yīng)力超過了金屬在該溫度下的強度或塑性變形時便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過程中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過一定時，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。
產(chǎn)生裂紋的影響因素：
①鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物了鑄鋼在高溫的強度和塑性，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。
②鋼中的夾渣和偏析增加了應(yīng)力集中，因而增加了熱裂傾向。
③鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。
④鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)越大，表面張力越大，高溫機械性能好，熱裂的傾向越小。
⑤鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應(yīng)力集中嚴重，都會產(chǎn)生裂紋。
⑥砂型的緊實度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會增加裂紋傾向。
⑦其它如澆冒口排列不當、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過大應(yīng)力等也都會影響裂紋的產(chǎn)生。
針對以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對應(yīng)的措施，就可以減少和避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。
綜合以上鑄造缺陷產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問題，采取相應(yīng)的改進措施，就可以找到解決鑄造缺陷的方法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。
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