铸件表面白膜缺陷的成因及其可能的解决方案


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图1. 所示为以白色沉积物形式出现的铸件表面缺陷以及因其而产生的麻面铸件表面。

在 大批量铸造过程中,所有的化学粘结剂造型材料都可能产生不同类型的铸件缺陷。其成因不仅与熔炼有关,还与造型材料和涂料

有关。在某些情况下,可以通过诸如使用造型材料添加剂、更换粘结剂或涂料体系、改变铸造参数或铸造之后对铸件进行处理等简单措施成功避免铸件缺陷。有一种铸件表面缺陷以白色沉积物或白膜的形式出现,消除该缺陷会留下麻面(图1)。这是多年来一直困扰铸造厂的问题,解决这个问题十分昂贵且耗时。

这种铸件缺陷表现为白色沉积物或白膜(图2和图3a),由金属液与受热的涂层及造型材料之间边缘区域内发生的化学反应引起。生成的反应产物包括含纤维状硅、氧和碳的夹渣以及非晶硅氧化物SiOx。理论指出,SiO2在硅、碳及其他元素的还原作用下可形成SiOx。这种铸件缺陷在有涂层和无涂层的模具表面上都可能出现。涂料是涂覆于模具和型芯表面的特殊物质,用于隔离铁液和造型材料,使铸件的表面光滑且无瑕疵。

反应产生的化学层易碎、多孔且易于除去。除去后,铸件上将留下粗糙的麻面(图3b)。因此,最终需要将铸件上的麻面填平或磨平,这样做不仅耗时而且会增加成本。此外,这种铸件缺陷还影响结构。例如,在球墨铸铁中,通常能观察到石墨退化深度达0.5-1mm。石墨退化表现为退化的石墨层,以层状石墨层的形式出现在球墨铸铁表面。

在球墨铸铁中呈片状石墨,这种铸件缺陷通常出现在化学粘结剂的呋喃和酚醛树脂造型材料上。呋喃树脂工艺是使用有机粘合剂的自硬化工艺。室温条件下,呋喃树脂造型材料通过添加对甲苯磺酸或磷酸固化。由呋喃树脂造型材料制成的砂型在成型时粘合剂会热解。热解是指有机化合物受热分解。

无需加入氧气粘合剂就会受高温影响发生气化和氧化。碳与游离氧发生反应,产生如CO的有毒气体。剩余的碳保留在体系中,继续发生反应。在此,碳元素会还原SiO2,导致生成SiO。化合物SiO在高温下非常稳定,但在室温下会按照对应的碳平衡发生歧化反应[3]:2SiO↔Si+〖SiO〗2。

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