液压支架柱窝常见铸造缺陷及预防措施

摘要:本文介绍了支架柱窝常见的铸造缺陷气孔、缩孔、粘砂的形成原因，针对各种缺陷特点提出了预防措施。

关键词:铸造缺陷； 气孔； 缩孔； 粘砂

1 概述

随着科学技术的不断发展，机械化采煤的普及，液压支架在采煤中的应用越来越广泛。液压支架中的柱窝是立柱支撑顶梁的关键零件，它的铸造缺陷，不仅降低了支架的承载能力，还带来很大的安全隐患。我厂在支架柱窝的铸造过程中，一直致力于这方面的研究，使铸造缺陷得到了有效控制。支架柱窝在铸造中的缺陷主要有气孔、缩孔、粘砂等。现依次叙述如下：

2 气孔

2.1 气孔生成的原因

2.1.1 支架柱窝厚且厚度不均匀，当钢从液态变成固态时，由于气体在金属中的溶解度随温度下降而急剧减少，气体向铸件较高温度方面扩散。（例如纯铁中氮的溶解度，每一百克金属中，1100时为20.5立方厘米，750时只有0.3立方厘米。氢的溶解度，每一百克金属中，1000时为5.5立方厘米，而在300时则只有0.16立方厘米）扩散至壁较厚、凝固较迟的部分，来不及排走，随着凝固的进行被包容于塑性状态的金属中而形成气孔，这类气孔呈封闭圆形或椭圆形，不与外界相通，孔壁有金属光泽。

2.1.2 柱窝型砂中的水分（包括混合水、结晶水、砂粒和粘土上附着的水），粘结剂中所含的挥发物，都会因受热而变成气体，以水为例，当其受到高温金属加热时，首先变水蒸气；其次，当温度继续升高时，水蒸气还分解，水变成水蒸气时，体积要膨胀，水蒸气分解为氢和氧时，还要膨胀，如这种膨胀受到阻碍，则产生压力，此压力在型砂透气不良的情况下，能冲破金属表面凝固膜，而穿入铸件内部生成气孔。在穿入过程中，气体一面运动，一面膨胀。所以形成一个细颈而后扩大的形状，使整个气孔像一个梨形，细颈方向指向气体来源方向，在铸件表面或皮下往往只有一个微孔，不容易看出来，只有热处理后或切削加工过程中才能完全发现，因气孔与高温金属发生氧化作用，所以孔壁常呈暗蓝色或黑褐色。

2.1.3 金属在浇注系统中和型腔中的流动过程中，由于流动不稳定，将气体卷入而生成气孔。上述各种气体生成过程中，外界进入的气体与金属内部析出的气体往往互相促进，先出现的成为核心，后出现的向其扩散，而使气孔尺寸增大，数量增多。

2.2 气孔的防止方法

2.2.1 在冶炼方面，应尽量减少和脱除钢中的气体，通常应注意的是冶炼过程要去气良好，炉料、溶剂、工具、浇包等要预热和烘干，去锈去油污。

2.2.2 在浇注方面，浇注前钢水在较高温度下镇静，以利于气体上浮，浇注过程中及时点火引气，以利于气体外排。

2.2.3 在铸造工艺方面应合理设计浇注系统及冒口，使钢水流动平稳，避免气体卷入，同时浇冒口设计应尽可能使压力头增大，有利于迫使气体通过型砂向外排出，应在型砂上合理扎出扎眼，安排人工气路，并控制砂型烘干深度，并严格处理冷铁，不允许有锈和其它可发气的污物。

2.2.4 在造型材料方面，应控制其含水量，发气量及透气性，使气体来源减少，并有利于气体排出。

3 缩孔

3.1 缩孔的形成原因。缩孔指支架柱窝在凝固过程中因补缩不良而最后凝固部分形成的宏观孔洞。缩孔开关不规则，孔壁粗糙，常伴有夹杂物、气孔、裂纹等缺陷，缩孔上方或附近的铸件表面有时会出现凹陷或缩陷。它与气孔的主要区别是：缩孔形状不规则，表面粗糙，一般产生在铸件最后凝固部位，常伴有粗大树枝晶；气孔形状规则，多呈圆形、椭圆形、腰圆形、梨形和针头形，表面光滑，分布在铸件表面层或遍布整个铸件或某个局部，断口不呈海绵状，通常不伴生粗大树枝晶。缩孔形成原因主要有以下原因：

3.1.1 支架柱窝材质一般为合金钢，其液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，凝固时间过长；

3.1.2 浇注温度过高产生缩孔；

3.1.3 合金中杂质和溶解的气体过多，在合金凝固过程中杂质和析出的气体被推向结晶前沿，阻塞通道，使缩孔加重；

3.1.4 浇注系统、冒口、冷铁、补贴等设置不当，使铸件在凝固时得不到有效补缩。

3.2 缩孔的防止方法

3.2.1 改进柱窝铸型工艺设计，改变浇冒口位置，保证柱窝在凝固过程中获得有效补缩。

3.2.2 加强合金精炼，净化金属液，减少合金中溶解气体和低熔点杂质的含量，以利于凝固补缩。

3.2.3 降低浇注温度和浇注速度，延长浇注时间；

3.2.4 点冒口。在浇注生一段时间内，向冒口内补注高温金属液，以提高冒口内补缩金属液量，延长冒口内补缩金属液量保持高温的时间，提高冒口的补缩效率；

3.2.5 捣冒口。用棒搅动冒口内的金属液，阻止其表面过日凝壳，以提高冒口的补缩效率。

4 粘砂

4.1 粘砂的形成原因。柱窝主要是球窝粘砂，在球窝的部分或整个表面上粘附着一层由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生成的低熔点化合物。粘砂层硬度很高，与球窝表面结合牢固，无法用喷、抛丸清理方法去除，粘砂轻微的用砂轮打磨掉，严重的则引起报废。粘砂主要有以下原因：

4.1.1 型砂粒度太粗，紧实度低或不均匀；

4.1.2 型的涂料质量差，涂层厚度不均匀，涂料剥落；

4.1.3 浇注温度和浇注高度太高，金属液动压力大；

4.1.4 型砂中含回用砂太多，回用砂中细碎砂粒、粉尘、死烧粘土、铁包砂太多，型砂烧结温度低；

4.1.5 金属液中的氧化物和低熔点化合物与型砂发生造渣反应，生成硅酸亚铁、铁橄榄石等低熔点化合物，降低金属液表面张力并提高其流动性，使低熔点化合物和金属液通过毛细管作用机制渗入砂粒间隙，并在渗透过程中，不断消蚀砂粒，使砂粒间隙扩大，导致粘砂。

4.2 粘砂的防止方法

4.2.1 采用再生砂时，去除过细的砂粒、死烧粘土、灰分、金属氧化物、废金属、铁包砂及其它有害杂质，提高再生砂质量，定期补充适量新砂，同时减少粘土砂的粘土含量。

4.2.2 型砂中粘结剂含量要适当，不宜过高，提高混砂质量，保证砂粒均匀裹覆粘结剂膜，并有适度透气性，避免型砂中夹有团块，适当提高砂型的紧实度和紧实均匀性。

4.2.3 采用防粘砂涂料，均匀涂覆，球窝部位适当增加涂层厚度，涂料中不得含有易产生气体、氧化及能与金属液和型砂发生反应的成分。

4.2.4 适当降低浇注温度、浇注速度和浇注高度，降低上型高度和浇口杯高度，以减少金属液动压力、静压力及对铸型的热冲击。

4.2.5 适当提早开箱，加快铸件冷却，以防止固态粘砂。

5 结论

采取以上措施，通过对该柱窝1000余件的铸造证明，支架柱窝内在质量及成品率明显提高，有效的避免了人力、物力的过多浪费，达到了降低成本，提高效益的目的。