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液態(tài)模鍛件缺陷的特點、成因及對策

2024-03-05 08:48:07

1、模腔填充不滿

制件棱角處未充滿,甚至不成形,頭呈光滑圓弧狀。產生的原因有:

1)模溫和澆注溫度低,擠壓力不足或加壓太遲,液態(tài)金屬加壓前已凝固成厚殼,隨后加壓無法使其變形,以填充棱角處; 

2) 涂料涂敷不均勻,或棱角處涂料積聚太多,阻礙了金屬的充填: 

3)模膛邊角尺寸不合理,不易填充。 

防止對策:

1)適當提高模具預熱溫度和擠壓力; 

2) 盡快施壓: 

3)改進模膛設計,便于金屬流動: 

4) 涂料采用噴涂,切忌堆積。 

2、高向尺寸偏差

產生原因是,定量澆注不準確,澆注的液態(tài)金屬過量或量不足,產生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺,或在澆法勺、凹模內做好標記,盡可能控制澆注液態(tài)金屬的量;有時在凹模上開條溢流槽,當模具閉合時,將多余的金屬液擠出,從而達到定量,保證制件的高度尺寸。

3、精度差

產生原因是模膛設計不合理或加工裝配不好,不能保證制件的形狀和尺寸;組成模膛的零件被磨損,變形或活動零件未恢復原位。

其改進措施:正確設計和制造模具,保證試模后的制件與設計的一致性;加強生產過程中制件精度檢查,一旦超差,即對模具進行修復或更換。

4、冷隔

冷隔的外觀特征是在制件表面有不規(guī)則的明顯下陷線形紋路(有穿透的和不穿透的兩種),形狀細小而狹長,在外力作用下有發(fā)展趨勢。 

其形成原因: 

1)多澆包多點同時澆注,使兩股金屬流對接,但未完全熔合面又無夾雜存在其間,兩層金屬結合極弱; 

2)多澆包順序澆注,前后兩包斷流時間太長; 

3) 模具溫度低。 

改進措施:

1)適當提高模溫和擠壓力; 

2)多泡按序澆注時,兩泡間避免斷流。 

5、擠壓冷隔

金屬液在模膛中停留較長時間才合模施壓,而且金屬液上擠充模,使這部分金屬與原澆注液面之間形成一圈冷隔。模膛中金屬表面有一層較厚的氧化皮,擠壓成形后,外圈的氧化皮基本上仍在原來位置,導致這一部位的金屬與金屬間沒有熔合,即出現冷隔。 

擠壓冷隔形成,與制件成形方法相關。即凸式沖頭加壓中,這種冷隔在所難免。其防止措施:提高模溫和澆注溫度;工藝節(jié)拍許可時,盡量縮短加壓前停留時間,選擇不易氧化的合金等。這些措施,只能降低冷隔的危害程度,但無法根本消除,倘若不許可存在,只能改變成形方法: 

1) 設計模具時,將制件位置倒過來,以便用平沖頭加壓代替凸式沖頭加壓; 

2) 采用先合模、擠入液態(tài)金屬,緊接著施壓。 

6、表面起泡

制件表皮下被壓扁的氣孔,在制件脫模或熱處理加熱時,因熱脹將表面鼓起氣泡。產生原因有: 

1)凹模中未燃盡、未揮發(fā)的涂料過多,或模膛排氣不好,使?jié)沧⒅挟a生氣體浸入液態(tài)金屬內部; 

2)擠壓速度過快,使液態(tài)金屬填充模膛時產生渦流而卷入大量氣體; 

3)液態(tài)金屬含氣體量太多,加壓前析出的氣泡來不及逸出,被壓扁在表皮下。 

改進措施:

1)適當提高模溫,并采用噴涂方法,使涂料在澆注前已干固; 

2)施壓要慢而平穩(wěn); 

3)注重液態(tài)金屬除氣操作; 

4)模具設計應考慮排氣措施。 

7、表面夾渣

表面夾渣是在液態(tài)模鍛過程中,部分涂料或氧化皮被擠入制件表層,在淬火時呈現皺皮或氧化渣麻點。產生原因有: 

1)涂料過多或未干固就進行澆注,使涂料帶入液態(tài)金屬中,有的還與金屬液發(fā)生作用形成化合物夾雜。例如,高錫青銅制的“硬質點”就是這樣: 

2)沖頭加壓時,使已自由凝固的結晶硬殼發(fā)生大的皺褶變形,將涂料、氧化皮等擠入制件表層中。 

防止對策:

1)適當提高模溫,涂料必須噴涂均勻、干固; 

2)加壓前停留時間盡量短,保證加壓時已凝固層不太厚且溫度高,不易發(fā)生大的皺褶變形。 

8、表面粘焊與粒狀溢出物

制件脫模時,在模芯表層留有 一層粘焊物,并使制件內表面粗糙,嚴重時在制件內孔表面有許多豆粒狀金屬粒溢出,其最大直徑可達 2mm。 

產生原因是:澆注溫度和模溫過高,保壓時間又不足,制件未凝固即開模取件。由于制件表層下未凝固金屬液被吸出,輕者粘焊于模芯表面,嚴重時形成粒狀物溢出,并分布于制件內表面。 

防止對策:保壓時間應足夠,即制件凝固結束后才允許脫模。 

9、塌陷

擠壓過程中卷入的空氣及從金屬液中析出的氣體造成的反壓,有可能使制件的細小之處產生塌陷。防止的對策有: 

1) 加大模子與沖頭的間隙,改善通氣狀態(tài); 

2) 少涂些潤滑劑,多了會堵塞通氣孔; 

3)發(fā)現制件有塌陷,可在模具相應部位增加通氣孔的數目: 

4)采用組合式模具。 

10、擦傷

制件表面沿出模方向拉傷痕跡稱為擦傷。產生原因有: 

1)模具的脫模斜度太小,模膛表面粗糙或表面有傷殘等,使制件脫模困難造成擦傷; 

2)澆注溫度和模溫過高、涂料不足或澆注時金屬液流對模膛沖刷作用劇烈,造成金屬與模膛粘焊,脫模時將制件擦傷、甚至撕裂。 

預防對策有:

1) 在固定部位擦傷時,要修復模具、修正脫模斜度,打光壓痕:

2)擦傷無一定部位時,在擦傷部分相應的模具上增敷涂料;

3)對于因粘模造成的擦傷,采用降低澆注溫度,控制模溫,調整涂料品種和涂敷方法,修復易粘焊模膛部位。

11、氣孔

金屬在熔融狀態(tài)時能溶解大量氣體。在冷凝過程中由于溶解度隨溫度降低而急劇減小,致使氣體從液態(tài)金屬中釋放出來。若此時尚未凝固的金屬液被已凝固殼包圍,逸出的氣體無法排除,就包在金屬中,形成一個個氣孔。它具有光滑的表面,形狀規(guī)則成圓形或橢圓形。 

形成原因:

1)由于爐料不干凈或熔煉溫度過高,使金屬液含有大量的氣體,在隨后的結晶凝固中來不及浮至液面逸出,產生析出性氣孔。氣孔壁具有光亮的金屬光澤; 

2) 擠壓速度過快,液態(tài)金屬充模流動時產生渦流而卷入大量氣體,形成侵蝕性氣孔。由于金屬在高溫時與空氣中氧作用而發(fā)生氧化,致使氣孔壁呈灰褐色或暗色; 

3)由于模溫低、涂料積聚,致使?jié)沧⑶巴苛衔锤晒?。與金屬液發(fā)生化學反應,形成反應性氣孔; 

4)澆注至開始加壓的時間間隔太長,由于液態(tài)金屬表而結殼或粘度增加,使液態(tài)金屬因冷卻析出的氣泡不能順利逸出,在隨后加壓中,被保留或壓扁在制件中;

5)壓力能使氣體在金屬中溶解度增加。壓力不足,無法抑制氣泡形成,而使氣孔形成機率增加。 

防止對策:

1)使用干燥而潔凈爐料,不使合金過燒,并很好除氣; 

2)涂料涂敷薄而均勻,嚴禁積聚;提高模溫,保證澆注前涂料干固; 

3) 選取足以阻止氣孔形成的比壓值,并盡量縮短加壓前停留時間。 

12、縮孔和縮松

縮孔和縮松是金屬在凝固時體積收縮,而外殼又已經凝固得不到補縮所產生的??锥创蟮慕锌s孔;細小分散的叫縮松。凡是液相與固相溫差大的金屬,產生縮松可能性大,對于共晶合金是在一定溫度下結晶,易產生集中縮孔。區(qū)別縮孔與氣孔,看孔的內壁光整與否。氣孔內有氣體存在,所以孔壁光滑圓整;縮孔因得不到補縮,孔壁被拉成不平的皺皮,而且集中在最后凝固部位。它們往往和氣孔混合在一起。 

產生原因有:

1)施加壓力低,未能保證金屬液始終在壓力下結晶凝固,直至過程的結束; 

2)澆注至開始加壓的時間間隔太長,使液態(tài)金屬與模接觸面自由結殼太厚,減弱了 沖頭的加壓效果;

3)保壓時間短,金屬未完全凝固即卸壓,使隨后凝固部位得不到壓力補縮; 

4)澆注溫度過低或過高,降低了對制件的壓力補縮效果; 

5)制件壁厚相差過大,擠壓時沖頭被凝固早的薄壁部位所支撐,使厚壁的熱節(jié)部位得不到壓力補縮; 

6)制件熱節(jié)處離加壓沖頭過遠,由于存在“壓力損失”,面降低對該部位的加壓效果。 

改進措施:

1)提高比壓,選取合適的保壓時間; 

2)降低澆注溫度,使之剛剛高于合金的液相線溫度,以減小厚壁部位金屬液的過熱程度; 

3)模具上與制件厚壁部位相對應區(qū)域,設法予以激冷,厚壁部位應離施壓端最近; 

4)將沖頭設計成可相互運動兩部分,以便對不同凝固部位,施以不同壓力: 

5)對制件重新設計,使其截面比較均勻。 

13、夾渣和夾雜

由于液態(tài)模鍛條件下,無排渣和集渣冒口。如果金屬液質量不高,含渣過多,澆注前渣的清除又不徹底,這時,在液態(tài)模鍛過程中,渣有可能上浮到制件頂端,施壓后就殘留在制件表面內,就形成表面夾渣。如果渣來不及上浮,就已經合模和施壓,結果渣必裹在制件內,成為內部夾渣。其外觀特征是在制件上有不規(guī)則明或暗孔,孔內被熔渣充塞。與夾渣并存的,還有氧化夾雜。鋁合金熔煉時生成 Al2O3、MgO這類固態(tài)氧化物,其密度與鋁液很相近,它們會以懸浮狀態(tài)保留在合金液中。凡進入模子的氧化夾雜肯定會留在制件中。其外觀表現為在金屬基體上有較硬的細小質點或塊狀物。形成原因有: 

1)由于爐料不干燥、不潔凈,致使合金液一開始就有夾雜; 

2)熔化、保溫、精煉或變質過程中,金屬液被爐氣污染,形成爐渣或氧化物夾雜; 

3)液態(tài)金屬在其運輸、澆注過程中,因操作不當而帶入氧化皮、爐渣和爐襯等雜物; 

4)坩堝 、澆包及其它工具上帶來的夾雜。 

14、擠壓偏析

液態(tài)模鍛的凝固速度快,故微觀偏析比其它鑄造方法要輕些,但是,凹陷較深的零件在液態(tài)模鍛時,容易產生一種獨特的宏觀偏析——擠壓偏析。液態(tài)金屬澆入模膛后,首先在模壁處成核,長大,結成硬殼。隨著已凝固層不斷由模膛壁向前推進,與之相鄰接的液相中的溶質元素越來越富集,一旦合模加壓,這部分液體就會擠至制件的邊緣部位。偏析部位溶質元素含量高,低熔點相也多。從鋼平法蘭液態(tài)模鍛件宏觀組織觀察中得出,周邊有一深深痕紋,就是證明。壓力愈大,鋼液質量愈低,這條痕紋愈明顯。模溫愈低,加壓前停留時間愈長,痕紋離外壁距離愈大。控制擠壓偏析的措施: 

1) 先合模,再將金屬液經由澆口注入,然后加壓,縮短了金屬液在施壓前模具中停留時間; 

2)提高模具溫度,以減輕合模前合金凝固的程度及溶質元素的富集現象。 

15、異常偏析

分配系數 K0<1 的溶質元素在合金凝固時,由于選擇結晶結果,此元素在先凝固的制件表層濃度總是低于制件心部,出現正偏析。液態(tài)模鍛往往促使正偏析的產生,出現所謂“液態(tài)模鍛異常偏析”,即在普通鑄造方法不易出現的嚴重正偏析。對于某些結晶溫度間隔寬的合金、如錫青銅、鉛青銅、AL-Cu4%和 AL-Si2.5%等合金,和合金中偏析系數大的溶質元素,當合金澆注溫度過高,溫度梯度太大,外周呈現發(fā)達的柱狀晶時,這種傾向尤甚。對于共晶的 Al-Si 合金和Al-Mg5%~10%合金,這種傾向不明顯。 

“異常偏析”形成機理,某些研究者認為,這是制件在結晶過程中,樹枝晶軸間未凝固的溶質元素富集的液態(tài)金屬,在外部壓力作用下,從樹枝晶軸間擠出,排擠到最后凝固區(qū),加壓方向和凝固方向垂直, 易形成異常偏析。

防止對策為 :

1)降低澆注時液態(tài)金屬的過熱度,以便在接近液相線溫度時進行施壓: 

2)施壓方向與凝固方向一致。 

16、枝晶偏析

液態(tài)模鍛時,由于過程進行的速度很快,溶質來不及均勻擴散,有利于成分均勻,以獲得無偏析制件,這是問題一方面。從另一方面,施壓前凝固前沿已有溶質積聚,并在自然對流影響下,迅速擴散或沉積。一旦施壓,這些低熔點溶質便擠入結晶前沿的枝晶中去,形成嚴重的枝晶偏析。雖然過程進行的很快,但選擇結晶依然存在,熔點低的元素,在金屬流動的帶動下,也要作近程遷移,稍一積聚,就可能在壓力作用下,擠入凝固前沿的枝晶間隙中去。周而復始,無論早期凝固,還是晚期凝固的組織,均不同程度存在枝晶偏析,鋼質液態(tài)模鍛中,碳的濃度沿原奧氏體晶界就偏高,因此,以后的組織轉變就形成珠光體偏析。 

改進措施:

1)提高模具溫度,降低金屬澆注溫度,以降低熔體的溫度梯度; 

2)選取最佳的熱處理工藝,是消除枝晶偏析切實可行措施。 

17、裂紋

制件的金屬基體被破壞或裂開,形成細長的、不規(guī)則線形的縫隙,在外力作用下有進一步發(fā)展趨勢,這種缺陷稱裂紋,裂紋有熱裂紋、冷裂紋和縮裂之分。熱裂紋斷面被強烈氧化呈暗灰色或黑色,無金屬光澤,冷裂紋斷面潔凈,有金屬光澤,縮裂是與縮孔、縮松并存的 一種內部缺陷,形成原因是:

1)制件厚薄過于不均,使截面急劇變化處冷卻不均而產生內應力,將脆弱地方拉裂;

2)制件未凝固完畢就出模(保壓時間不足),未凝固部位出現自由結晶凝固,不僅產生縮孔和縮松,而且產生縮裂;

3)由于金屬芯子沒有退讓性,制件脫模也不能太遲,否則模芯將對制件收縮產生阻礙, 使制件承受拉應力,脆弱部位將被拉裂;

4)模溫低,尤其模芯溫度過低,壓力太小或加壓太遲,使制件得不到壓力補縮;

5)合金含脆性雜質太多,或合金易氧化,降低了制件金屬的熱塑性或降低了抵抗高氧化能力。

改進措施:

1)重新設計制件,使其厚薄相差不要太大,并加大過渡的圓角半徑; 

2)保證制件始終在壓力下結晶凝固,有足夠的保壓時間; 

3)提高比壓值,使制件一旦產生熱裂,能產生塑性變形,進行愈合; 

4)降低澆注溫度,減輕偏析現象; 

5)帶有模芯的制件,需及時脫芯,且脫芯操作應平穩(wěn); 

6)提高合金質量,注意熔煉操作。 

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