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锡青铜的熔炼工艺及铸造缺陷防止
聂小武(湖南铁路科技职业技术学院机械工程系,湖南株洲市412000
摘要:介绍了锡青铜的铸造性能特点,讨论了熔炼工艺控制要点,着重分析了常见的铸造缺陷防止措施。
生产实践证明,通过合理的控制生产过程,就能生产出合格的锡青铜铸件。
关徙词:锡青铜;铸造性能;缺陷防止
中图分类号:TG291;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2010)05-3
以锡为主要合金元素的铜基合金称为锡青铜。率可达1.9%,如果收缩过程中受到物理阻碍则会产
锡含量小于5%的锡青铜舌于冷加工使用;锡含量为生热裂缺陷。在大型的锡青铜铸件中,热裂倾向表现
5%~7%的锡青铜适于热加工;当锡青铜里的锡含量更加突出。
超过10%时,锡青铜的塑性明显下降,因此只适宜于
(4)容易形成锡偏析
铸造;当锡含量超过20%时,强度和塑性都很低,已
由于锡青铜中锡是主要的合金元素,且锡在铜
无使用价值。故工业上使用的锡青铜里锡的含量大中的最大溶解度只有6%左右,扩散速度较慢,还受
多在3%~14%之间。铸造锡青铜是机械工业中常用到密度较大的Pb元素的影响,容易在凝固的过程中
的耐磨防腐材料,具有优良的干摩擦性能,被称为耐形成锡的密度偏析。锡的偏析还与锡、铜、铅的结晶
磨铜合金,通常用来制造轴套、轴瓦、轴承、齿轮、涡温度有关:锡的结晶温度为232℃,铅的结晶温度为
轮、导板等耐磨零件。铸造锡青铜的牌号有 Zcusn3327℃,铜的结晶温度为1080℃;由于锡的结晶温度
Zn8Pb6Ni1、 Zcusn3Zn1lPb4、 Zcusnt6Zn6Pb3、CuSn10最低,在凝固到232℃过程中液相中的锡浓度逐漸增
P1、 Zcusn10Zn2、7CuSn1OPb5等。该材质的铸件常采大,导致锡偏析。
用砂型铸造熔模铸造及离心铸造工艺成型。本文对
锡青铜在铸造过程中的质量控制进行了初步总结
2锡青铜的熔炼工艺
锡青铜铸造性能的缺点可以在熔炼工艺上采取
1锡青铜的铸造性能
适当措施予以防止或降低。这里以 Zcusn6Zn6Pb3熔
(1)具有一定的缩松倾向
炼为例来阐述锡青铜的熔铸工艺。
锡青铜的凝固方式介于体积凝固和糊状凝固之
(1)将覆盖剂木炭装人坩埚,木炭层厚道为20
间,在凝固初期形成的树枝状晶架,把即将凝固的半30mm、块度为10~30m,预热坩埚至暗红,大约为
固态金属分割成若干不相通的微熔池,贯穿整个铸600~700℃。对炉料熔剂、工具等必须充分预热干
件断面,合金液难以补缩到晶间,导致在枝晶间形成燥,不能带入水分。
微小孔洞。对于厚壁铸件,凝固过程中冷却缓慢,锡
(2)按照以下顺序加人称量好的炉料:锌→回炉
青铜的缩松倾向更加严重。
料一电解铜。尽量一次加入,防止氧化。
(2)容易吸气产生气孔
3)快速熔化炉料至1200℃左右,加人0.2%磷
铸造铜合金的特点是容易吸气,即便是纯铜吸铜脱氧,然后加人预热的铅-锡后搅匀。脱氧反应必
气性也大,锡青铜比纯铜的吸气性更大。在熔炼的过须充分,扒渣必须干浄,不然脱氧产物容易污染铜
程中,如果覆盖不严,锡青铜容易吸收空气中的气液,合金液凝固后会形成气孔和夹渣。磷铜加入量多
体,铸件凝固后形成气孔缺陷。
时,降低锡青铜的抗拉强度和伸长率;加入量少时,
3)容易产生热裂缺陷
又满足不了净化合金的要求
这与锡青铜的凝固方式有关:锡青铜的结晶温
(4)加覆盖剂木炭出炉,出炉温度约(1200±
度区间较宽,在凝固过程中收缩率较大,自由线收缩10)℃,浇注温度为(1130+10)℃。但如果是薄壁锛件,
为防止浇不足缺陷,浇注温度可以略微提高
收稿日期:2010-05-04
对于 Icus10Pb5锡青铜可先用预热的锌(占铜
文章编号:2010-067
液质量的0.5%~1.0%)脱氧,充分搅拌至铜液平稳,
cFT中国铸造装备与技术5/2010
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再加入0.2%的磷铜进一步脱氧,使铜液中含氧量降不采用覆砂金属型离心铸造工艺方式浇注锡青铜铸
至0.003%以下;然后加入锡调整成分,最后在浇包件。
内提前放入预热的锌(占铜液质量的0.8%),倒入铜
3)气孔
液,立即浇注铸件。锌的熔点是419.5℃,沸点是
离心铸造锡青铜合金,气孔是铸件报废的主要
907℃,当锌到达沸点后,已熔化的铜液阻碍锌蒸气铸造缺陷。影响离心铸造锡青铜气孔缺陷的主要因
的挥发,锌蒸气的压力增大,在挥发的过程中将铜液素有浇注温度和铸型厚度:浇注温度太高,合金中的
中的氢带出,从而达到除氢的效果。同时,在铜液表锌或磷的蒸气压大,或铸型壁厚太薄,预热温度高,
面形成一层锌蒸气,阻碍了炉气和大气中的有害气浇注后凝固速度慢,气孔缺陷产生的倾向都会增大
体进入铜液
防止的措施有:严格控制浇注温度不超过1200℃,含
还可以采用真空熔炼或复合精炼等先进工艺进磷锡青铜不能超过1080℃;铸型壁厚应尽量厚一些
行熔炼。
以提高其热容量,从而加强铸型的冷却能力;铸型使
用前应充分烘烤,预热要均匀,在铸造过程中,绝对
3常见的锡青铜铸造缺陷防止
不能用水冷却铸型内腔,需用水冷却时只能冷却铸
(1)缩松
型外壁。
浇注温度越高,合金液凝固过程中的收缩越大。
(4)热裂
因此,要防止锡青铜的缩松缺陷,要缩短熔炼时阆,
正确设计浇注系统,特别是内浇道位置对铸件
限制熔炼最高温度,还完善铸件的浇注系统,尽可凝固时的温度分布影响很大。通常熔模铸钢件内浇
能降低浇注温度。根据锡青铜的体积凝固方式,可采道设置在铸件厚实的热节处,这对热节处补缩固然
用减少温度梯度,用冷铁调节凝固时间,使铸件趋向有利,但加大了铸件厚实处与薄处的温差,增大了铸
于同时凝固;也可以加大温度梯度,即加快冷却速件热应力,使热裂倾向增大。另外,对于形状复杂、壁
度,充分补缩。比如,浇注系统采用顶注雨淋式,冒口厚不均匀的铸件,因有较多孤立的热节,为保证补
与铸件本体连在一起,砂型下部用厚冷铁调节冷却缩,往往需设置多个内浇道,浇注系统较复杂,造成
速度。下部铸件有冷铁激冷先凝固,冒口最后注满,铸件线收缩受阻,增加铸件产生热裂的倾向。
最后注满的合金液温度最高,冒口依靠重力作用可
为减少热裂倾向,在设置浇注系统时,既要考虑
以发挥补缩效果。
到铸件厚大部位的补缩,又要考虑件厚薄部分的热
对于离心铸造,要防止此类缺陷,首先要严格控平衡,以减小热应力;应考虑到整个铸件线收缩的方
制浇注温度和金属型的工作温度(保持在40~-80℃范向和收缩应力分布,减少铸件收缩应力;在金属液充
围之内),温度过高或过低都不利于形成致密的铸填、补缩前提下,浇注系统形状力求简单,内浇道数
件。配料时,尽量使锡含量取下限,锌含量取上限,以量不宜过多,要特別注意内浇道间的铸件过热和浇
降低当量,有利于调整合金的结晶温度范围和凝注系统对铸件的线收缩阻碍。总之,要避免铸件最后
固方式。
凝固或热节处因线收缩受阻而产生拉应力;应将最
(2)偏析
后凝固部位分散,或将收缩应力分散作用于各部位
锡青铜有很强的枝