钢件在生产过程中经常会发生各种不同的铸造缺陷，如何预防这些缺陷,一直是铸件生产厂家关注的问题。本文主要介绍了这方面的一些认识和实践经验。
车间主要采用传统湿型砂铸造工艺生产铸钢件，在长期的生产中，发现铸钢件主要出现以下铸造缺陷，砂眼，粘砂，气孔，孔，夹砂结疤，胀砂等等。

　　1.砂眼
砂眼缺陷处内部或表面有充塞着型（芯）砂的小孔，砂眼是一种常见的铸造缺陷，往往导致铸件报废。砂眼是由于金属液从砂型型腔表面冲下来的砂粒（块），或者在造型，合箱操作中落人型腔中的砂粒（块）来不及浮入浇冒系统，留在铸件内部或表面而造成的。
砂眼的预防措施：
（1）严格控制型砂性能，提高砂型芯的表面强度和紧实度，减少毛刺和锐角，减少冲砂。
（2）合箱前把型腔和砂芯表面的浮砂处理干净，平稳合箱，如果是明冒口或贯通出气眼，应避免散砂从中掉人型腔，合箱后要尽快浇注。
（3）设置正确合理的浇冒系统，避免金属液对型壁和砂芯的冲刷力过大。
（4）浇口杯表面要光滑，不能有浮砂。

　　2.粘砂

　　在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属(或金属氧化物)与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使铸件表面粗糙，难于清理。
粘砂多发生在型、芯表面受热作用强烈的部位，分机械粘砂和化学粘砂两种。机械粘砂是由金属液渗入铸型表面的微孔中形成的，当渗入深度小于砂粒半径时，铸件不形成粘砂，只是表面粗糙，当渗入深度大于砂粒半径时，就形成机械粘砂，化学粘砂是金属氧化物和造型材料相互进行化学作用的产物，与铸件牢固地结合在一起而形成的。
粘砂的预防措施：
（1）选用耐火度高的砂，以提高型砂，芯砂的耐火度，原砂的SiO2含量在96%（质量分数）以上，而且砂粒应对粗些。铸钢件的浇注温度越高，壁厚越厚，对原砂中SiO2含量的要求越高。
（2）适当降低浇注温度和提高浇注速度，减轻金属液对砂型的热力学和物理化学作用。
（3）砂型紧实度要高（通常大于85）且均匀，减少砂粒间隙；型、芯修补到位，不能有局部疏松。
（4）采用在高温下不开裂、不烧结成熔洞的涂料。

　　3.气孔
在铸件内部，表面或近于表面处，有大小不等的光滑孔眼，形状有圆的，长的及不规则的，有单个的，也有聚集成片的。颜色有白色的或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。由于气体的来源和形成原因不同，气孔的表现形式也各不相同，有侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。
侵入性气孔体积较大，形状近似梨形，常出现在铸件上部靠近型芯壁或浇注位置处，主要是由于砂型芯中产生的气体侵入金属中未能逸出造成的，梨形气孔小端位置表明气体由该处进入铸人件。
析出性气孔多而分散，一般位于铸件表面，往往同一炉铸件几乎都会出现，主要是由于金属在熔炼过程中吸收的气体在凝固前未能全部析出，就在铸件中形成许多分散的小气孔。
反应性气孔是由于金属一铸型界面发生化学反应而产生的气孔，因其分布均匀且往往在铸件表皮以下1-3mm处（有时在一层氧化皮下面）出现，所以又称为皮下气孔。又由于这种气孔多呈细长形针孔状，其长轴与铸件表面垂直，又可将其称为针孔。
气孔的预防措施：
（1）采用洁净干燥的炉料，限制含气量较多的炉料的使用，降低熔炼时金属的吸气量；浇包要烘干烫包；可以适当提高浇注温度以利于气体扩散。
（2）浇注时控制好压头和速度，保证钢水平稳充填砂型型腔，避免产生紊流，防止卷入气体。
（3）减少发气量，控制型（芯）砂水分及发气原料的含量，减少砂型在浇注过程中的发气量，不使用受潮，生锈或有油污的冷铁和芯撑等。
（4）改善砂型的透气性，选择合适的砂型紧实度，提高砂型和型芯的透气性；合理安排出气眼，使型（芯）内气体能顺利排出。
（5）提高气体进入金属液的阻力.合理设计浇注系统,避免浇注时卷入气体,在型（芯）表面涂刷涂料以减少少金属一铸型的界面作用。

　　4.缩孔、缩松
在铸件厚断面内部,热节处或轴心等最后凝固的地方,形成不规则的表面粗糙的孔洞,该处晶粒粗大,往往带有树枝晶.孔洞大而集中的为缩孔,孔眼小而分散的称为缩松.主要是由于铸件在冷却凝固时所产生的液态收缩和凝
固收缩远远大于固态收缩,且在铸件最后凝固的地方得不到金属液的补充造成的。
缩孔、缩松的预防措施：
（1）尽量降低注温度和浇注速度,浇注后期的补浇要充分到位。
（2）合理设计浇冒系统,壁厚小且均匀的铸件要采用同时凝固,壁厚大且不均匀的铸件采用由薄向厚的顺序凝固,使铸件得到充分补缩。
（3）在铸件厚断面部位,合理放置内,外冷铁。
（4）尽量减少铸件的热节部位。
5.夹砂、结疤
夹砂是指在铸件表面上,有一层金属瘤状物或片状物,在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂或涂料,结疤是由于金属液在铸型表面局部冲去了一块砂的地方或在发生搅拌或沸腾现象的地方出现了一块 凸出的疤痕,脱落的砂夹在疤块中或铸件的其他部位中。在浇注时,湿型型腔表面的水分因受到钢液的高温烘烤而向砂型内部发生迁移,形成强度较低的水分凝聚区，易使型腔表面脱层而造成铸钢件结疤,、夹砂等缺陷。
夹砂、结疤的预防措施：
（1）严格控制型砂、芯砂性能。
（2）浇注时间尽量短；浇注系统的设计应使金属液进入型腔时平稳而冲击力不大,内浇口的布置要适当分散以避免铸型局部过热,同时尽快地覆盖住下型面。
（3）大平面的板状铸件可采用倾斜浇注；
（4）铸型上扎气眼以利于水水蒸气及其他气体的排除,使水分凝聚区后移和        
降低其中的水分,减少气体压力对型腔表面的拱托作用。
（5）修型时避免用压勺来回压大平面,防止分层。
6.裂纹
裂纹分为热裂和冷裂。热裂主要由S引起，多为不规则形状,裂口处金属表皮氧化;冷裂主要由P引起,裂口较直,开裂处有金属光泽,有时出现轻微氧化色。部分铸件采用水爆清砂工艺，亦可导致裂纹。
裂纹的预防措施：
（1）提高砂型和砂芯的退让性。
（2）严格控制炉料及钢水中的S、P含量。
（3）铸件壁厚尽量均匀,避免壁厚的突然改变,条件允许时,可适当设置加强筋,两截面交接部位采用圆角连接,以减少应力集中。
（4）调节铸件各部位冷却速度,避免铸件局部过热,在厚大断面或热节处放置冷铁,内浇道适当分散,使铸件各部位温度趋向均匀,浇冒口当应阻碍铸件的收缩。
（5）铸件浇注后,开型不能过早,采用水爆清砂工艺的铸件应掌握好温度和时间。

　　7.其他铸造缺陷
（1）变形 长、板状铸件比较容易变形.某些铸件加工后,放置一段时间后会出现变形。
预防措施：适当添加加强筋;适当增加加工余量;采用反变形工艺；将铸件进行去应力退火,消除铸件的内应力；采用时效处理。
（2）冷隔 在铸件上有未完全融合的缝隙或凹坑,其交界边缘是圆滑的。
预防措施：提高浇注温度和浇注速度;改善浇注系统;浇注时不断流。
（3）浇不足 由于金属液未完全充满型腔而产生的铸件缺肉。预防措施;提高浇注温度和浇注速度;不要断流和防止跑火;浇注后期的点浇补缩到位。

　　消失模铸造是一种近无切削加工铸造工艺，具有铸件精度高、设计灵活、无砂芯、生产环境清洁、投资和生产成本低等优点。此项技术在国内外发展十分迅速，各项相关技术都取得了长足进步。消失模铸造技术在铸铝、铸铜、铸铁等材料上得到较好的应用，但在铸钢生产的应用上则相对滞后。虽然在高锰钢、耐磨钢等钢种上也有成功应用的报道，但在实际的生产过程中，由于铸件在浇注充型过程中，金属液的流动前沿是热解的消失模产物（气体和液体），会与金属液发生反应并影响到金属液质量，如果热解产物不能顺利排出，就容易引起气孔、增碳、增氢等缺陷，使该技术的应用受到一定的限制。消失模铸钢件的常见缺陷就是气孔，因此对其产生的原因进行分析并提出相应的防止措施，为消失模铸造技术更好地应用于铸钢件的生产提供指导是十分必要的。

　　一、产品现状及气孔成因

　　我厂生产的铸钢件迷宫环（见图1），材质为ZG270-500，质量为35kg。

　　

　　生产条件：每箱10件、聚苯乙烯泡塑料的密度为22g/cm3，采用水基涂料，烘干室温度为45℃左右，烘干时间为48h，冒口用AB胶粘接，垂直放置，直浇道45mm×45mm，横浇道40mm×25mm，内浇道为20mm×15mm。底注，负压度为0.05MPa，浇注温度为1550℃，浇注时间为13～17s，浇注３min后停止抽真空，30min后落砂。

　　机加工后在补缩冒口处发现大量分散性气孔，出现在铸件内部和铸件表面上（见图1），最大的直径达3mm，深度达4mm，不合格品率达60%。我们对气孔缺陷进行系统的整理和分析，认为形成的气孔主要是侵入性气孔和析出性气孔，并对产生的原因进行了较深入的探讨。

　　气孔的形成来源于气体。消失模铸造铸钢迷宫环上的气孔主要是由泡沫汽化产生的气体侵入金属液析出而形成的侵入性气孔，以及钢液中带入的析出性气孔。

　　1.侵入性气孔的成因

　　侵入性气孔是消失模铸钢件气孔产生的主要形式，其形成原因有以下几方面。

　　（1）浇注过程中，浇注时间过短，充型过快，泡沫塑料模样不能被迅速汽化，裂解的液态产物进入金属液中，铸件凝固后，气体不能被排出，而在铸件中形成气孔。

　　（2）泡沫塑料模样的发气量随浇注温度的升高而急剧增大，图2为浇注时气体压力随浇注时间的变化，可以看出，浇注的瞬间气体压力急剧升高，由于铸钢浇注温度较高，浇注时瞬间发气量很大，气体不能被及时排出，特别是钢液在紊流状态时将气体卷入其中，形成气孔。

　　（3）粘接泡沫塑料模样用粘结剂使用不当是形成侵入性气孔的重要原因。实际生产中发现，铸钢件在泡沫塑料模样粘接处往往产生大量的气孔。如果用插接或钢钉连接泡沫塑料模样，该处就不会产生气孔。这是由于连接处使用了较多的粘结剂，无论用851强力胶还是AB胶，其密度是泡沫塑料的几倍甚至几十倍，其汽化速度远比泡沫塑料慢且汽化温度高，当胶还没有汽化时金属液上升而将胶裹住，在随后的冷却过程中不断汽化，从而在铸件中形成气孔。

　　（4）水分也是形成铸钢件气孔的因素之一，浇注时水分的来源主要有以下几方面：一是涂料没有彻底烘干，或是由于水基涂料中含有CMC、聚乙烯醇、白乳胶、淀粉等有机粘结剂，如果挂有涂料的模样烘干后不能及时浇注，就会吸收空气中的水分。另外，涂料的膨润土等悬浮剂多含有结构水和结合水，由于模样烘干温度一般只有40℃左右，其结构水和结合水一般仍存留于涂料中，这部分水分在高温钢液的作用下汽化；二是泡沫塑料模样由于干燥不充分，泡沫粒珠中仍残留较多的水蒸气；三是来自型砂中的水分。

　　2.析出性气孔的成因

　　析出性气孔是指在熔炼过程中金属液吸气，在金属凝固过程中，多金属中析出而形成气孔。当金属液吸入水蒸气时，在高温金属液的热作用下，水裂解产生氢气，氢气溶解后裂解成氢原子，这些原因在金属液的凝固过程中重新聚合，生成氢气，无法排出，就形成了析出性气孔缺陷。这种气孔特点：气壁比较光滑，有金属光泽，气孔比较小但数目较多。

　　二、解决铸钢件气孔的措施

　　由以上分析可知，浇注过程中，浇注时间过短，充型过快，泡沫塑料模样不能被迅速汽化，粘接泡沫塑料模样用粘结剂使用不当，是造成铸钢件气孔的主要原因。另外，浇注系统设计不合理，还有模样、涂料及浇注等方面的因素。

　　1.减少泡沫塑料模样的发气量，降低发气速度

　　（1）在保证模样强度、刚度的前提下，尽量减少模样的密度，从而减少发气量；将直浇道、冒口及厚大部位做成空心塑料模样（目前我厂采用的泡沫塑料密度为0.018~0.020g/cm3）。

　　

　　（2）减少浇注系统的尺寸，内浇道由原来的20mm×15mm改成15mm×15mm，使浇注时间增加到20s左右。降低浇注速度从而降低聚苯乙烯的发气速度，使产生的气体通过涂料层得以及时排出而不进入钢液。模样充足的汽化时间也使其汽化率提高，减少了聚集在钢液与涂料层界面的液态残留物，避免在轮缘的侧面形成气孔。

　　2.使用发气量低的粘结剂

　　粘结剂用量越少越好，最好冒口与产品整体一次成形，或使用插接或钢钉连接，或粘结剂与钢钉联合使用。

　　3.保证涂料质量

　　（1）选用高温透气性好的涂料，增加涂层的透气性和润湿性，降低气隙空腔的气压，以保证金属液平稳充型。在干砂消失模铸造中，由于使用干砂造型，干砂透气性远高于涂料的透气性，涂料的透气性主要取决于涂料透气性的大小。当涂料透气性较小时，涂料的透气性远小于模样的热解速度，合金液流前的气隙中的压力很高，合液态金属流动前沿很不稳定，造成卷气与吸气。

　　（2）涂料挂涂要均匀，具有高的高温强度，以减少涂层厚度，一般控制在0.5~1mm即可。

　　（3）涂层应充分烘干，烘干的模样应及时浇注，避免受潮。

　　我们通过上述三种措施对原有的涂料进行了改进：硅砂的粒度由原来的0.071mm（200目）改成0.080mm（180目）；乳胶由原来的25kg改成了20kg；纤维素由原来的4kg改为5kg。改进后的涂料增强了高温强度与透气性，且不易开裂。

　　4.设置集渣与排气冒口

　　聚苯乙烯泡沫塑料模样的气体分解产物都要通过涂层逸出型腔，由于金属液充型速度很快，液态热解产物来不及充分裂解汽化，使液态产物或残留物往往积聚在铸件的死角或顶部，使这些部位易形成气孔。因此，应在这些部位设置小冒口，冒口顶部涂料用细物扎多个小孔，以利于积聚的液态产物最后汽化时将气体排出。冒口尺寸可根据产品的大小来设置，小冒口也较容易清理。实践证明，这些小冒口可有效地消除铸件的夹渣及气孔缺陷。

　　5.选择正确的浇注工艺

　　（1）浇注位置应尽量使重要的大表面处于竖直或倾斜状态，有利于金属液的平稳充型和塑料模样的逐渐汽化，使气隙压力较小及保持平衡。

　　（2）浇注系统优先选用封闭式的底注、阶梯浇注或侧注，保证金属液的平稳流动及避免浇注过程中大量空气进入型腔。

　　（3）提高金属液的浇注温度，减小浇注速度，有利于泡沫塑料模样的充分汽化和迅速地排出。实践证明提高浇注温度可有效地减小气孔等一系列铸造缺陷。铸钢件浇注温度应在1600℃以上，此时应保证涂料有较高的高温强度，否则会导致较严重的粘砂。

　　（4）坚持“慢-快-慢”的浇注原则。先用小流量金属液点通直浇道，在用大流量快速充满浇口杯封闭直浇道，保证真空度，直到浇口杯金属液不在下沉时为止。由浇入的钢液量估计液面快达到铸件顶面时，放慢浇注速度，减少金属液流量，保证金属液中的或可能侵入的气体逸出涂层或从金属液析出。

　　6.浇注前应对钢液进行充分除气

　　（1）清洁炉料，特别是铁锈严重的炉料应经除锈处理。

　　（2）快速熔炼，缩短高温熔炼时间。

　　（3）充分脱氧，用铝量一般为0.04%～0.06%，不超过0.15%。

　　另外，型砂要干燥，不使用含水分或潮湿的型砂。铸钢件的真空负压度一般应控制在0.05～0.06MPa为宜。

　　三、结语

　　通过以上综合措施的实施，不但基本解决了铸钢件迷宫环的气孔缺陷，同时还减少其他品种铸钢件气缩孔现象，成品率达90%以上。

　　 

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