消失模铸件易出现的缺陷及消除措施

消失模铸件易出现的缺陷及消除措施

―攀枝花钢铁研究院试验中心陈建钢1、粘砂

金属液渗入型砂中，形成金属与型砂的机械混合物，其中有两种情况：一种是金属液通过涂层开裂处渗入型砂中，形成铁包砂（即机械粘砂），此种缺陷一般可以清除掉；另一种情况是金属透过涂层渗入型砂中，形成难以清除的化学粘砂。

（一）产生的原因

（1）在涂层开裂的情况下，由于型砂紧实度不够，型砂颗粒过大及真空度过高产生第一种粘砂情况；

（2）在涂层过薄或局部未刷到的情况下，由于金属液温度较高，真空度较大时产生第二种粘砂。

（二）防止措施

（1）提高涂层的厚度和耐火度。

（2）造型时紧实力不宜过大以免破坏涂层。

（3）选择合适的负压。

（4）选用较细的原砂。

（5）浇注温度不宜过高。

（6）选择合适的压力头。

2、气孔

（一）气孔的分类

（1）浇注时卷入空气形成的气孔。

（2）泡沫塑料模样分解产生的气孔。

（3）模样涂层不干引起的气孔。

（4）金属液脱氧不好引起的气孔。

（二）浇注时卷入空气形成的气孔

消失模铸造浇注过程中如果直浇道不能充满就会卷入空气，这些气体若不能及时排出，就有产生气孔缺陷的可能。

防止卷入气体的措施：

（1）采用封闭式的浇注系统。

（2）浇注时维持浇口盆内有一定的液体金属以保持直浇道处于充满状态。

（3）正确掌握浇注方法，采用慢—快—慢的浇注方法。

（三）泡沫塑料模样分解产生的气孔

EPS和STMMA热解后产生大量的气体，如果充型平稳，金属与模样逐层置换，这些气体就会顺利通过液体前沿与模样间的气隙经铸型排出，特别在铸型处于负压状态下更有利气体排放，铸件不易产生气孔缺陷。但是如果充型过程产生紊流或者顶注，侧注情况下、部分模样被金属液包围后进行分解产生的气体不能从金属液中排出时就会产生缺陷，这种气孔表面有炭黑存在。

防止措施：

（1）改进浇注方案，使充型过程逐层置换，不产生紊流。

（2）提高浇注温度。

（3）在不发生紊流的情况下，适当提高真空度，如果发生紊流而产

生气孔时，可适当降低真空度。

（4）提高涂层和型砂透气性。

（四）模样涂层不干引起的气孔

涂层烘干不够、模样含有水分或发泡剂含量过高，浇注时会产生大量的气体，甚至产生反喷，这种情况下容易产生气孔，有时也易形成侵入性气孔。

防止措施：

（1）模样必须干燥。

（2）涂层必须干透。

（3）型砂必须是干砂。

（五）模样粘结剂引起的气孔

模样组合粘接时，采用的粘结剂发气量过大，在金属液充型过程中，局部会产生大量的气体，如果不及时排出就会产生气孔。

防止措施：

（1）选用低发气量的模样粘结剂。

（2）在保证粘牢前提下，粘结剂用量越少越好。

3、缩孔和缩松

金属由液态变为固态时发生体积收缩，包括液态收缩、凝固收缩及固态收缩。固态收缩只引起体积轮廓的变化，而凝固收缩与液态收缩如无足够的金属液补给，则必然产生缩孔。

防止措施：

（1）增加补缩冒口的体积并采用合理的冒口形状。

（2）提高冒口内金属液的温度。

（3）配合使用冷铁。

（4）浇注球墨铸铁时，浇注后立即增大负压，提高铸型刚度。

4、皱皮

（一）按皱皮外观的分类

（1）波纹状皱皮。

（2）滴流状皱皮。

（3）冷隔状皱皮。

（4）夹渣状皱皮。

（二）皱皮形成的原因

铸铁皱皮是在浇注时聚苯乙烯分解的产物，既有苯乙烯单体的气体也有液态的二聚物，三聚物等。在液相中存在再聚合物，这当中形成一种粘稠的沥青状的液体，这种液状分解物残留在涂层的内侧，一部分被涂层吸收，一部分在金属与涂层之间形成一层薄膜，这层薄膜在还原气氛下形成细片状或皮屑状的结晶残碳，即光亮碳。这种密度较低的光亮碳与铁液润湿性极差，因此在铸件表面形成碳沉积。（三）防止措施

（1）采用低密度的热溶胶、EPS 或STMMA、EPMMA等作为模样材料。（2）合理地设置浇注系统，使其有利于模样分解产物、分散分布或集中顶部排于

冒口之中。

（3）提高浇注温度和浇注速度。

（4）提高真空度。

（5）提高涂层和铸型的透气性。

（6）降低合金碳当量，减少自由碳数量。

（7）改进铸件结构，模数大的厚实零件则须设置集渣冒口。

5、珠粒状缺陷

泡沫塑料模样表面珠粒间结合不良，涂料渗入珠粒间。清理后，铸件表面形成类似模样表面珠粒纹路的龟纹，严重时形成粒状铸件表面。另一种情况是模样干燥时局部急剧受热或温度过高造成珠泡鼓起，浇注后，模样的这种表面被复印下来形成一种消失模特有的缺陷。防止措施：

改善泡沫塑料模样的表面质量，选用细小珠粒，采用合适的发泡剂含量，改进发泡成形工艺及模样干燥工艺，防止局部急剧过热，对模样表面进行修饰等。

6、夹杂物

（1）铸件内夹杂物的区分：非金属夹杂物均为无规则块状物，分布在铸件内部。型砂夹杂物一般呈白色，其余呈黑色。通过电镜分析，型砂夹杂物和涂料夹杂物的主要成分是SiO2 ，而金属渣夹杂物和泡沫塑料模样热解产生的夹杂物主要成分是碳。

（2）型砂夹杂物：在浇注过程中，铸型型砂被冲入金属中不能排出，存在铸件内部形成白色的颗粒状的夹杂物。

防止措施：

制备均匀、连续的涂层。

②模样与内浇道圆滑过渡，尽量防止尖角砂块的存在。

③组模的结合部必须保持严密，尽可能不在砂箱内进行组合操作。（3）涂料夹杂物：浇注过程中涂层被破坏剥落，进入金属液中；渗入模样组合部位的涂料被液流冲刷掉，也进入金属液中，铸件凝固后形成的缺陷，涂料夹杂物往往是黑色块状。

防止措施：

①提高涂层强度。

②模样组合时，结合部位要进行严密处理，防止涂料渗入模样的缝隙中。

（3）金属溶渣夹杂物：浇注时，金属液带入溶渣不能排出留在铸件内部形成的黑色块状夹渣。

防止措施：

①加强扒渣和挡渣操作。

②采用底注包或茶壶包浇注。

③采用过滤网过滤金属液。

（4）模样热解产物夹杂物：由于模样高温热解后形成一部分固相和液相产物不能及时排出，残留在铸件内部形成消失模特有的黑色块状产物夹渣。

防止措施：

①采用低密度EPS、STMMA等材料。

②浇、冒口系统利于排渣。

③提高浇注温度。

7、节瘤

在负压浇注的消失模铸件表面常见均匀分布半圆突出物及较大的瘤状突出物。有些突出物很难清除，严重时会影响铸件表面质量甚至造成铸件报废。

（一）产生的原因

（1）由于模具表面有铸造缺陷（气孔、缩松等）或排气塞（孔）孔眼过大，致使模样表面存在突出物，在负压浇注下，铸件表面形成金属突出物。

（2）涂层内表面存在密布的小气孔或局部形成大气泡，在负压浇注下，铸件表面形成同样大小的金属突出物。

（3）型砂填充不良，在负压作用下，涂层下部干砂出现空洞，金属液通过涂层裂缝进入铸型空洞形成节瘤。

（二）防止措施

（1）改善模具表面质量，泡沫塑料模样表面存在突出物应修光滑。（2）保证涂料质量，发酵的涂料不能使用，涂料粘度应适当。（3）改进涂刷工艺，防止拐角处出现气泡。

（4）型砂填充和紧实良好，特别注意背砂面的填砂紧实。

（5）振实后抽真空，然后再振实，在涂层下部出现的空洞经过振动紧实可以填实。

8、铸钢件的增碳

采用消失模生产铸钢件时，铸件会发生表面增碳、体积增碳、局部增碳等不同情况。增碳缺陷主要发生在ｗ（C）≤0.45％的铸钢中，

一般增碳质量分数在,0.08～0.4％之间。铸钢件的增碳存在很大的不均匀性，相同钢液成分的不同铸件，相同铸件的不同部位增碳量也是不同的。它和模样材料、内浇道位置、浇注速度的大小等有关。铸钢件的增碳使得铸件机加工性能变差，给焊接、热处理带来不利影响，甚至铸件废品。

（一）产生的原因

在浇注过程中，模样在高温钢液的作用下发生热解，部分热解产物排除型外，另一部分热解产物聚积在涂层和钢液间或模样与钢液的间隙中。碳在液态、液! 固和固相线以下的钢液中的扩散系数分别为（6 ～8）×10-9m2/s、×10-9m2/s 和×10-14m2/s。可见自由碳在钢液和凝固界面上的扩散活力远大于在充型和冷凝过程中的扩散系数，存在着碳向钢液中的对流传质和扩散传质，最终造成铸钢件增碳。

（二）防止措施

影响铸钢件增碳的因素较多，根据不同情况采取不同的工艺措施减少增碳。

（1）模样采用SAMMA、EPMMA或低密度的EPS，以减少热解产物的含碳量。

（2）提高浇注速度，尽可能与模样的气化速度相平衡，减少热解产物与钢液的接触时间。

（3）增加涂层的透气性与热解产物的润湿能力，使热解产物尽可能多的排出型外。

（4）选择合适的真空度，高真空度可加速热解产物的排出，但

真空度过高易造成附壁效应和严重湍流，使铸钢件增碳加剧。

（5）采用底注式浇注系统，从薄壁处引入内浇道，有利于热解产物积聚在冒口内，降低铸钢件的增碳。

（6）料中加入氧化成分，可减少铸件的表面增碳。

（7）用含有氧化剂的泡沫塑料模，国外利用该办法已解决了铸钢件增碳问题。

（8）用真空消失模和熔模相结合的铸造方法，可以生产出不增碳的铸钢件。

9、铸钢件的热裂

热裂是铸钢件常见的铸造缺陷，与传统的砂型铸造相比，消失模铸钢件热裂产生的部位和原因有其自己的特点

（一）产生的原因

在浇注过程中，部分热解产物透过涂层排出，另一部分热解产物随着钢液的向上充型逐渐上移，当铸件截面突然变薄时，充型钢液湍流严重，卷入钢液中的热解产物量增多，而最上部没有冒口，这些被热解产物污染的钢液不能排除在冒口内，钢液增碳严重，随着钢液中含碳量的增加，铸钢的线收缩系数增大，铸件内应力加剧。浇注完后，真空度保持较高，型砂强度大，严重阻碍铸件收缩，在拉肋的作用下，连板的平面上产生裂纹。

（二）防止措施

（1）降低原钢液中的含碳量，浇注后铸件的含碳量应达到技术要求（2）采取相应的工艺措施降低铸件的增碳量。

（3）选择合适的真空度，缩短保压时间。

（4）制定正确的脱氧工艺，降低钢液中的含铝量，减少热裂倾向。