铸造缺陷分析

消失模铸造铸件缺陷分析

产生塌箱的原因

当铸型的抗剪强度小于造型材料自重产生的剪切压力时，浇注时就要产生塌箱。其原因有很多：

（ 1）浇注时金属液喷溅严重，致使箱口密封塑料薄膜烧失严重，箱口暴露面增大，破坏砂箱内的真空密封状态，真空度急剧下降。

（2 ）浇注速度太慢，特别是在断流浇注的情况下，金属液不能将直浇道口密封住，大量气体从直浇道口吸入，使砂箱内的真空度急剧下降。

（3 ）砂箱内的原始真空度定得太低，特别是深腔内由于模样壁的阻隔作用，其真空度更低。

（4 ）浇注方案不合理。大件采用顶浇时，容易造成瞬间气化气体不能被排除到砂箱外的情况，使砂箱内真空度下降。

（ 5）抽真空系统的抽气能力低，砂网堵、管路堵、真空泵水位不够等都可能造

成抽气能力低。

（ 6）造型材料的摩擦系数小，在同样真空度时所能达到的抗剪强度就小。

（ 7）模型在砂箱内的浇注位置不合理，气隙的跨距过大。

（8 ）铸型的强度和紧实度低，经受不住浇注速度高的金属液的冲刷。

（9 ）防粘砂涂料的强度不够。

防止塌箱的工艺措施

（ 1）浇注时尽量避免金属喷溅。为防止密封塑料薄膜被喷溅金属烧失，可在上面覆盖一层干砂或造型砂。

（2 ）合理掌握浇注速度，保证浇口杯内始终被金属液充满；浇注过程中杜绝断流。

（3 ）提高砂箱内的原始真空度。在个别地方可预埋抽气棒或抽气管，提高该处的真空度。

（4 ）浇注大件时，应采用底注式浇注系统浇注，抑制泡沫塑料气化模的发气量；同时使气化逐层进行，从浇注一开始就在气隙内建立一定的压力气。

（ 5）选用抽气量大的真空泵，采用两面抽气的砂箱结构，提高真空系统的抽气率。

（ 6）采用石英砂作造型材料。石英砂的摩擦系数大，密度小，因而有利于提高剪切应力。

（ 7）大平面铸件应垂直埋型或倾斜浇注，减小气隙的跨距，抑制气化气体量。

（ 8）在必要的情况下，将附加的抽气管支撑在砂箱体上，既提高了剪切应力又降低了（安息角）。

（9 ）震实铸型，提高涂料的厚度和强度。

强度较低的型砂，直浇道宜选用耐火砖或陶瓷管构成。

最为重要的一点：改变浇注系统（尤其是内浇道位置）形式是预防塌箱的最有效措施。

图箱体试样流动前沿的推进情况

铸件变形

铸件变形是在涂料、埋型操作时由于模样变形所致。薄壁的大平面铸件宇或门字形铸件、框架结构铸件以及其他结构不紧凑的铸件，在用消铸

造浇注时容易产生变形。变形的后果是，铸件的形状尺寸超差，引起报废。

产生变形的原因

（1 ）产生变形的主要原因是聚苯乙烯泡沫塑料的强度低，在铸件结构不紧凑、刚性差时，具有变形的可能性。

（2 ）挂涂和埋箱造型时方法不对，造型操作不慎，或震实砂型时用力过大。

（3 ）压铁重量不够，或铸型的紧实度低都容易使模样变形。

防止变形的工艺措施

（ 1）合理考虑产品的适用性。消失模铸造宜浇注结构紧凑、刚性较好的一些铸件，其成品率比较高。

（ 2）结构不紧凑、刚性低的铸件，制作模样时可增加临时性的工艺措施，如工艺支撑、工艺拉肋等，提高模样的刚性。

（ 3）挂涂料和埋型时注意操作方法，多加小心，或借助辅助工具（如垫衬板及刚性架结构等）进

行操作。

（4 ）选择合理的埋型位置。比如使模型的太平面处于垂直或倾斜浇注位置，可以控制铸件少变形或不变形。

（5 ）采用新工艺，如新的填料法———悬浮沸腾式填砂法和新的挂涂料方法———喷涂法，避免挂涂料和模样时模样产生变形。

（ 6）采用强度适宜的泡沫塑料或对聚苯乙烯泡沫塑料进行改性，提高强度。

浇不足

模样的顶部或薄壁处未被金属液体置换，导致铸件局部未能成型。

产生原因

金属液体前沿阻力过大或金属液温度过低，造成流动困难，与模样置换过程

不能继续，产生浇不足缺陷。

防止浇不足的工艺措施

（1 ）减少泡沫塑料模样的发气量，更换珠粒种类、降低预发密度以及使模样干透。

（2 ）提高金属液的浇注温度。

（ 3）增大负压度，提高排气速度。

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（ 4）调整浇注操作，在不反喷情况下，浇注速度越快越好。

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表面缺陷

粘砂

粘砂指铸件表面粘结造型材料而不易清理的铸造缺陷，分为机械粘砂（也称渗透粘砂）和化学粘砂（也称烧结粘砂）两种。它是消失模铸造常见的表面缺陷之

一．常出现在铸件的底部或下侧面，以及热节和铸型不紧实的部位。消失模铸造中，由于真空吸力的作用，加上高温浇注，金属液的穿透力比在砂型铸造中要强得多，容易透过涂料层渗入型料中。因此，容易产生粘砂。

产生粘砂的原因

（1 ）真空度太高。

（2 ）浇注温度太高。

（3 ）涂料层太薄，或涂料层的组分不理想，铸件就容易产生粘砂。

（ 4）模样表面质量差。

（ 5）型砂不紧实或不均匀。

（6 ）造型材料的粒度太粗。

（ 7）模样盲孔凹坑等处没作自硬砂处理或放置冷铁处理。

防止粘砂的工艺措施

（ 1）增加涂层的厚度，在必要时（如浇注铸钢件、大型铸铁件、铸件的内孔处）可涂挂三层涂料，提高涂层的耐火度，选用最佳的涂料配方，涂层应刷得均匀，厚度适宜。

（2 ）合理控制真空度和浇注温度。在保证浇注顺利进行的情况下，要尽可能压低真空度和浇注温度，以抑制高温金属液的穿透力。

（ 3）内孔或其他清理困难的地方，采用耐火度稍高的树脂砂、水玻璃砂埋型或放冷铁。

（ 4）改进模样的切削刀具及加工方法以提高模样的表面光洁度。

（ 5）改用细颗粒的砂子或调整粒度。

节瘤

节瘤是在光洁的铸件表面上出现个别形状不规则的凸出部分，形似瘤子的一种铸造缺陷。因造型材料（特别是铁丸）与铸件熔焊一体，清理不

掉，常造成铸件报废。因此，这种缺陷应极力避免。该缺陷较多地出现在铸铁件的表面，同时常伴随有冷隔和皱皮。

产生节瘤的原因

产生节瘤的原因在于埋箱造型时，造型材料没有紧实致密地包覆在气化模的四周。因而抽真空使造型材料紧固后，在个别地方（特别是死角处）容易形成空腔或紧实度太低。在前一种情况下，浇注时金属液冲破涂料壳层进入空腔，形成节瘤；在后一种情况下，铸型在金属压力作用下再次紧实，涂料壳层破裂后，金属液穿透出去，与造型材料熔焊在一起，同样也要形成节瘤缺陷。根据上述分析，以下几种情况都可能产生节瘤：（ 1）铸件本身的结构不合理，存在造型材料填充不到的死角。

（ 2）埋型时振动紧实不够，铸型的紧实度太低或不均匀。

（ 3）埋型时振动振幅太大，将涂料壳层振裂或脱落，浇注后金属液与造型材料直接接触。

（ 4）防粘砂涂料太薄，拐角处涂料易产生裂纹，埋箱时未处理。

（5 ）浇注操作不慎，或有部分铁液先流入铸型，而后滞留在铸件表面。

防止节瘤的工艺措施

（ 1）修改铸件结构，消除填料不到的死角；在个别情况下，可对不易填料的死角进行预埋。（2 ）提高铸型的紧实度及均匀性，使造型材料紧密地包覆在模样的四周。

（3 ）选用合理振幅，埋型操作小心，避免涂料壳层破裂和脱落。

（4 ）增加涂层厚度，并涂刷均匀，埋箱时严格检查，干燥后模样及时修补。

（5 ）严格按浇注原则和方法进行操作。

针刺

针刺也是消失模铸造容易产生的一种表面缺陷，即在铸件表面产生像米粒大小的起伏状缺陷，但未与砂粒结合或化合。这种缺陷的产生提高了铸件的表面粗糙度，尤其出现在非加工面更是这样。

产生针刺的原因

产生针刺缺陷的原因和粘砂基本一样，如果浇注

时真空度高，浇注温度高、涂料的透气性高时，就容易产生针刺。

预防针刺的工艺措施

防止表面粗糙产生的工艺措施也和粘砂的差不多。首先，要综合考虑真空度和浇注温度的影响，合理控制它们的参数；其次，采用细颗粒的耐火材料配制涂料，并用细颗粒的造型材料埋型。

夹渣状冷隔

铸件最后被填充的地方，外表面常常出现呈豆腐渣状的缺陷，称为夹渣状冷隔缺陷。冷隔处常覆有碳膜，或聚苯乙烯分解产物的残留物。

产生夹渣状冷隔的原因

聚苯乙烯泡沫塑料分解气化要吸热，降低金属液的温度。因此，随着浇注过程的进行，最初进入铸型的金属液的温度就越来越低。金属液的温度越低，除本身的粘度越大外，泡沫塑料的气化也不完全。于是，气化气体、残渣和金属液裹在

一起，在铸件最后填充的地方形成夹渣状冷隔缺陷。由此可见，当出现下列情况时，可产生此类缺陷

（1 ）浇注温度和速度低。

（ 2）泡沫塑料的密度过高。

（3 ）浇注系统不合理，使金属液在填充的高度方向和横截面方向的浇注温度越来越低，容易在铸件表面出现这种夹渣状冷隔缺陷。

（ 4）浇注过程中有停顿现象。

（5 ）泡沫塑料模表面粗糙和有较深的小孔。（ 6）有涂料或散砂冲入铸型。

消除夹渣状冷隔缺陷的工艺措施（ 1）改进浇注系统，采用阶梯浇口可以提高金属液在高度方向的充型温度；增加内浇道的数量可以提高金属液在横截面上的充型温度，以保证金属液平稳、迅速地充型。

（ 2）在铸件最后被填充的地方设置集渣冒口，使最先进入铸型的金属液排入冒口。这样，既可排渣，又提高该处金属液充型温度。

（3 ）提高浇注温度和速度。

（4 ）采用符合铸造要求的、密度比较小的泡沫塑料来制作气化模。

（ 5）不间断地进行浇注。

（6 ）降低模样的表面粗糙度。

（ 7）选用较好的涂料，并采用耐火砖材料的直

浇道。

表面结皮

该缺陷常出现在大平面或表面积与体积之比较大的铸铁件平面部位。结皮层下常有大气孔或黑色碳渣和碳膜。

产生表面结皮的主要原因

（ 1）浇注时停顿，使先注入的冷金属液接触铸型壁，易在该处形成一层薄的金属结皮。

（2 ）浇注不慎使少量金属液先流入铸型，即在铸型壁处先冷却形成薄结皮。

防止表面结皮的工艺措施

（1 ）按浇注工艺谨慎操作，浇注时必须保证金属液流不间断。

（ 2）适当地提高金属液的浇注温度。

铸件内部缺陷

气孔和夹渣

气孔和夹渣存在于铸件上部或死角处的表皮下，这种缺陷只有切削加工后才能看到。气孔和夹渣有时分别单独存在，多数情况是两者同时共生。气孔和夹渣是消失模铸造中，特别是浇注铝合金铸件时较常见的一种铸造缺

陷。该缺陷出现在非重要加工面时，可进行焊补；若出现在重要加工面上，则造成铸件报废。

从气孔形成的原因、形成过程，即从其形成机理来分类，气孔可分为种，即：侵入气孔、裹携气孔、析出气孔、内生式反应气孔、外生式反应气孔。

产生气孔和夹渣的原因

1）泡沫塑料气化模气化后要生成大量气体和一定的残渣物，这是产生缺陷时气体和夹渣的主要来源。

2）浇注系统不合理（比如顶浇）或内浇口结构不合理时，直浇道不能充满，容易使气体和残渣裹挟在金属液中，形成气孔和夹渣。

3）浇注温度太低，不能使气体和残渣充分排除、上浮到铸件顶部，也易产生气孔和夹渣。

4）在铸件的死角，当涂层太厚，或涂料透气性很低时，由于气体受压力的作用，容易使气化气体包裹在表皮下，形成“包气”。

5）采用消失模负压下浇注时的厚大断面铸件，如金属液在负压作用下推进速度太快，则会将一部分泡沫塑料模包围在金属液中间，形成气孔6）铸型或型砂的含水量太高，发气量大，石灰

石砂较易产生气孔缺陷。

7）泡沫塑料的密度太大。

8）浇注温度太高。

消除气孔和夹渣的工艺措施

1）合理埋箱，抑制气化模的发气量；提高涂料层的透气性、采用薄而强度好的涂料、提高真空系统的抽气能力，使气化气体及时抽离砂箱。2）采用底注浇注系统。这样金属液的充型方向与气化气体和残渣物的上浮方向一致，减少了金属液裹挟气体和残渣的机会。

3）提高浇注温度，选择最佳的浇注温度，浇注快要结束时适当放慢浇注速度使气化气体和残渣有充分时间排除到砂箱外和上升到铸件的顶部。

4）在铸件的最高处或死角处设置集渣冒口。5）也可以在制作模样时，加大模型顶部的加工余量，用金属切削的方法来消除气孔和夹渣。6）改用适宜的型砂，提高型砂的透气性或加强排气措施、控制或减少型砂中的含水量。

7）选用低密度的泡沫塑料。

缩孔、缩松

消失模铸造铸件的补缩冒口设置比普通砂型铸造方便的多，但同样大小的冒口的补缩能力却不及普通砂型铸造，这是由于消失模铸件的冒口液体温度往往较低。因此，采用消失模铸造生产铸钢件等大收缩量的合金时，也要特别防止产生缩孔、缩松缺陷。

消除缩孔、缩松的工艺措施：

（ 1）增加补缩冒口的体积，并选用合理的形状。（ 2）提高冒口内金属液的温度，采用发热冒口或让液态金属通过冒口进入型腔。

（3 ）配合使用冷铁。

（ 4）浇注球铁时，浇后立即增大负压，提高铸型刚度，以强化。

铸钢件表面增碳及其预防

浇注速度

浇注速度对铸钢件表面增碳的影响很大。当金属液的浇注速度增加时，会强烈地影响铸钢件表面的增碳，。因为当浇注速度提高时，模样

热分解快，不易完全气化，热分解过程中液相析

出量大大增加。同时，由于金属液与泡沫塑料模之间的间隙减小，以致析出的液相从间隙中被挤向铸型，然后积聚紧贴在铸件表面上，分解物和金属液接触面增加，造成有利于物理化学作用的浓度条件，从而加剧了增碳过程的进行。

浇注速度对增碳的影响

铸件表面增碳具有严重的不均匀性，即由内浇道处开始，沿钢水在充填流线方向铸件表面增碳呈递增趋势。靠近内浇道的厚壁处有时不仅没有增碳，相反，因高温氧化而脱碳，组织以铁素体为主，而充型末端的薄壁处增碳严重。

铸型的透气性

提高铸型的透气性有助于泡沫塑料模二次气化产物的逸出。同时，由于间隙内气体压力的减小，降低了高温分解产物的浓度，从而可显著减少铸件的增碳。试验发现，随着铸型透气性的提高，有利于减少铸件的增碳，

浇注系统

顶注与底注相比，前者钢液的充填方向在一定范围与模样分解气化方向相反，钢液烧失模样充型时，卷入液态残渣以及裹进气体的倾向都较大；而底注时，钢液上升方向与模样液态分解物上浮方向一致，利于浮渣、排气，铸件表面增碳量小，且增碳量大小沿钢液充填方向由底部向上渐增。因此，从减少铸钢件增碳考虑，底注优于顶注。

内浇道尽量开设在薄壁处，因为，沿钢液充填方向铸件截面积逐渐增大，呈开放式充填有利于泡沫塑料模样分解产物的排出。如果内浇道开设在厚壁处，沿钢液充填方向铸件截面积铸件减小，呈封闭式充填，泡沫塑料模样分解产物聚集在型腔末端，加剧了分解产物与钢液的作用，致使增碳程度增加。

涂料

涂料组成即原材料的差别，主要表现为对高温下涂层透气性的影响。首先是耐火粉料，粒度分散涂层变得致密，透气性低。其次是粘结剂，

生产中要考虑以受热可分解消失的有机物作粘结剂配制涂料以增大涂料的透气性，利于模样分解产物的排出。

适当厚度和强度的涂层是十分必要的，但是，涂层厚度增加，降低了涂层的孔隙率，使透气性降低，抑制模样气化产物的排出。

防止增碳的方法

要想控制铸钢件表面增碳，有效的办法是：（ 1）阻止固体碳（即游离碳）的形成，这是解决表面增碳缺陷的关键。

（2 ）使泡沫塑料气化裂解深度浅一些，降低碳的活性。

（ 3）使生成的气相迅速排出到铸型之外，减少和钢液接触的时间。这一点在消失模铸造中基本可以得到保证，因而使高温钢液“污染”的程度大大减少。

铸铁件的皱皮及其预防

铸铁件的表面（侧面或顶面）常常出现波纹状或滴流状的皱皮缺陷，有时在铸件内部剖面上也会出现黑色的碳夹杂缺陷

。浇注时的负压度

浇注时施以负压可以帮助热解产物排出型外，有利于减少皱皮缺陷，但应注意负压度不可过低，否则容易引起渗透粘砂缺陷。

浇注温度对球铁铸件皱皮缺陷的影响。

一般说来，提高浇注温度，有利于热解产物气化，并排出型外，因而可减少皱皮缺陷。对于高铬铸铁，其浇注温度高于，对于灰铸铁和球铁，其浇注温度大于，皱皮缺陷基本可以消除。

浇注系统

顶注式浇注系统有利于减少表面皱皮缺陷，但容易引起内部炭黑夹杂。底注式浇注系统可以实现金属液平稳上升，模样逐层气化，不会产生内部炭黑夹杂；但在铸件上表面往往会聚集较多的热解产物，同时上部金属液温度最低，不利

于热解产物气化，容易形成较严重的皱皮缺陷。因此，必须在上部设置集渣冒口，设法将热解产物排出铸件之外。通常，较高的铸件用阶梯式浇注系统，这样既可以实现平稳充填，减少炭黑夹杂缺陷，又不容易出现皱皮缺陷。只有高度不大的小件才可以采用顶注式浇注系统

。

粘砂及其预防

机械粘砂是由金属渗透引起的铸造缺陷。它是铸型与金属界面动压力、静压力、摩擦力及毛细作用力平衡被破坏的结果。对于消失模铸造而言，由于真空吸力的作用，加上高温浇注，金属液穿透力比在砂型铸造中要强得多，容易透过涂料层渗入铸型。因此，要注意以下几点：

（1 ）真空度不能太高或靠近模样处型砂的紧实度要高；

（2 ）浇注温度不能太高；

（ 3）涂料层不能太薄或不均匀。

出现以上问题铸件就容易产生粘砂，特别是铁丸作铸型时，由于它的耐火度低，铸件的大平面上、内孔或其他死角区更容易产生粘砂。

真空消失模铸造，由于工艺成形原理的特殊性如真空、干砂造型等，金属渗透缺陷更为严重，一些铸件因该缺陷长期不能解决，使生产难以进行。关于普通砂型铸造件的金属渗透缺陷形成机理已经作了大量研究。真空消失模铸造涂层与

普通砂型铸造涂层相比有两点差异：

（ 1）真空消失模铸造涂层与型砂之间是点接触，而砂型铸造涂料向砂型内渗透一定的深度，