铸件缺陷分析与防止

1、职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铸钢件铸造技术课程 铸件缺陷分析与防止制作人：王瑞权浙江机电职业技术学院【知识准备】一、铸钢件缺陷的分类 铸钢生产和其他铸造合金一样，生产过程中由于工艺不当，操作失误，钢液质量不佳等原因都会造成缺陷。铸造缺陷多种多样，其分类情况如下表所示。黑色金属铸件缺陷名称及特征见表1表5。表1 气孔序号名称非正规名称特 征1气孔气眼、气泡、呛在铸件内部、表面或近于表面处有大小不等光滑的孔眼，形状有圆的，长的及不规则的，有单个的，有聚集成片的，颜色为白色或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮2缩孔抽、缩眼、缩空在铸件厚断面内部，两交界面的内部及厚断和薄断面交接处的内部或表面

2、，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大3缩松疏松、苍蝇脚、发糠、针眼、糠点、发松、蜂窝、眼黑点在铸件内部微小而不连贯的缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，各晶粒间存在很小的孔眼，水压试验时渗水4渣眼夹渣包渣、包脏、进脏、脏眼、包子、进子、进垃圾、垃圾孔在铸件内部或表面形状不规则的孔眼，孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着渣5砂眼在铁件内部或表面有充塞着型砂孔眼6铁豆铁子、铁珠、铁弹、冷铁子、铁豆、砂眼、掉铁豆、冷弹、砂眼铁珠、豆眼在铸件内部或表面有包含金属小珠的孔眼，常发生的铸铁件件上表2 裂纹序号名称非正规名称特 征7热裂在铸件上有穿透或不穿透的裂纹（主要是弯曲形的）,开裂处金属表皮氧化8冷裂在铸件

3、上有穿透或不穿透的裂纹（主要是直的），开裂处金属表皮未氧化9温裂热处理裂纹在铸件上有穿透或不穿透的裂纹，开裂处金属表皮氧化，由于气割、焊接或热处理不当所引起表3 表面缺陷序号名称非正规名称特 征10粘砂包砂、渗砂、刺砂、结疤、吃砂、疤砂、刺疤在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混合物或一层烧结的型砂致使铸件表面粗糙11结疤疤纹、疙瘩、结疤纹在铸件表面上，有金属夹杂或包含型砂或渣的片状或瘤状物12夹砂包砂、起夹子、起皮子、起格子、夹层起砂在铸件表面上，有一层金属瘤状或片状物。在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂13冷隔对火、接火、对口、撞口、圆格、火焰、阴、撞水印接

4、不上，冷接、对纹、挤纹在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑，其交接边缘是圆滑的表4 铸件形状、尺寸和重量不合格序号名称非正规名称特 征14多肉毛刺、披缝、金属疤、胀砂、胀大、肥大铸件上有形状不规则的毛刺，披缝或凸出的部分15浇不足缺肉、跑不到、铁（钢）水不够由于金属液未完全充满型腔而产生的铸件缺肉16落砂掉砂、压椎、跨箱、摊砂、摊箱由于砂型或泥芯大块脱落产生的，铸件产生多肉或缺肉17抬箱胀箱由于金属液的压力，使上下型分离而造成的铸件外形及尺寸与图样不符18错箱偏箱、歪箱、错边铸件的一部分与另一部分在分型面上错开，发生相对的位移19偏芯飘芯、抬芯、错芯、泥芯歪、泥芯抬、泥芯错边、泥芯浮由于泥芯的

5、位置发生了不应有的变化，而引起的铸件形状及尺寸与图样不符20变形走形、走样、调角由收缩应力引起的铸件外形和尺寸与图样不符21损伤机械损伤、带肉、打坏在打箱、搬运或清理时，损坏了铸件的完整性22形状尺寸重量不合格由于其他原因引起的铸件形状、尺寸和重量不符合技术要求表5 铸件成分、组织及性能不合格序号名 称非正规名称特 征23化学成分不合格铸件化学成分不符合技术要求24金相不合格铸件金相组织不符合技术要求25偏析同一铸件上化学成分、金相组织和性能不一致，多发生在有色金属铸件和厚壁铸钢件上26过硬白口铸件全部或局部过硬，有时断面呈白色，使铸件难以加工。多发生在铸铁件上27物理力学性能不合格铸件的物理

6、力学性能如强度、硬度、伸长率、冲击值以及耐热、耐磨、耐蚀等性能不符合技术条件二、缩松和缩孔1.缩孔缩松的特征缩孔按在铸件的位置的不同分为两类，即内部缩孔和表面缩孔。在铸件内部的为封闭缩孔或内部缩孔，暴露在铸件表面的为开口缩孔或表面缩孔。在铸件内部的封闭缩孔是一种孔洞，封闭缩孔常在铸件厚断面或两壁交接的热节处出现。位于铸件表面的缩孔呈低于铸件表面的凹陷状，常在铸件较厚部位的表面或冒口下面的铸件表面，在去掉冒口后暴露出来。缩孔孔洞和凹陷状的形状不规则，表面粗糙不平，用肉眼可以看到发达的树枝晶的末梢，体积一般较大。 缩松也是孔洞，只不过是细小分散，缩松在铸件的内部，有连贯的，也有不连贯的。可能成线或

7、成片聚集在一处，也可能分散在多处。缩松处钢的晶粒粗大，水压试验时常渗漏。 缩松有宏观缩松和微观缩松，宏观缩松常在铸件最后凝固部位或在铸件缩孔的下方。如剖开断面，一般用肉眼可以看出密集的孔洞。微观缩松是肉眼和放大镜看不出来的晶粒间的微小孔洞，这些小孔洞要在显微镜下才能看到。 缩孔和缩松破坏了钢的连续性，减少了金属受力的有效截面，在缩孔和缩松的位置还会产生应力集中现象，使力学性能指标显著下降，有缩松的铸件还会因为出现渗漏而失效。 缩孔在铸件上比较易于发现，如果技术条件允许可以补焊修复，缩松则不易发现，即便发现也很难修复，潜在的危害更大。2.缩孔、缩松产生的原因 缩孔和缩松产生的根本原因是钢液的液态

8、收缩和凝固收缩大于固态收缩，这是钢液固有的特性。图1 铸件中缩孔形成过程示意图1-缩孔 2-树枝晶间空隙 3-金属液如图1为铸件中缩孔形成过程示意图。在浇注刚结束时，铸型内的金属液随着温度的下降而收缩，此时可以从内浇道得到液体补充，所以，在此期间铸型内一直充满了液体，如图1a所示。当型壁表面的金属液下降到液相线温度时，开始凝固，形成一层硬壳，如果此时内浇道凝固，则硬壳内的金属液处于封闭状态，如图1b所示。随着温度的降低，金属液继续发生液态和凝固收缩，而硬壳也将发生固态收缩。在大多数情况下铸件的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，因此在金属液自身重力作用下，液面将脱离硬壳的顶层而下降，如图1c所示。

9、金属液凝固收缩继续进行，随着硬壳的增厚，液面不断下降。全部凝固后，铸件上部就形成带有一定真空度的漏斗形缩孔，如图1d所示。在大气压力的作用下，处于高温状态的强度很低的顶部硬皮，将可能向缩孔方向缩凹进去，如图1c和图1e所示。在实际生产中，铸件顶部硬皮往往太薄或不完整，因而缩孔的顶部通常和大气相通。 铸件凝固后期，在其最后凝固部分的残余金属液中，由于温度梯度小，使其同时凝固，即在金属液中出现许多细小的晶粒，当晶粒长大互相连接后，将剩余的金属液分割成互不相通的小熔池，这些小熔池在进一步冷却和凝固时得不到液体的补缩，会产生许多细小的孔洞，即缩松。其形成过程如图1f所示。 缩松按其分布状态可分为下列三

10、种： 1)弥散缩松：细小的孔洞均匀分布在铸件大部分体积内，容易在结晶温度范围宽的合金铸件冷却缓慢的厚大部位产生，如图1g所示。 2）轴线缩松：常在截面均匀的板状及柱状铸件的中心产生，故称为轴线缩松，如图1h所示。 3)局部缩松：常产生于铸件的某些不能补缩的部位，如局部厚大之浇口和缩孔的附近等，如图1i所示。 上面的例子可以说明缩孔是在铸件最后凝固的地方没有钢液补充的条件形成的。实际上铸钢件都会设有冒口(个别铸造方面除外)，但缩孔还是常常发生，其可能原因如下： 1）冒口位置不对，应设冒口处而没有设置冒口； 2）冒口补缩能力不足，冒口的体积小没有足够的钢液补偿铸件需要补缩的位置； 3）没有补缩通道

11、，即使冒口有足够的钢液补缩，但没有补缩通道，冒口仍不能发挥作用； 4）钢液浇注温度过高，造成钢液收缩量增大引起缩孔。 缩松的基本成因和缩孔是相同的。对一定成分的铸钢而言，缩松和缩孔的数量是可以互相转化的(缩松和缩孔的总容积是一定的)。但缩松又与缩孔存在着差异，当铸件最后凝固的部位，枝晶间的钢液凝固收缩得不到补缩，在一定的范围内处于同时凝固的状态时，缩松发生了。3.缩孔、缩松的防止措施 为了清除铸件上缩孔和缩松，基于缩孔和缩松的成因，一个基本的设想是控制铸件的凝固过程和建立良好的补缩条件，以便把小而分散的缩松转化为大而集中的缩孔，并把它转移到铸件最后凝固的位置，然后由冒口补缩这个位置并把缩孔转移

12、到冒口中去，从而得到致密的铸件。 为了达到这个目的，从工艺上通过浇注系统的布置方式，冷铁、补贴和冒口的配合使用，促使铸件的凝固过程按预期目标进行。使冒口能在整个凝固过程按规定的方向源源不断地提供补缩钢液，直到凝固终结，也就是说按顺序凝固的原则进行。 为此要根据铸件的结构，合理地选择浇注系统引入的位置及浇注工艺，如内浇道开在铸件厚实处，使浇道通过冒口进入铸件，浇注温度和速度在保证能很好的充满铸件的条件下选择稍低、稍慢一点，以减少钢液液态和凝固态收缩。 从铸型角度恰当的运用冷铁、补贴和冒口。首先要选好冒口位置，把冒口放在铸件最后凝固的位置。并通过冷铁和补贴来保证冒口有足够补缩距离和补缩通道。 对冒

13、口来说采用保温发热冒口，大气压力冒口以及浇注后点冒口等措施都有利于减少和避免缩孔、缩松的发生。三、铸钢件的变形和裂纹1.铸造应力 金属材料本身力图保持自身固有状态不变、抵抗变形的力称为应力。钢液在铸型中凝固，当钢液的液态收缩和凝固收缩已经结束时，钢液已经凝固，铸件已经形成并随着温度下降开始固态收缩，如果线收缩发生时遇到阻碍，便会在铸件中产生“应力”，这种应力称铸造应力。铸造应力不是由外力作用造成的，是在铸造过程中因铸件自身的原因产生的。所以有时也把铸造应力称为“内应力”。当产生铸造应力的原因消除后，应力也随之消失的，这样的应力称为临时应力，产生应力的原因消除后，应力仍然存在，则称为残留应力。因

14、此铸造应力可能是暂时的，也可以是残留的，而铸件上的残留应力不经消除应力处理就会削减铸件的结构强度，也会导致加工后尺寸变化。 铸件应力根据形成原因可以分为三种，即热应力、相变应力和收缩应力。 1）热应力 铸件在冷却的过程中，由于各部分冷却速度不一致，会导致铸件的不同部位收缩大小的不一致，因为铸件是一个整体，在各部位之间相互制约而影响彼此的收缩进而产生了应力。这种因线收缩受热阻碍而产生的铸造应力称为热应力。简单地说就是铸件不均匀的冷却所产生的应力。 2）相变应力 由于在冷却的过程中，铸件上各部位的温度存在差异，会引起和各部分在固态相变时间上的不同，体积和长度变化时间也不一致，因此在相变发生时，也存

15、在各部位彼此制约的情况进而产生相变应力。 3）收缩应力 也称机械阻碍应力，铸件在冷到弹性阶段后，由于受到铸型、型芯、浇冒口、披缝等的机械阻碍而引起的应力。 铸造应力对铸件质量影响很大，铸件在冷却的过程中，如果铸造应力超过了铸件钢种的屈服极限，则产生塑性变形使铸件尺寸改变。如果超过强度极限，则铸件会出现裂纹。当应力小于弹性极限时，将残留在铸件中，残留应力的存在使铸件的力学性能下降。在外力与残留应力叠加时，有可能会使铸件产生裂纹。2.铸钢件的变形、冷裂与防止 （1）铸钢件的变形 铸件发生变形后会使尺寸、形状与图纸不符而报废。铸件变形是铸件的内应力引起的。 铸件在冷却的过程中，当铸件存在着以热应力为

16、主的应力时，收缩应力、相变应力以及热应力三者的总和超过铸件的屈服强度时，铸件会产生塑性变形，使铸件的尺寸形状与图纸不符，这种现象称为铸件的变形。图2 T形梁铸件发生的弯曲 下面以图2T形梁铸件为例说明铸件的变形情况。T形梁铸件长1000mm，由杆1和杆2两部分组成。杆1较厚100mm×40mm，杆2较薄50mmm×45mm。现分三个阶段讨论T形梁铸件的热应力(另两种应力均不考虑)。 第一阶段：整个铸件都处于塑性状态，由于杆1比杆2厚，在冷却收缩时，杆1比杆2要慢，在到达某一时间时，杆1的收缩量要比杆2小一些，因为是同一个铸件，一定会保持同一个长度，所以对杆1来说被压缩一些，

17、对杆2来说因为没有收缩到位，被拉伸一点。由于在这一阶段还是处在塑性变形阶段，变形后的应力随即消失。 第二阶段：随着温度的下降，杆2进入弹性状态，而杆1位置仍处于塑性状态。由于弹性杆的变形要比塑性杆变形困难得多，所以整个铸件的收缩将由杆2确定，即杆1继续产生塑性范围的收缩变形，变形后应力同样随之消失，而杆2不再产生新的变形。铸件的整个长度为杆2的长度。此时杆1处温度高于杆2处。 第三阶段：铸件全部进入弹性阶段，由于杆I温度高于杆2，如果两杆都能自由收缩，显然杆I的自由收缩量要大于杆2，但实际上杆1、杆2是作为一个整体铸件存在的，收缩时互相阻碍，如果不产生变形的话，只能保持一个长度，因此这时杆1由

18、于收缩受到杆2部分的阻碍而产生拉应力，杆2由于阻碍杆1部分收缩受到压应力，宛如两个长度不等的弹簧，为了保持相同的长度把长弹簧压短，而把短弹簧拉长，因此长弹簧受压应力，短弹簧受拉应力。这种应力在冷却后仍然滞留在铸件中，就构成了铸件中的残余应力。 上面只是为了说明铸件上的残余应力状况，实际作为铸件还要继续变化，因为处于应力状态的铸件是不稳定状态，会自发地进行变形以减少内应力使之趋于稳定状态，显然，只有产生弹性拉伸部分的杆1有可能产生压缩变形，而原产生弹性压缩部分的杆2出现拉伸变形时，才能使铸件中的残留应力减少和消除。这种结果导致铸件产生图中的挠曲，即厚的部分向内凹陷，薄的部分向外凸出，图中虚线所示

19、。 （2）铸件的冷裂铸件处于弹性状态时，铸造应力超过当时钢的强度极限时，铸件产生的裂纹，称为冷裂。冷裂在凝固后较低温度才形成的裂纹，冷裂纹的外形常是圆滑曲线或连续直线，并且断口表面干净，或有金属光泽或呈轻微氧化色。通过全相观察裂纹是穿过晶粒而不是沿晶界断裂。铸件的冷裂常出现铸件受拉伸的部位，特别是在应力集中的部位，如内尖角处和缩孔、非金属夹杂物的附近。有些裂纹在打箱清理后就能发现，有些在清理、搬运时受到冲击或出砂后受到激冷才裂开，这是因为在铸件内部已经有了很大的残余应力。图3 轮子的飞裂 下面以图3皮带轮为例说明冷裂的形成。皮带轮的轮缘和轮辐比轮毂薄，因为冷却快而先于轮毂收缩，并对轮毂施加压力

20、，处于塑性变形阶段的轮毂被压缩变形，应力随之消失。当轮毂开始收缩时，却受到已经冷却的轮缘和轮辐的阻碍，轮辐中将产生拉应力，如拉应力大于轮辐的强度时，裂纹发生了。飞轮是轮缘厚，轮辐和轮毂薄，由于轮缘最后冷却，受到的拉应力较大，轮辐受到较大的压应力，如果应力很大或者把轮辐压裂，或者把轮缘拉断，如果应力稍小时，也可能暂时不裂，作为残余应力存在于铸件中，这时受到外力的冲击、碰撞时，也会使其开裂。从上面的分析可以看出，铸件的冷裂和铸造应力与钢的性能(强度、塑性和韧性)以及铸件自身的结构有密切关系。影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素是一致的，因此凡是有利于减少铸造应力的因素，都能减少铸件冷裂的发生。 （3

21、）预防变形和冷裂的方法 铸件上出现变形或冷裂都是由于在冷却的过程中产生铸造应力的结果。所以减少铸造应力是防止铸件出现变形和裂纹最根本的方法。为了减少铸造应力防止变形和冷裂，从工艺上可以采取以下措施。对裂纹倾向大，易变形的尽量减少铸件冷却过程中的温差，创造同时凝固的条件。如在铸件的厚实处加放冷铁，提高铸型温度，控制落砂时间，铸件落砂后入炉保温等。同时注意改善铸型和型芯的退让性，减少机械阻碍应力的发生；再有放置较重的压铁以减少铸件的挠曲。还可以改变铸件结构，减少热应力的发生，如减小壁厚差，把直的轮辐辐条变成弯曲的，对一些铸件用加拉筋的办法防止变形也是很好的选择。而像例子中的长杆类极易变形的铸件还可

22、以采用反变形法(反挠度法)。在采用反变形法时应认真统计铸件的变形或挠曲规律，在此基础上在模型上预先做出相当于铸件变形的假曲率(反挠度)，浇注成形后即得到预想的铸件。3.铸钢件的热裂与防止 铸钢件的热裂是在较高温度下形成的，由于温度高裂纹被氧化，会有明显的氧化色，有时会近似黑色，有时在裂口内可以看到树枝状结晶，热裂纹曲折而不规则，因为热裂纹是沿着晶粒边界产生和发展的。 热裂有外裂和内裂两种，在铸件表面可以看见的热裂为外裂，其裂口外大内小，由表面逐渐向里延伸，裂纹有时会贯穿整个断面。外裂常发生在铸件截面突变处，拐角处。局部常有很多小分叉，一般发生在铸件最后凝固的部位。.裂纹会降低铸件的强度等性能指

23、标，破坏了基体金属的连续性，使用时裂纹还会继续扩展而使铸件断裂。稍大的外裂用肉眼可以发现，小裂纹可以用有关探伤方法检查，如果铸件焊接性能好，可以焊补修复。内裂隐藏在铸件内部，只有用探伤方法检查，即便发现也很难修复，甚至不能修复，如发现不了，其危害更大。 图4 渗碳架铸件 热裂的成因主要是钢在热裂产生时强度不够或收缩受阻，因此要防止热裂的发生也要从这两个方面入手，根据钢种的不同和铸件的结构特点做具体的分析。（1）从铸件结构方面，工艺人员应审核零件图纸，如圆角不够，壁厚差过大以及结构上有阻碍受缩的地方，应建议更改或采取必要的措施：如在可能裂纹处设防裂筋、冷铁等。 下面是用冷铁消除裂纹的例子。渗碳架

24、铸件（图4)，材料为耐热不锈钢，不加工，采用潮模生产，由于杆的吊环(用砂芯形成)与上部的圆盘严重阻碍杆的收缩，在紧靠圆盘下面，截面变化位置出现裂纹，严重时会把杆拉断，为此在该处放置冷铁，这样原裂纹处由于冷铁的存在，在浇注和凝固的过程中，先于其他部位凝固成型，有了足够的强度抵抗杆凝固过程产生的收缩应力，消除了裂纹。 （2）造型方面，注意改善铸型和型芯的退让性，如在粘土砂中加些木屑，采用薄壁空心型芯，在大型芯中放置焦炭、草绳等松散材料，减少芯骨和箱挡引起的阻碍，在冒口和箱挡之间贴着箱挡放上木条，造完型后取出木条，这样冒口和箱挡之间就有了足够的退让空间，把内浇道分散引入铸型或从铸件较薄处引入，使铸件

25、各部分的温度趋向一致，减少热应力。 （3）提高钢的强度。减少钢中有害杂质，如S、P的含量，尤其是S的含量，因为S对热裂的形成更为敏感，采用硅钙、硅锰等复合脱氧剂，提高脱氧效果。减少氧化夹杂物并改变其形状和分布状态。对铸钢进行孕育处理细化晶粒，改善凝固时的粗晶组织，消除柱状晶，如石化工业用的ZGCr28MO2高铬钢铸件，由于晶粒粗大造成裂纹，在加入Ti后细化了晶粒，解决了热裂纹问题。四、铸钢件的气孔 气孔是铸造生产中最常见到的缺陷之一，铸钢件的生产也不例外。那么钢中的气体从何而来呢?普遍认为，炉料本身及其表面上的锈和油污、熔炼用的铁合金和炉渣的组成物、耐火材料、空气、所用工具、铸型、铸型涂料等。

26、可见气体来源很多，使钢液中溶解了大量的氧、氢和氮。这些气体的溶解度在凝固时突然降低，使超过固溶极限的气体必然析出并可能形成气孔。1、 气孔的种类和特征 气孔或大或小，类型不一，其产生的原因也不尽一样，通常按气体的来源不同可以把气孔分为三类，即侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。侵入性气孔的气体是从铸型中来，析出性气孔的气体由钢液中来，反应性气孔则是由钢液和铸型接处后产生化学反应后生成气体形成。气孔的种类不同，在铸件上表现的特征也有一定的差异。 1)侵入性气孔一般体积较大，多为圆形、椭圆形及梨形。呈梨形时，梨形尖端所指方向即为气体侵入部位，在气体比较多的条件下也可能成为蜂窝状，这种气孔表面光滑，

27、有光泽或有轻微氧化色。侵入性气孔多在铸件的上表面，靠近砂型和型芯的表面处，单个或局部出现，有时侵入的气泡也会随钢液流动或上浮，使气孔位置不定，所以也可能在铸件其他位置发现气孔。 2)析出性气孔多为密集均匀的小圆球状或裂纹状多角形，有时以断续的裂纹形态或混合形，常常与缩松共存，在钢中气体较少时，析出性气孔呈裂纹状，在气体含量较高时，呈圆球状，析出性气孔常在铸件断面呈大面积均匀分布，在冒口附近，铸件死角最后凝固处居多。由于这种气孔是钢液中析出气体产生的，所以出现这种气孔时，用同一炉或同一包钢液浇注的铸件，大多数都会有这种气孔。 3)反应性气孔，钢液与铸型之间、钢液与渣之间或钢液中合金元素之间发生化

28、学反应产生的气体造成铸件出现气孔，统称为反应性气孔。钢液与铸型之间发生反应生成气孔多位于铸件的表皮下，呈针状，蝌蚪状，直径13mm，深度110mm不等，垂直于铸件表面。气孔表面光滑，一般呈白色或蓝黑色，也称针孔，在清砂后会有少数暴露出来，大多数针孔在热处理后去氧化皮或机加工后才会暴露出来。钢液与渣之间反应生成的气孔，一个明显的特点是气孔和氧化性熔渣依附在一起，所以也把它称为渣气孔。钢液中合金元素之间反应性气孔，如碳氧反应气孔，在铸件上多为蜂窝状并且在邻近气泡的周围有脱碳层。2.侵入性气孔产生原因与防止方法 图7是侵入性气孔形成示意图，钢液在浇注时，铸型被急剧地加热，型腔表面层会达到接近钢液的温

29、度，砂型中的水分将迅速地蒸发，某些有机物也会燃烧和挥发，这样形成大量的气体，这些气体随着温度的升高和气体量的增加，其压力会猛烈的增大，其中一部分通过砂型逸出进入空气中，而另一部分，在压力大于钢液表面层阻力时就会进入尚未凝固的铸件中，如图7所示，可能形成梨形的气孔。如果此气体进入铸件时，铸件尚处于液态，该气体形成的气泡，则有可能随着钢液流动飘浮到铸件其他位置，形成圆形气孔。如果钢液在铸型中凝固缓慢，气泡也有可能从钢液中逸出，此时铸件不会出现气孔。从上面侵入性气孔形成过程可以看出，侵入性气孔的产生在于砂型中水分和某些有机物的存在，因此尽量减少砂型中的水分，采用发气量小的粘结剂、涂料和减少其用量来达

30、到控制发气量的目的，在生产中使用透气性好的型(芯)砂，注意舂实适当。采用树脂砂时尽量不用含氮高的树脂，如高氮的图6呋喃树脂型砂，因为氮也能形成针孔，潮模(湿型)生产时，起模时要少刷水，以控制水分。干型和表干型要保证烘干质量，烘干后不要停放时间过长(烘干后的砂型会重新吸潮)，不应使用潮湿生锈的冷铁和芯撑。有冷铁的砂型应尽快浇注，再潮湿的雨季浇注前应适当烘烤铸型。此外在铸件上表面容易形成窝气的死角处设出气冒口，也是很好的选择。 在减少发气量的同时要注意控制砂型的发气速度和时间，如果铸件已凝固一层硬壳并能抵御气体侵入时再发气，也就不可能出现气孔。 在浇注时应注意防止空气的机械裹入，保证浇包流出的液流

31、笔直光滑，而不要断续、溅落、粗糙而松散的液流，降低浇注高度(这样也会减少二次氧化)并使直浇道充满，同时应正确开设浇注系统防止浇注时产生紊流裹入空气。 从另一角度讲，为使侵入钢液中的气体能及时排出，可适当提高钢液的浇注温度，在提高钢液流动性的同时，可以延缓凝固时间，利于气泡排出。当然，在采用这一措施时要注意防止其他铸造缺陷的发生。3.析出性气孔产生原因和防止办法 析出性气孔的气体来源是钢液，钢液中气体的溶解度随着温度的升高而升高，又随着温度的降低而降低，就是说温度高的钢液，吸收溶解的气体多，温度低时，钢液中溶解的气体又重新析出来。在铸造生产的条件下，钢液凝固时析出的气体，常以分子状态的气泡形式从

32、钢液中上浮排出，如析出气体在钢液凝固成一个坚实的外壳前，不能上浮排出时，就会滞留在铸件内形成析出气孔。如果由于枝晶分叉阻碍这些气体不能上浮时，这些气体反而会阻碍钢液对枝晶间的补缩，这时气孔不再会单独存在，而与缩松共存，称为气缩孔。 由于气体源于钢液，所以凡能减少钢液气体含量的方法都有利于防止析出性气孔的发生。生产中，常用防止析出性气孔的措施如下。减少钢液的吸气。对电弧炉炼钢要求炉料应干燥，无油污，少锈蚀。感应电炉要比电弧炉严格，较重要的钢种应吹砂处理。同时要有清渣操作防止吸气。真空炉的炉料有时要经抛丸，滚桶清理最大限度地减少炉料表面的氧化铁皮和不洁之物。电弧炉熔炼时要注意充分利用氧化期除气和还

33、原期脱氧。出钢口、浇包应充分干燥防止钢液吸气，控制浇注温度和缩短钢液与空气的接触时间，减少和避免钢液二次氧化，把气体含量降至最低，采用炉外真空除气、惰性气体保护浇注以及真空浇注等措施，都能减少析出性气孔在铸件上的发生。4.反应性气孔产生原因和防止方法 反应性气孔的气体来源是钢液与铸型接触后，发生化学反应产生的，而目前对气孔的形成机理的认识还不统一，主要有氢气说、一氧化碳说、氮气泡说等。 防止析出性气孔的措施对防止反应性气孔都有效。同时，造型方面应减少铸型中的水分，增加砂型的排气效果。五、铸钢件的夹砂、粘砂、砂眼缺陷1.铸钢件的夹砂 （1）夹砂缺陷产生的原因分析 夹砂是表面缺陷，也是铸件常见的缺

34、陷之一，生产中也常称为包砂、起皮子、夹层等。夹砂的形式如图7所示。夹砂在铸件上表现为高出铸件表面形状不规则的金属瘤状物或片状物，其表面粗糙，中间夹有砂层或涂料层。清除后，铸件表面出现局部凹陷，夹砂严重可能把铸件壁厚穿透。在浇注过程中，接触钢液的铸型表层型砂由于受到高温钢液的作用急剧升温，由于型砂的导热性能不好，使型砂表层与较低温度的型砂内层之间出现温度差，形成热应力。同时表层型砂也因受热而出现膨胀，加上石英在573时出现晶格转变引起的膨胀，也会加剧表层的膨胀和内外层型砂的热应力，在应力超过型砂的结合强度时，表层与内层型砂之间出现脱离，外层突起，以至翘裂，钢液进入其中，形成了夹砂。（2）夹砂缺陷

35、的防止 依据夹砂产生的原因在生产中通常采用以下方法防止。 1）如果夹砂成批出现时，可能是型砂性能不好，除了考虑改用膨胀系数小、导热性能好的型砂外，对石英为主的型砂来说可选择粒度分散的原砂。 2）从造型工艺和操作上力求舂砂均匀，防止局部过硬或过松的现象，修型时避免来回反复修抹砂型表面，应少用水，多扎气眼，在砂型工作表面插针子、刷涂料使其渗入一定深度，增加表面层与内层的结合强度。 3）从工艺方案选择 对大平面铸件采用倾斜浇注，减少钢液对上平面的热辐射，并注意使铸型能较快充满。浇注时采用低温快注，减少型砂的受热强度和时间。图6 夹砂的形式 2.铸钢件的粘砂（1）粘砂缺陷产生原因分析 型砂粘在铸件表面

36、不能脱落或难于脱落的现象称为粘砂，粘砂可能发生在任何部位，但在铸件的热节处、转角处和壁厚较厚的位置比较容易发生粘砂。粘砂按未脱落的砂子(或砂层)与铸件表面的联结性质的不同分为机械粘砂、化学粘砂和热粘砂。粘砂一般不至于造成铸件报废，但给生产带来许多不便，给清理工作增加了许多困难和工作量。同时给机加工带来困难并使刀具磨损加快。 1）机械粘砂。在铸件上的特征是，凝固后的铸件把渗入砂型表面孔隙的钢水机械地包连在铸件的表面上。钢液渗入型腔表面砂粒间孔隙的能力是随着钢液在铸型中的静压力的增加而加大。生产中发现小铸件机械粘砂少，在铸件较大时，由于钢液静压力大，在静压力超过一定限度时就产生机械粘砂。钢液在铸型

37、中的静压力越大，粘砂越严重，所以铸件下部比上孔隙越大，钢液越容易渗入，粘砂就会越重。再有铸件厚实，浇注温度高，钢液在型中保持的时间长，冷却慢，渗入铸型的可能性增加，机械粘砂的可能性也随之增加。还有一点是砂型(芯)在受到钢液加热时，产生的气体会抵消一些钢液的压力，对钢液的渗入有一定的阻碍作用。 2）化学粘砂。在铸件上的特征是，钢液表面的氧化物与型砂中的SiO2等形成低熔点化合物和砂粒一起牢固地粘在铸件表面上。进入铸型中的钢液的表面被型中的空气、水蒸气氧化成为氧化铁，氧化铁熔点较低，可以渗入型砂的孔隙中，并与型砂中石英砂、粘土发生反应，生成低熔点的化合物，这些低熔点的化合物会进一步渗入砂粒之间，凝

38、固后把砂粒粘接在铸件的表面上。由此可以看出，减少钢液中氧化铁的数量可以减少化学粘砂的发生，而钢液温度高时，易氧化，氧化铁多，高温又促进氧化铁与型砂的反应，所以钢液温度高时容易发生化学粘砂。3）热粘砂 在铸件上的特征是，造型材料在高温钢液的作用下熔化和烧结粘附在铸件表面上。 热粘砂是型砂表层在高温钢液的热作用下烧结产生的，所以造型材料耐火度低是热粘砂的根本原因。因此选用具有较高烧结点的原砂和耐火度高的粘土是防止热粘砂的有效办法。（2）粘砂缺陷的防止 铸件的粘砂虽然有机械粘砂、化学粘砂和热粘砂几种形式，但实际上常常相互影响和联系。生产中为了防止粘砂常用下面一些方法。 1）选用稳定性好，成分合适的造型材料。如高锰钢铸件采用镁砂作为面砂或作为涂料。因为氧化镁不与氧化锰起化学反应，可以防止化学粘砂。对一些有特厚实的、易粘砂的铸件或部位也可以选用锆砂、铬铁矿砂等作为造型材料。 2）在型砂中加入适当的粘结剂或附加物，可以改善粘砂情况。如水玻璃砂有时