熔模铸件（及钢铸件）缺陷分析及对策

熔模铸件（及铸钢件）缺陷分析及对策马吉生介绍1977年毕业于清华大学机械系铸造专业中国铸协铸造工程师资格认证专家中国铸协精铸分会副秘书长精铸高级工程师精铸件常见缺陷分析和对策缺陷分析

铸件尺寸精度超差

铸件表面粗糙

铸件表面缺陷：粘砂、夹砂、鼠尾与凹陷麻点、鼓胀、金属刺、金属珠孔洞类缺陷：缩孔、缩松、气孔、渣气孔裂纹缺陷：

冷裂、热裂其它缺陷：铸件脆断、变形、表面脱碳。

前言广义的铸件(质量)缺陷指铸件质量特性没有达到等级标准，铸造厂质量管理差，产品质量得不到有效保证。（工程质量问题）狭义的铸件(质量)缺陷是铸件可检测出的：如尺寸和重量超差、材质不符合验收技术条件……。（产品质量问题）铸件质量:铸件质量标准:产品质量(狭义的)工程质量(广义的)国标(GB)国际标准(ISO)行业标准企业内控标准前言铸件质量标准定量地表示铸件满足一定要求的适应程度。铸件精度标准(尺寸成分等)铸件表面质量标准由涨壳（箱)、缩陷引起的表面凸凹度由粘砂及涂料层引起的表面或内腔清洁度平面度偏差粗糙度轮廓清晰度等)铸件功能质量标准(力学及加工性能抗蚀性等)前言

工艺特点熔模铸造：液体涂料复印蜡模不用开箱取模热壳浇注砂型铸造：固体砂复印模样要开箱取摸铸型不加热铸钢件生产工艺过程1-5注：如为熔模铸造，则上半部分为型壳的制造过程。

工艺过程(熔模铸件)①使用可熔(溶)性一次模和一次型(芯)，不用

开型起模，无分型面。

②采用涂料浆制型壳，涂层对蜡模（易熔模）

复印性好。

③采用热壳浇注,金属液充型性好。熔模铸造的工艺特点归纳起来主要为三点：前言

熔模铸造工艺的局限性1、工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工

艺因素多。2、原辅材料种类多，不宜控制其质量的好坏，不

同程度的影响铸件质量。熔模铸造工艺的局限性3、适宜中小型铸件，有一定的限制。4、生产周期长。5、铸件的冷却速度较慢，易产生铸件晶粒粗大，

碳钢件还容易形成表面脱碳层。获得优良砂型铸钢件的条件1）优质的、脱氧的、高温的、去除了有害杂质的、并符合铸件用途的材质；2）良好的造型材料：强度、压溃性、透气性、耐火性、热传导性、膨胀性等；3）正确的造型工艺设计，工艺收得率：40~70%；4）适宜的热处理；5）合理的铸件结构设计。1-4一、铸件尺寸超差影响熔模铸件尺寸变化的因素有五个方面:①、铸件形状、大小和结构②、压型③、制易熔模④、型壳⑤、浇注工艺工艺过程尺寸变化温度变化区间压型—20℃-40℃-20℃蜡模收缩70℃-20℃型壳—20℃-30℃型壳内腔（脱蜡并干燥24小时）收缩160℃-20℃96℃-20℃型壳内腔（焙烧后）膨胀20℃-1100℃金属浇注收缩800℃-1600℃-20℃熔模铸造生产铸件尺寸变化过程：1、模料及制模工艺对铸件尺寸的影响模料的影响：

填充蜡，非填充蜡，再生蜡(2)造成熔模尺寸偏差的制模工艺因素：

压蜡设备、压蜡温度、压注压力、流动速度，保温时间、压型温度、开型时间、冷却方式、室温等因素波动而造成。铸件尺寸超差铸件尺寸超差压注时间：

压注时间包括充型，压实，和保压三个时间段。延长压注时间可减小收缩率。压蜡温度;(与压注时间长短有关）

压注时间短时，压蜡温度上升收缩率增

大，但压注时间长（增加到35秒以上）随着压蜡温度上升蜡模收缩率反而变小。压注压力：

压力增大收缩率略有减小，压蜡温度高时

压力增大的效果会更明显一些。（但延长压注时间会减小压力的影响）流动速度：

改变压蜡机模料流速的设定，如改变注蜡口截面积。此方法对蜡模收缩率有一定影响。（体收缩明显，线收缩影响不大）。压注设备：

压蜡机冷却系统对蜡模收缩率可能产生0.3%的影响。压型温度高，蜡模冷却慢，收缩大。起模时蜡模温度高，收缩就大（此时蜡模处在自由收缩状态），反之则小。其它②根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理

的压注工艺参数。2、为了减少熔模尺寸偏差对铸件尺寸的影响，应注意以下几个方面：①

采用线收缩小的模料，且注意保持模料的工

艺性能（及时补加新蜡，脱蜡工艺）。铸件尺寸超差③

保证工作环境温度、恒温，并注意对尺寸精

度要求高的熔模取模后的存放时间。④

手工压蜡时，注意锁紧力的均匀、注射力、保压时间及取模时间的合理。⑤设备因素铸件尺寸超差

型壳热膨胀影响铸件尺寸，而型壳热膨胀又和制壳材料及工艺有关。铸件尺寸超差3、制壳材料及工艺对铸件尺寸的影响

性能耐火材料名称熔点（℃）耐火度（℃）密度（g/cm3）膨胀系数×10-7（1/℃）多晶转变石英171316802.65-123有熔融石英17132.25—电熔刚玉2030-205020003.99-4.086—莫来石18103.1654—高岭石熟料1700-19002.62-2.6550有(轻)铝矾土熟料18003.1-3.550-80—锆英石＜19483.9-4.946—常用制壳耐火材料部分性能

对熔模铸造型壳影响其热膨胀的首先是所用的耐火材料，它直接影响着铸件尺寸，耐火材料膨胀系数大的，对铸件尺寸精度影响就越大。

水玻璃工艺及硅溶胶工艺对铸件尺寸精度影响中（由于耐火材料的不同），我们可清楚的看到区别。铸件尺寸超差

浇注时型壳温度、金属液浇注温度、铸件在型壳中的位置均会影响铸件尺寸。铸件尺寸超差4、浇注条件对铸件尺寸的影响①

浇注时型壳温度在室温至900℃之间变化时，

铸件尺寸变化将达1.5%（冷壳和热壳的区别）。②金属液浇注温度改变了型、芯的过热情况，从

而使金属冷却时受阻程度不同造成铸件尺寸的

波动。铸件尺寸超差③相同铸件处于不同浇注位置时，金属液实际温

度及铸件所受压力均不相同，也会引起尺寸的

波动。砂型铸件尺寸超差形成原因铸造工艺（基准面造型胀砂等）铸造线收缩率（P320）铸造工艺工具装备（模型定位销）铸件表面粗糙熔模铸件表面应光洁,表面粗糙度应为Ra3.2～

0.8μm(硅溶胶工艺),Ra6.4～

12.8μm(水玻璃工艺)二、熔模铸件表面粗糙

铸件表面粗糙是指熔模铸件表面粗糙度达不到要求。1、影响熔模表面粗糙度的因素

①压型表面粗糙度②压制方式（糊状模料压制或液态模料压制）③压制工艺参数

⑴

熔模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方式的关系糊状模料压制液态模料压制压型表面粗糙度Rα(μm)熔模表面粗糙度Rα(μm)压型表面粗糙度Rα(μm)熔模表面粗糙度Rα(μm)0.0121.60.0120.0250.201.60.0250.0501.63.20.1000.1003.26.30.200.20铸件表面粗糙⑵

压制工艺参数①采用糊状模料压制熔模时，模料温度、压型

温度、压注压力、保压时间等都会对熔模表

面粗糙度产生很大的影响。铸件表面粗糙②模料温度和压型温度低，压注压力小,保压

时间短及压射速度慢均会使所制熔模表面粗

糙度高。铸件表面粗糙⑶要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个方面：①讲究压型制作质量并加强使用中和保存的管理）。②根据熔模结构,大小,形状的不同,合理选择压

制工艺参数。③注蜡道尺寸应根据熔模大小合理设计。

在熔模表面粗糙度合格的条件下型壳表面粗糙度将成为影响铸件表面粗糙度的另一个重要因素。铸件表面粗糙2、影响型壳表面粗糙度的因素

影响型壳表面粗糙度的因素主要有面层涂料对熔模的湿润性，即复印熔模的性能；其次是涂料的粉液比要足够高，使制得的面层致密；第三是面层的干燥条件。①

对熔模表面应清洗干净，去除油等物质。②对水基粘结剂水玻璃、硅溶胶的涂料加入适量的润

湿剂（表面活性剂）。③面层涂料的回性

面层涂料配制好后，不能马上使用，要经过12小时

左右的回性使粘结剂与耐火粉料充分湿润后再用。铸件表面粗糙⑴涂料的湿润性为使涂料能很好的湿润熔模，应注意以下几个方面：铸件表面粗糙①

硅溶胶和硅酸乙酯水解液粘结剂本身粘度小，故

配制的面层涂料粉液比较高。⑵面层涂料粉液比对型壳致密性的影响②

水玻璃粘结剂因自身粘度高，故水玻璃涂料粉液

比很低，但也可以通过降低水玻璃密度：1.26～1.28g/cm3，模数M3.0～3.2及采用级配石英粉来

提高粉液比。③

关于级配粉对面层涂料的作用

级配粉是按照一定要求配制的粒度分布合理

的耐火材料:粒度有粗、有细，分布分散，平

均粒径适中。用级配粉配制的涂料在高粉液

比的条件下，仍有适宜的涂料粘度和良好的

流动性。铸件表面粗糙⑶面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度的影响

面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度也有很大影响：铸件表面粗糙①对于水玻璃型壳，面层制好后，硬化前应先进行1～2小时以上的自然干燥，使其面层中的溶剂缓

慢的挥发一部分，以缓冲型壳放入硬化液中的硬

化速度，减少对型壳表面粗糙度的影响.②对于硅溶胶型壳，面层的干燥应在湿度相

对高些55%～70%，温度24～26℃（恒

温条件下）及风速≤1米/秒的工艺条件下

进行面层的干燥。铸件表面粗糙3、金属液精确复型的影响因素⑴足够高的型壳温度⑵适宜的浇注湿度（3）合格的钢水

①浇注和金属液凝固过程中，铸件表面会氧化，

而造成铸件表面粗糙。②金属液的二次氧化物与型壳中的氧化物有可能

作用，增高铸件的表面粗糙度。铸件表面粗糙4、其它影响铸件表面粗糙度的因素⑴金属液凝固过程中的二次氧化的影响采取铸件在保护气氛下冷却是防止上述不良因素和获得优质铸件表面很重要的一环。②采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度

较好的方法。①喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙

度好2级以上。铸件表面粗糙⑵清理对熔模铸件表面粗糙度的影响

清理对熔模铸件表面粗糙度的影响也很大，应注意以下几个方面：④铸件的热处理应采取防氧化保护措施，以免因

铸件表面氧化而增加铸件表面粗糙度。

整组铸件组振壳后，先喷丸再切割，个别清

不到的地方采用喷砂处理。减少或不用在抛丸

滚筒中进行清理。铸件表面粗糙

⑤液氮清理05年美国ICI年会上发表的铸件新清理法。应用液氮将铸件上型壳和型芯材料清除下去。铸件表面粗糙原理：

将冷却（－250°F到到－500°F）加压（5000psi~5500psi）的液氮高速（2000mph）推进到要清理的铸件组型壳中，几毫秒内液氮由超临界液体转变为气体，体积膨胀五倍，使型壳材料从铸件上剥落下去。被冲击下来的型壳材料成干燥粉末落到地下。铸件表面粗糙优点——铸件清洁干净，不仅能去除型壳，还能

清除铸件上的铁皮鳞状物；——更重要的是它大大减小了对环境的

危害，从而节省了废物处理成本。铸件表面粗糙砂型铸钢件表面粗糙

模样表面粗糙（模样表面应比铸件表面低2级）型腔表明粗糙（涂料太少或没有，面砂粗）鳄鱼皮（桔皮）是由于钢水中的金属氧化物铸型中的酸性物发生中和作用，如呋喃树脂芯砂的老化（浇注后未经再生处理）使供树脂砂固化用的酸积累，导致中和作用发生。合金过滤补缩能力不足产生铸件表面缩松（增加温度梯度可减少铸件糊状凝固倾向）

1、粘砂

三、铸件表面缺陷

铸件表面缺陷⑴特征：

粘砂是熔模铸造中常见的一种表面缺陷。它的特征是在铸件表面上粘附一层金属与型壳的化合物或型壳材料。铸件表面缺陷①

面层为硅砂粉的型壳，浇注铸钢件时，由于

型壳中存有氧化性气氛，使金属表面氧化：2Fe+O2=2FeO(氧化亚铁)

（液、固）（气）（液、固）⑵形成原因：氧化亚铁(FeO)与硅酸粉中的主要矿物成分石英作用发生下列反应：2FeO+SiO2=2FeO·SiO2

(硅酸亚铁)铸件表面缺陷铸件表面缺陷

生成的硅酸亚铁（铁橄榄石)FeO·SiO2熔点仅1205°C，在高于熔点温度时，有很好的流动性，能湿润溶解石英，型壳表面被硅酸亚铁腐蚀后，颗粒间孔隙则不断扩大，FeO·SiO2进一步渗入，凝固后将砂粒和铸件粘结在一起，形成了化学粘砂。

化学粘砂在金属液中铬、钛、锰等合金元素易氧化。他们的氧化物在高温时与型壳中SiO2反应也会生成低熔点化合物，造成化学粘砂。当石英粉中存在金属氧化物Fe2O3等有害杂质时,会显著降低型壳耐火度，使粘砂更为严重。铸件表面缺陷铸件表面缺陷④浇注温度过高，钢水氧化，与型壳发生界

面反应,造成化学粘砂。⑤浇注系统设计不合理，造成型壳局部过热，

也会造成化学粘砂。如何防止粘砂(案例）

制壳材料及工艺：

型壳表面孔隙尺寸又与涂料中粉的粒度大小和分布、撒砂粗细分布、涂料混制工艺等有关。

金属熔炼浇注冷却及金属与型壳界面氧的控制：

熔炼——

惰性气体覆盖法；

浇注——

立刻覆盖（密封）、盖内保持还原气氛。

代用材料选择用熔融石英粉代锆英粉；用熔融石英砂或硅酸铝砂代锆英砂。实验及试浇考虑了五个因素四个水平面层涂料粘度20s30s40s50s金属牌号4130304ss410ss17-4pH金属浇注温度低中低中高高面层粉料中熔融石英%75%FS50FS25FS100ZS产品试用Accucast公司从2004年11月至2005年6月使用50%锆英50%熔融石英粉做面层、在涂料粘度合适时，撒硅酸铝砂，生产的90~95%铸件无问题。2005年6月后改为锆英撒砂，8月初改为另一种硅酸铝砂，铸件上金属渗透均在允许范围内。Conbraco工厂用100%200F熔融石英粉做面层，涂料粘度60s（ZahnEZ5号杯），撒硅酸铝砂，所生产的铸件表面质量很好。需控制的各方面因素有：粉料粒度、涂料粘度、撒砂粗细；同时在金属液熔炼和浇注时要防止氧化。SPAL工艺在防止金属液氧化方面有很好的效果，另外，浇注后应立刻将铸件组用密封盖盖上，盖内放上可燃材料锯末、废蜡等。结论

粘砂（渗透）缺陷甚至在使用100%锆英面层时也会出现，应控制好粉料粒度、涂料粘度、撒砂粒度等，防止金属液氧化才能得到表面光洁的铸件。不用或少用锆英也可获得很好的铸件表面，但也要很好的控制各方面因素。这点已被一些精铸厂的生产实践所证明。⑶防止措施

严格控制面层涂料及撒砂中的杂质含量，特别

是Fe2O3含量。②

正确选择型壳耐火材料，做高锰钢和高温合金

钢铸件时，面层涂料、撒砂应选用中性耐火材

料为宜，如电熔钢玉或锆英砂粉等。铸件表面缺陷③合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免金属液

氧化并充分脱氧、除气。④在可能的条件下，适当降低金属液浇注温度，

薄壁件以提高型壳温度，尽量做到出壳后马

上浇注为宜。铸件表面缺陷⑤

改进浇注系统，改善型壳散热条件，防止局

部过热。2、夹砂、鼠尾铸件表面缺陷铸件表面缺陷⑴特征:夹砂—

铸件表面局部呈翘舌状金属疤块，

金属疤块与铸件间夹有片状型壳层(砂),又称结疤夹砂。铸件表面缺陷鼠尾—

铸件表面呈现条纹状沟痕。夹砂鼠

尾是熔模铸造中常见的表面缺陷，

常出现在铸件大平面或过热处。

由于型壳材料膨胀率不同及工艺操作不当产生型壳分层和裂纹，主要有以下几种情况:①

面层涂料撒砂后干燥、硬化不良。(涂料厚或硬化液浓度不够温度低及风速不够)②

面层撒砂太细，过度层撒砂太粗，造成

过度层与面层结合不好及砂中粉尘太多。铸件表面缺陷⑵形成原因:③

涂下层时，上层存在浮砂未清除。④

涂料粘度过大，涂料流动性不好，产生局

部堆积造成硬化不良。铸件表面缺陷⑤

残余硬化液作用在下层涂料上，使涂料两面

硬化，但两面都硬化不透，使涂料本身形成

未硬化的夹层。⑥型壳浇入金属后的冷却过程中，型壳微裂纹内的气体在压力的作用下形成鼠尾缺陷并伴随氧化现象．⑶防止措施:①面层型壳充分干燥，硬化。②降低第二层涂料粘度,防止面涂料堆积。③面层撒砂不易过细，层间撒砂粒度差不易过于

悬殊。④砂中粉尘含量及含水量要尽量小，并注意涂料

前的浮砂去除。铸件表面缺陷⑦必要时，在大平面结构的铸件上加设工艺筋、工艺孔，防止型壳分层导致铸件产生此类缺陷。⑤型壳过湿不宜高温入炉焙烧。⑥尽量避免铸件的大平面结构平面向上或平面

浇注。铸件表面缺陷3、麻点:铸件表面缺陷

铸件表面上有许多密集的圆形浅洼斑点，称为麻点缺陷。此类缺陷常出现在含Cr<20%,Ni<10%的合金钢铸件，碳钢铸件上也时有发生。未清理前浅凹坑中充满着熔渣物质。铸件表面缺陷⑴特征：麻点是金属液中氧化物与型壳材料中氧化物发生化学反应形成的。经光谱分析,缺陷处金属中硅含量增加，而锰含量极少,熔渣的岩相分析表明，熔渣中含有硅酸铁，硅酸锰及硅酸钴等氧化物。铸件表面缺陷另外，金属液温度过高，浇注过程中产生二次氧化,或在氧化气氛中凝固，也会造成铸件产生麻点缺陷。⑵形成原因：②防止和减少金属氧化，尽量采用快速熔化，

并对金属液进行充分的脱氧。⑶防止措施：①严格控制面层耐火材料中杂质含量，特别是Fe2O3等氧化含量。铸件表面缺陷④采取浇注后在还原性气氛中凝固，如浇注后马

上撒些废蜡或废机油等碳氢化合物并加罩密封，

使其造成在还原性气氛中凝固。⑤第3层使用碳砂撒砂工艺.③提高型壳焙烧温度，适当降低浇注温度，型壳

浇注时要尽量保证型壳温度高，做到快出快浇。铸件表面缺陷

非真空感应熔炼炉的进展——

惰性气体覆盖保护法铸件表面缺陷

在大气中熔炼，易造成合金液的氧化和吸气。为解决此问题，惰性气体覆盖保护法得到较大发展。铸件表面缺陷SPAL法原理图液态惰性气体覆盖熔池法SPAL

低温液态惰性气体（氩、氮）滴到熔融金属表面，迅速气化并扩张，驱除空气，形成惰性气体屏障，保护熔炼金属铸件表面缺陷SPAL法使用现场SPAL法的改进

用一种独特的气旋喷头将液氩或液氮喷成雾状并气化，形成均匀的圆锥形气雾笼罩在熔池表面，提高了气体利用率，减少了消耗涡轮气雾法原理铸件表面缺陷惰性气体覆盖熔池法LBI

让惰性气体通过层栅状扩散器，在熔池表面沿水平方向形成气帘，以保护合金液铸件表面缺陷LBI法改进

由于栅扩散器往往距金属液面较远，耗气量大，提高了成本，可改为旋风式覆盖法铸件表面缺陷

该法在很多精铸厂已用于生产不锈钢、合金钢、部分镍基合金、多种铜合金上，均取得良好效果。钢水中溶解的氧气含量减少了60~90%、废品率下降60~80%，并可使用部分回炉料。铸件表面缺陷4、鼓胀铸件表面缺陷水玻璃型壳产生的铸件鼓胀缺陷多于硅溶胶和硅酸乙酯型壳。⑴特征：铸件表面局部出现鼓胀现象。铸件表面缺陷

型壳的常温强度或高温强度太低，在型壳脱蜡时，型壳受蜡料膨胀而蜡料不能及时排出使局部膨胀变形；或在浇注时，型壳受高温金属液作用而变形，造成铸件局部出现鼓胀。铸件表面缺陷⑵形成原因：铸件表面缺陷

造成型壳常温强度及高温强度不高的主要原因与粘结剂种类、耐火材料种类及质量和制壳工艺等因素有关。①严格控制耐火材料的质量,使用杂质含量低的

耐火材料。②选用适宜粘结剂,提高型壳高温强度。③根据铸件大小、形状正确选择型壳层数，件

大时适当增加制壳层数。铸件表面缺陷⑶防止措施：

根据制壳工艺，保证型壳制造时的涂挂撒砂均

匀，及干燥、硬化效果。⑤适当提高脱蜡介质浓度及温度，缩短脱蜡时间。铸件表面缺陷⑦对大平面易产生膨胀的部位加设工艺筋或工艺孔⑥适当降低浇注温度，必要时采用磌砂浇注。5、金属刺（毛刺）铸件表面缺陷⑴特征：

铸件表面上有分散或密集的微小突刺，称为金属刺（或毛刺)。铸件表面缺陷⑵形成原因：

型壳面层不致密,有很多孔洞缺陷，浇注时金属液进入型壳孔洞造成金属刺缺陷。①面层涂料粘度过低，粉液比太低造成型壳表面

孔洞多,不致密。②涂料同模料的润湿角大于涂料对耐火材料的润湿角，也就是说耐火材料对涂料的润湿性比对模料好，使涂料局部脱离开蜡模表面，从而在型壳表面形成一些单个或密集的小孔洞。铸件表面缺陷②面层涂料中加入适量润湿剂(表面活性剂)0.3%

左右,并使蜡模充分脱酯，改善涂料与蜡模的

润湿能力。⑶防止措施：①对水玻璃面层涂料，应适当降低水玻璃密度。

（d=1.26～1.27/cm3）选用级配粉，保证面层

涂料有足够的粉液比。铸件表面缺陷⑤面层涂料撒砂后，先自然干燥1小时以上再

硬化，以减小硬化时的胶凝收缩。③保证面层涂料厚度，不可太薄，撒砂粒度

合理选择，不可太粗。④涂料充分搅拌和回性(回性≥12小时)。铸件表面缺陷6、金属珠（铁豆）铸件表面缺陷

铸件表面有突出的球形金属颗粒，常出现在铸件凹槽或拐角处。⑴特征：铸件表面缺陷

面层涂料中含气泡或涂料对蜡模的润湿性差，在涂挂涂料时，在凹槽的拐角处留有气泡，造成型壳表面存在珠形孔洞，浇注时金属液进入孔洞形成突出在铸件表面上的金属珠。⑵形成原因：铸件表面缺陷②除在搅拌涂料时应防止卷入气体外，配好

的涂料留有足够的时间使气体逸出。⑶防止措施:①面层涂料加入改善润湿性的表面活性剂后，

应加入0.1～

0.3%的消泡剂。铸件表面缺陷⑤有条件时可采用真空涂面层涂料。③蜡模充分脱酯以改善涂挂性。④挂面层涂料时，用压缩空气吹去存留在蜡模

凹槽、拐角处的气泡。铸件表面缺陷孔洞类缺陷的气体钢中的气体

钢中的气体主要是氢、氮和氧，危害最大的是氢。2-46严格的限制标准是：[H]：1~3PPm[O]：60~80PPm[N]：80~110PPm*1PPm=10-6=0.0001%2-472-481）氢氢的危害：①产生大量细小的气孔、针孔，存在于铸件表皮

下（白点）——冷却较慢；②以极微小的质点在晶格内部析出，形成很高的

应力状态（氢脆）——冷却较快。2-492[H]=H2↑[H]↑→塑性、韧性↓↓（FeO）+2[H]=H2O+[Fe]例：生产薄壁铸钢件的工厂，由于针孔报废的铸件占废品总量的40%左右。2-502）氮氮的危害：①在钢中形成针孔、气孔；②和某些元素（Si、Zr、Al等）生产氮化物。例：若钢水中N和Al的含量过高，则易生成AlN，产生“石状断口”（脆性断裂）。2-512）氮好的用途：氮扩大A体区（其作用为Ni的20倍）可用于制造Cr-Mn-N、Cr-Ni-N不锈钢，其加入量为0.20~0.35%（以BN、CrN、ZrN合金加入）。2-523）氧固态钢中溶解度很小。在500℃以下，氧在γ-Fe（A体）中只能溶0.002~0.003%，在α-Fe（F体）中溶解<0.001%2-53氧的危害：①产生气孔[C]+[FeO]→[Fe]+CO↑②形成SiO2、FeO、MnO、Al2O3等非金

属夹杂物③FeO和FeS作用，生成低熔点共晶

进入铸件中2-544）除气措施①熔炼时脱碳、脱氧：FeO+C→Fe+CO↑；②浇注前静置（如3~5分钟）；③真空熔炼；④其他方法，如AOD法。2-551、气孔(集中性气孔)四、孔洞类缺陷

孔洞类常见缺陷主要有：气孔、渣气孔、缩孔、缩松等缺陷.

铸件上存在着光滑孔眼缺陷,往往出现在铸件个别部位。⑴特征：孔洞类缺陷⑵形成原因:①型壳焙烧不充分,浇注时型壳中产生大量气

体侵入金属液中(侵入性气孔)

。②浇注方法不合理，浇注时卷入气体进入型腔(此类为卷入性气孔)。孔洞类缺陷④金属液脱氧、除气不充分。③浇注系统设计不合理,型壳排气不好。孔洞类缺陷⑶防止方法:①适当提高焙烧温度，并保证足够的保温时间≥20分钟。④熔炼过程中尽量避免氧化、吸气,浇注前金属

液充分脱氧、除气。③合理设置排气道，尽可能采用底注式浇注系统。孔洞类缺陷②熟练掌握浇注方法，引流要准，浇注要稳，

避免卷入气体进入型腔。2、弥散性气孔（析出性气孔）孔洞类缺陷

铸件上有分散或密集的孔眼，有时在整个截面上都有,有时出现在铸件皮下，加工后出现(此类又称皮下气孔）。⑴特征：孔洞类缺陷

此类气孔的产生主要是由于金属液中所含气体，随温度降低气体溶解度减小，过饱和气体从金属液中析出形成气泡，在铸件凝固前未能上浮逸出而造成，由于是金属液析出气体所形成，故又称析出性气孔。⑵形成原因:孔洞类缺陷②严格控制熔炼工艺，避免熔炼过程中的钢

水氧化和吸气。⑶防止方法：①选用清洁炉料并减少回炉料用量,炉料要干

燥,采用预热炉料更好。孔洞类缺陷③掌握正确的脱氧方法，脱氧充分,提高钢水纯净。④镇静钢液后浇注，使气体逸出。3、渣气孔孔洞类缺陷

铸件表面存在着夹杂物与气孔并存的孔眼，呈分散状。⑴特征：孔洞类缺陷此类缺陷的产生主要是熔炼过程中所使用的金属炉料不干净或回炉料过多，产生了较多的金属夹杂物，金属液脱氧除气不充分使钢液中含气量多或型壳焙烧不充分浇注时产生气体,铸件凝固后产生渣气孔。⑵形成原因:孔洞类缺陷④

充分焙烧型壳，保证保温时间。⑶防止方法：①选用清洁炉料并减少回炉料用量。②严格控制熔炼工艺，加强脱氧、除渣、除气。③

镇静钢液,使夹杂物及气体上浮逸出。孔洞类缺陷影响因素（1）化学成分：C：碳对实际流动性的影响最大。C↑→熔点↓→实际

流动性↑。

真正的流动性与结晶间隔有关，间隔大，流动性↓。S：恶化流动性——由于MnS夹杂。P：>0.05%，流动性↑（∵P使液相线↓）。Si：由于能起脱氧和镇静作用，故能使流动性↑。2-19影响因素（2）钢液中的气体和夹杂物：

气体↑，夹杂物↑→流动性↓①脱碳处理越好→气体、夹杂上浮，清理越彻底→流动性↑②脱氧操作越合适→流动性↑2-20例：脱氧操作对钢水流动性影响脱氧剂种类及加入次序先加Si-Fe后加Mn-Fe先加Mn-Fe后加Si-FeAl-Mn-Si或Si-Ca流动性（螺旋试样，mm）65140150-1802-21讨论：原因：对氧的亲和力：Mn<Si<Al①先加Mn-Fe后加Si-Fe：则先生成MnO，后生成SiO2，然后互相作用生成MnSiO3——低熔点，呈球状，容易集聚上浮，去除。②先加Si-Fe，后加Mn-Fe：则先生成大量SiO2，加Mn-Fe后只生成少量MnO，最后也只有少量MnSiO3

，而大量的SiO2以固态尖角形质点存在于钢液中，不易积聚，尺寸小，成为夹杂。③复合脱氧剂（Al-Mn-Si，Si-Ca）：更易形成复合低熔点盐。2-22影响因素（3）浇注温度和浇注速度①浇注温度越高，流动性越好。但太高的浇注温度，易导致热裂、粘砂、晶粒粗大等缺陷，所以也要适当控制。2-23铸造碳钢的浇注温度及过热度牌号液相线温度℃出钢温度℃浇注温度℃过热度℃ZG15ZG25ZG35ZG45ZG55152515151500149014801600~16201590~16101580~16001570~15901570~15901560~15901550~15801540~15801530~15701530~157035~6035~6040~8040~8050~902-24②浇注速度以快为宜，但不能过快，否则冲坏铸型，造成废品。例下表。铸造碳钢的浇注速度铸件壁厚（mm）型腔由液面上升速度mm/s30201020~2430~3660~722-25

铸件内部存在的表面粗糙、形状不规则的粗大且集中的孔洞。4、缩孔⑴特征：孔洞类缺陷收缩（1）铸造碳钢的收缩过程：分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三过程。三阶段的收缩量总和称为体积总收缩率。2-26如：0.30%C碳钢D=7.84g/cm3总体积收缩率：11.6%（1593-20℃）其中：液态（1593~1504℃）：1.4%

凝固（1504~1454℃）：3.0%

固态（1454~20℃）：7.2%2-27碳钢的体积总收缩率（%）含碳量（%）0.100.400.701.00体积总收缩率（%）10.511.312.114.02-28（2）缩孔和缩松

碳钢在液态阶段和凝固阶段的收缩表现为金属体积的缩小，液面下降，称为“体收缩”。“体收缩”产生缩孔和缩松。2-29缩孔和缩松的数量和分配与下述因素有关：①与含碳量即结晶温度间隔有关。间隔大，由于树枝晶发达，缩松倾向加大；见下图。2-302-31缩孔和缩松的数量和分配与下述因素有关：②过热温度越高，冒口补缩越好，缩孔率越大。见下表。2-32ZG25的缩孔率过热温度1500155016501750缩孔率%6.37.49.511.6③增大结晶冷却速度，有利于减少缩松。其原因是由于加大液相中的温度梯度，限制了树枝晶的发展，改善了补缩条件，从而缩松↓，但缩孔↑。

例如金属型的缩松比例较小。缩孔和缩松的数量和分配与下述因素有关：2-33（3）线收缩

碳钢在固态阶段的收缩表现为铸件尺寸上的缩小，成为“线收缩”，其为产生应力、变形、开裂的原因。碳钢自由收缩率为2.20~2.40%

碳钢受阻收缩率为2.00~2.20%2-342-35

合金在液态收缩和凝固时，铸件某部位（通常是最后凝固的热节处）不能及时得到液体金属的补缩，而形成缩孔。如热节过多过大、浇冒口设计不当，不利于顺序凝固，使铸件热节处得不到金属液补充、浇注温度过高，散热条件差造成局部过热。⑵形成原因:孔洞类缺陷⑶防止方法：①改进铸件结构，力求壁厚均匀，减少热节，有利于顺序凝固。②合理设置浇冒口系统（包括合理确定内浇口的位置、内浇口的大小、形状)以保证造成顺序凝固。（确保补缩的钢水的温度）孔洞类缺陷③

合理组装模组,使铸件间有一定距离，防止局部过热。④

适当提高型壳温度，以降低浇注温度，保证型壳和金属液浇注温度的合理性。孔洞类缺陷⑥

改进熔炼工艺，减少金属液中气体和氧化物，提高其流动性和补缩能力。⑤

保证浇道、浇口杯充满，或在浇口杯和冒口上加发热剂、保温剂。5、缩松孔洞类缺陷

铸件内部有许多细小、分散且形状不规则孔壁粗糙的孔眼,称为缩松。⑴特征：孔洞类缺陷

金属液在型壳中凝固时，当合金凝固温度范围较大就会形成较宽的凝固区域，在凝固区域内是按“体积凝固”方式进行凝固的。即在该区域内同时形成晶核并长大，到凝固后期,固相比例大，枝晶生长连成骨架，把未凝固金属液分割成孤立的或近乎孤立的小熔池，这些金属液在凝固时就难以得到补缩，从而形成了许多细小、分散的小孔，即形成了缩松。⑵形成原因:孔洞类缺陷③提高局部热节的凝固冷却速度，减少热节的过热度。⑶防止方法:①合理改进铸件结构，改善凝固速度。②改善型壳散热条件，避免型壳形成局部热点。孔洞类缺陷⑥改进熔炼工艺，减少金属液含气量。④适当降低浇注温度，避免铸件凝固时形成较宽的凝固区域,减缓体收缩率。⑤合理设置浇注系统，应避免浇注时金属液冲击固定点形成局部过热点。孔洞类缺陷砂型铸钢件裂纹铸钢件容易产生开裂，其分类：裂纹热裂——断口氧化，呈暗黑色，且形状弯曲

（有树枝晶特征）；冷裂——断口齐整、洁净、呈银白色。2-36（1）热裂产生的条件①金属具有较大的线收缩，且受到阻碍；②液态金属中存在低熔点夹杂的偏析；③液态金属流动性差。2-37（2）热裂形成的过程①热裂出现的温度范围——凝固后期，

固相线附近；②铸件收缩过程中由于受型芯阻碍作用

受到拉力；2-38（2）热裂形成的过程③铸件凝固形成固体骨架时存在一层低熔点薄

膜。薄膜强度很低，高温塑性差，易于断裂。

如0.30%C碳钢，在1410~1385℃时，σb=0.76~2.15N/mm2，δ=0.23~0.44%。2-392-40（3）热裂的影响因素：①化学成分：0.20%C左右（包晶点），Mn↑，P、S↓——热裂抗力↑。见上图②工艺因素：a.熔炼工艺b.铸件结构特点c.浇注温度d.造型工艺e.砂型（芯）的溃散性2-41防止铸钢件产生热裂的措施1铸钢件在结构设计上应注意:适当的圆角过渡加强筋的设计避免十字交叉结构,减少热节力求铸件壁厚均匀,尽量使不同截面之间平缓过渡2在铸造工艺上应注意:

在易于产生热烈的部位设置与裂纹方向垂直的防裂筋设计浇注系统时,避免热点集中

铸型中适当设置冷铁或保温材料,调节温度场确保充分补缩3熔炼工艺过程控制,提高冶金质量严格炉料管理,防止有害元素和杂质入炉做好氧化期工作,减少非金属夹杂物,尽量降低磷含量尽量降低硫含量做好脱氧工作,出钢时炉渣中FeO含量不应超过0.5%其它用树脂自硬砂工艺铸造铸钢件时，铸件壁相交的转角处易出现条状断裂的裂纹缺陷，由芯子形成的内腔转角处，是特别容易产生裂纹的部位。应加强芯子内部和芯头处的排气，并采取加大圆角半径、增加涂料层厚度适当放置冷铁等措施冷裂

铸件完全凝固后，冷却至塑性——弹性转变温度（600~700℃）以下时产生的裂纹称为冷裂。2-42（1）冷裂产生的原因

铸件中的内应力（热应力和收缩应力等之和）超过了钢在此时的强度。2-43（2）冷裂的影响因素①化学成分

低碳钢塑性好，不易产生冷裂；高碳钢塑性差，容易产生冷裂。P、S促进冷裂；P的危害作用比S大。2-44（2）冷裂的影响因素②工艺因素：a.熔炼工艺：脱氧程度——若夹杂物多，使钢的塑

性、强度降低，导致冷裂；b.铸件结构：各部分壁厚相差大，由于收缩时间不一

样，易使铸件开裂；c.开箱时间：在砂箱中冷却慢，在空气中冷却快，内

应力大；d.水爆清砂。2-451、冷裂—

铸件上连续地直线或折线及圆滑曲线状穿过晶体的裂纹，称为冷裂。五、熔摸铸件裂纹缺陷

外型呈宽度均匀的细长直线或折线及圆滑曲线，而且常常穿过整个铸件截面，断口干净，具有金属光泽或轻微的氧化色。（说明裂纹出现在较低温度)⑴特征：裂纹缺陷①铸件结构不合理铸件壁厚悬殊造成各部份冷却速度差别过大及铸件收缩阻力过大，使铸件在冷却过程中产生较大收缩应力或应力集中。⑵产生原因：裂纹缺陷②合金成分和熔炼质量对冷裂的影响

钢水脱氧不良或浇注不当时，产生的氧化夹杂物、缩孔、气孔和粗大树枝晶，成为裂纹萌生核心，促使冷裂形成。裂纹缺陷C、Cr、Ni含量相对较高时，增大钢的冷裂

倾向。P增加钢的冷脆性（特别是含量＞0.1%时）③型壳的退让性差。裂纹缺陷④外界因素的原因：清壳过早、清壳、修整、机加工过程中受到碰撞，残留应力引起铸件开裂。②正确设置浇注系统,使铸件各部份的冷却速度趋于一致。①改进铸件结构设计，壁厚力求均匀，平滑过渡，内腔圆角足够大，设置工艺筋且合理，尽量减小对铸件收缩的阻力。⑶防止措施：裂纹缺陷

加强金属液的熔炼质量，脱氧除渣尽量彻底，减少铸件中气孔、夹杂物等情况，并严格控制有害杂质P、S、Al等。④尽量减少型壳层数，以提高型壳退让性。裂纹缺陷⑦避免人为的损坏。⑤为减少铸件内应力，可适当降低浇注温度及冷却速度，延长铸件在型内的冷却时间（培箱浇注）。⑥对残留应力大或裂纹倾向严重的铸件，清理、加工前进行热时效。裂纹缺陷2、热裂（常见及危害较大）

热裂是中碳钢、合金钢最常见和危险较大

的缺陷之一。裂纹缺陷内裂:通常产生在铸件最后凝固的地方(热节处)有时出现在缩孔的下部,不规则、有分叉。⑴特征：外裂：裂口从铸件表面开始，逐渐延伸到内部呈表面宽而内部窄,裂纹被氧化而变色。裂纹缺陷⑵产生原因和影响因素：

四大主要因素:裂纹缺陷铸件结构铸造合金浇注系统冷却速度—

内尖角处应力集中,铸件收缩受阻时产生

拉长作用。①铸件结构的影响：—

热节和转角部位较多的铸件,这些部位

凝固较慢。裂纹缺陷—

厚薄不匀，冷却快慢不同，薄处先凝强度较

高，厚部位凝固时，收缩应力集中于此处。—

浇冒口设计不合理，对铸件收缩起到阻碍作

用，增大铸件收缩应力。裂纹缺陷a)含C（碳）量对热裂的影响（与浇注温度及含锰量关系不大）0.2%时抗热裂性最大；＜0.2%时抗热裂性随含C量增加而增加；＞0.2～0.5%时抗热裂性随含C量增加而减小;＞0.5%时抗热裂性随含C量增加而增加。②铸造合金性质的影响：

—合金的化学成分影响裂纹缺陷Si的影响不显著，在0.2-0.6%范围内提高Si量，会使热裂倾向略有减弱，但Si对流动性有易。b)P、S降低抗热裂性Mn具有良好的抗热裂性，1.0%以下提高Mn含量能提高抗裂性。裂纹缺陷①合金液体中有H、O、N等气体时，将在合金结晶过程中析出在晶界液膜处，切割了合金组织,削弱了晶粒间的联系，降低了合金固—液态时期的强度，而加大热裂倾向。—合金液体中气体和夹杂物的危害裂纹缺陷非金属夹杂物（氧化物、硫化物、硅酸盐等）存在于合金液体中，由于其熔点低，凝固中也会析出在晶界液膜处，并以薄膜状，长条形和链状等几何形状分布在晶粒边界造成热裂，危害最大。裂纹缺陷

对于壁厚相差较大的铸件，内浇口设置在壁厚处增大了铸件热应力或热节较多的铸件设置了多个内浇口造成了铸件线收缩受阻增加了铸件的热裂倾向。

厚壁件冷却速度慢或薄壁件冷却速度太快也会增加热裂倾向。—

浇注系统和冷却速度的影响裂纹缺陷⑶防止措施：①改进铸件结构，减少壁厚差，平滑圆角过度，减小应力集中。②

改善型壳退让性，正确选择型壳。裂纹缺陷④严格控制金属液中气体含量及减少或改变非金属夹杂物的形态。如碳钢、合金钢的变质处理（加入0.3%以下的合金或稀土元素：钒、铈、钛、铌）。③

严格控制及调整合金成分,特别是P、S的含量。裂纹缺陷⑥正确控制铸件冷却速度,厚壁件易提高冷却速度,薄壁件冷却速度不易过高，以减小热裂倾向。⑤改进浇注系统设计,特别是内浇口位置的设置及大小、数量。裂纹缺陷1、铸件脆断(氢脆)

六、其它类缺陷主要指铸钢件断裂,断面晶粒粗大，呈冰糖状。⑴特征:其它类缺陷

熔炼过程中脱氧剂(铝)用量过高，或金属液中硫、硼含量过高及金属液严重过热等造成铸件晶粒粗大，晶粒边界上分布着氮化铝、硫化锰和网状硼化物，使钢(铸件)塑性和冲击韧性显著降低,从而导致铸件晶间脆性断裂。

由于金属液吸氢严重时，也会产生铸件脆性断裂，又称为氢脆。⑵形成原因:其它类缺陷③严格控制熔炼工艺，防止钢液严重过热和吸氢。⑶防止方法:①严格控制脱氧剂(铝)的加入量≤0.1%,且脱氧时应尽可能使铝在钢液中分布均匀。②采用洁净的炉料，提高炉衬质量，防止硫、硼及其它有害杂质混入钢液。(钢液中含硼量不得超过0.005%)其它类缺陷2、变形其它类缺陷

铸件铸态的几何形状与图样不一样，称为变形或铸态变形。⑴特征:其它类缺陷⑵形成原因:①

熔模变形：

取模力不均造成熔模变形；熔模壁厚不均冷却时因温度分布不均，造成因热应力引起的变形；熔模存放时温度过高，接近模料软化点引起变形等。其它类缺陷

型壳强度低(高温强度)时，型壳在焙烧、浇注时受自重或金属液压头作用引起的变形。②型壳变形：其它类缺陷

铸件凝固后期冷却至室温的过程中,