教学材料《熔模铸造》-第十二章

导语铸造生产的基本任务就是提供质量优良的铸件。铸件质量的标准是根据零件的工作过程的要求而提出的，通常以图纸和技术条件的形式反映出来。因此，也可以说符合图纸和技术条件要求的铸件是合格品。目前在熔模铸造生产中，尚无国家统一标准，只有某些部定标准和厂定标准，有适用于一类铸件的通用技术条件，也有专为一种或几种铸件制订的专用技术条件。常常可能有这种情形，带有一定缺陷的铸件在某一情况下可以认为是合格的，而在另一情况下则认为是不合格的；或者铸件被当做是不合格，但所带的缺陷是可以修整，经修整后的铸件有可能成为合格的。标准过高，对生产会有一定困难，废品率增高，造成不必要的浪费，标准过低，铸件不能很好地满足使用要求，或者安全系数过大，整机性能及技术指标落后，这样也会造成不应有的损失。下一页返回导语因此，在制订技术条件时，应根据具体情况对铸件提出相应的、合理的技术要求。对于铸件的质量要求，总的来说，大致包括铸件的表面质量、铸件的精度及铸件的内部质量等三个方面。为要判定铸件质量是否符合要求，则应通过必要的检验手段。由于熔模铸造生产工艺过程复杂，工序繁多，影响铸件质量的因索很多，因此，必须对原材料和生产工艺操作进行严格控制，才能保证铸件质量，稳定生产。上一页返回12.1铸件常见缺陷分析12.1.1黏砂铸件表面上牢固地黏结着一层型壳材料，称为黏砂，黏砂是熔模铸件常见的表面缺陷之一。铸件表面黏砂时，不仅使铸件表面清理发生困难，亦将增加铸件表面粗糙度。黏砂的形成是一个复杂的物理化学过程。通常按黏砂层主要成因及其特征分为机械黏砂及化学黏砂两种。机械黏砂主要是由于液体金属的表面张力小，流动性好，在液体金属静压力的作用下，渗入型壳材料颗粒之间的孔隙中而形成的。显然，型壳内表面有孔隙存在是产生机械黏砂的先决条件，而熔模铸造中型壳内表面是由密实的涂料层构成的。因之，在一般情况下产生机械黏砂的可能性比较少。下一页返回12.1铸件常见缺陷分析熔模铸造中常见的是化学黏砂。化学黏砂主要是由于型壳材料组成物对铸造合金（或其氧化物）具有化学活性，浇注后在高温下发生相互化学作用生成的化合物，黏附于铸件表面而造成的。例如，采用硅质（SiO2）型壳浇注钢铸件时，当钢液浇注后及随之的冷凝过程中，由于型壳中存在着氧化性气氛，使金属表面发生氧化反应：2Fe+O2=2FeO（液、固）（气）（液、固）氧化亚铁与硅质材料相互作用发生下列反应：2Fe+SiO2=2FeO·SiO2

上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析反应结果形成铁橄榄石（Fe2·SiO4），其熔点为1205℃，在高于此温度下，有很好的流动性，能够润湿并溶解石英，当型壳内表面接触层被侵蚀后，颗粒间孔隙不断扩大的情况下，就渗入孔隙中并在本身的冷凝过程中将砂粒与铸件互相黏结在一起而形成化学黏砂。图12-1所示为化学黏砂形成过程示意图。当用硅质型壳浇注高锰钢铸件时，也有类似情形发生：2Mn+O2=2MnOMnO与型壳中SiO2

在高温下发生相互作用后生成下列低熔化合物：2MnO·SiO2（1270℃）、2MnO·SiO2（1320℃）、3MnO·SiO2（1200℃）。若制壳材料中存在着有害杂质时，会显著地降低其耐火度，黏砂现象将更为严重。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析此外，随着浇注温度升高，在内浇口附近和铸件的热节部位，将使热作用加剧，以及随着液体金属静压头增大等，都会增加产生化学黏砂的可能性和严重性。为了防止化学黏砂，可采取如下的措施。①要正确选择型壳耐火材料。做高锰钢和高合金钢铸件时，型壳面层应使用中性耐火材料，如电熔刚玉等。②面层制壳耐火材料要纯，有害杂质含量不应超过允许范围。③合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免氧化并充分脱氧，去除金属液中的氧化物（FeO、MnO等）。④在可能条件下，适当降低金属液浇注温度及型壳的温度。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析⑤改善型壳散热条件，防止局部过热。12.1.2夹砂、鼠尾和凹陷1.特征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称夹砂缺陷。铸件表面呈现条纹状沟痕，其边缘是圆滑的称鼠尾。铸件表面呈现不规则凹陷称凹陷，如图12-2所示。夹砂、鼠尾和凹陷是熔模铸造常见的表面缺陷，常出现在铸件大平面或过热处。2.形成原因这三种缺陷形成的原因基本相同，都属于膨胀缺陷。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析熔模铸造型壳为多层结构，质量良好的型壳，各层间应相互镶嵌，形成结构紧密的整体。如型壳各层间结合不牢，没形成整体，有分层现象，在型壳脱蜡、焙烧或浇注时，因型壳导热性差，表面层和加固层温度差大，热膨胀不同，在型壳分层这内因促使下，很容易沿分层处向型腔处翘起，从而在铸件上形成凹陷或鼠尾缺陷，见图12-3（a）（b）。翘起的表面层破裂则形成夹砂缺陷，见图12-3（c）。对于壁厚较薄的件还可能形成穿透性孔洞，见图12-3（d）。从产生原因可知，在产生夹砂的同时，铸件上还有砂眼缺陷产生。型壳分层是产生这类缺陷的内因，应子防止而型壳分层又有几种情况，见图12-4。一种分层是出现在撒砂的砂粒之间，见图12-4（b）。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析原因是撒砂粒度过细，小于50/100目，或砂中粉尘多、水分过高（≥5%）,浸涂下层涂料时未吹掉上层的浮砂等。第二种分层是出现在涂料层中，见图12-4（c）。当涂料黏度大，局部堆积，以及硬化不良，涂层受到上层残留硬化剂和这层硬化剂双面硬化，但两面都硬化不透，使涂层本身形成未硬化的夹层。第三种分层是出现在砂粒和涂料间，见图12-4（d）、（e）、（f）。表面层涂料结皮与撤砂间分层（图12-4（d）），或上层撒砂与下层涂料间分层（图12-4（e）），这可能是因为下层涂料黏度过大，或上层撒砂太细图12-4（f）是上层残留硬化剂过多，造成的分层。3.防止措施①所有防止型壳分层、加强层间结合力的措施都有利于消除熔模铸件产生夹砂、鼠尾和凹陷缺陷。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析如面层涂料黏度不可过小，面层撒砂不可过细，表面层和加固层撒砂粒度差勿过于悬殊，撒砂中含粉量及含水量要小，撒砂后或上下层涂料前应去除浮砂，加固层涂料黏度不宜过大，对于水玻璃型壳硬化要充分，硬化后风干时间要适当，特别要注意清除蜡模内角处堆积的涂料和撒砂等。②提高脱蜡介质的温度，缩短脱蜡时间。③型壳过湿时不宜高温入炉焙烧。④尽量避免铸件有大平面结构，避免铸件大平面平放或朝上浇注，必要时应设工艺筋、工艺孔，以防止这类缺陷产生。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析12.1.3橘子皮1.特征铸件表面局部有许多凹入条状纹路及块状突起物，它们相间交又构成凹凸不平的表面，外观与橘子皮相似，故名橘子皮缺陷，见图12-5。这种缺陷是水玻璃型壳常见的铸件表面缺陷，常出现在铸件的大平面及凹入面、孔中。2.形成原因橘子皮是在型壳硬化时，在型壳相应表面出现缺陷，而最终造成铸件产生该种缺陷。有缺陷的型壳在脱蜡后就已明显暴露出来。图12-6是铸件凹入面制壳时形成缺陷的示意图。图12-6（a）是浸涂料、撒砂后的情况。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析凹入面的涂层一般较厚，型壳为单面硬化（图12-6（b）），与硬化剂接触的界面上立即胶凝，胶凝结成的硬皮收缩时会将尚未硬化的一部分涂层从蜡模表面上拉起。但黏附在蜡模上的那部分未硬化的涂层3，在脱蜡时就被熔化模料带走，使型壳表面上形成不规则的凹坑缺陷。产生这种缺陷的主要原因是表面涂层不均匀，挂后又未经充分自然干燥就硬化造成的。若面层涂料硬化前经过干燥，在硬化时涂层也会收缩，但涂层只会与蜡模间形成平整的间隙（图12-6（c）），就不会形成橘子皮缺陷对水玻璃型壳，无论用氯化铝、氯化镁或氯化铵硬化均可能产生此缺陷。当涂层未能撒上砂时，这种部位会产生大面积的不均匀胶凝收缩，易出现缺陷。另外，在低温季节，当涂料温度低，而硬化剂温度高时，这种缺陷更易出现。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析3.防止措施凡能使面层涂料分布均匀、减少硬化收缩的措施，均有利消除此缺陷。具体来说，如让面层涂层硬化前充分干燥；采用常温硬化，减少涂层和硬化剂温度差；面层涂料的粉液比和黏度应适当高些，以减少硬化收缩等。12.1.4结疤（又称癫蛤蟆皮）1.特征铸件表面有大小不等、常呈圆形的小突起疤块，有时是单个分散的，有时呈密集的疤块，见图12-7。疤块高出铸件表面0.2～0.6mm，直径为3～5mm以上。疤块硬度高于金属本体，难于加工。因形状像癫蛤蟆皮，又称癫蛤蟆皮缺陷。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析这种缺陷常出现在铸件肥厚部分、热节以及内浇道附近结疤是水玻璃型壳铸件的一种缺陷。2.形成原因经化学分析，铸件表面突起的疤块成分为硅酸盐。结疤是型壳面层涂料中水玻璃分布不均匀，有集聚处，或因水玻璃密度过大，不易充分硬化。在型壳熔烧后可发现，在型壳表面局部形成黄色或黄绿色玻璃体。浇注后这些玻璃体与高温钢液反应而形成硅酸盐瘤黏附在铸件表面上。3.防止措施①尽量减少型壳表面自由Na2O含量。采用低密度、高粉液比的面层涂料。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析采取各种措施保证型壳能硬化充分，如硬化前干燥，或保证面层硬化时间，或脱蜡时进行补充硬化，并注意防止局部涂料堆积、硬化不透等。②水玻璃密度不可过高，面层水玻璃密度最好为1.26～1.28g/cm3，最高不大于1.30g/cm3。③适当降低浇注时金属液温度和型壳温度。12.1.5麻点1.特征铸件表面上有许多密集的圆形浅洼斑点，称麻点缺陷，见图12-8。麻点通常出现在不锈钢铸件上，如浇注含wCr

＜

20%、wNi

＜

10%的合金钢铸件上。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析有时在铸件局部厚断面处，有时在整个铸件表面上。浅洼凹坑直径为0.3～0.8mm，深为0.3～0.5mm。未清理前洼凹坑中充满着熔渣物质。麻点使不锈钢防锈能力和耐热性显著下降，需抛光的表面达不到光亮一致的程度。2.形成原因对缺陷处金属成分和熔渣成分进行分析后认为：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，熔渣含有硅酸铁、硅酸锰及硅酸钴等化合物。X光衍射证明黑色麻点是由磁铁矿Fe3O4和铁铬尖晶石FeO·Cr2O3

组成的正由于缺陷部位化学成分发生了变化，该处防锈和耐热性下降显著。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析3.防止措施①合理选用型壳耐火材料。做不锈钢铸件时应采用中性耐火材料如刚玉粉砂作面层，不应采用酸性耐火材料硅砂粉。②防止和减少金属氧化。尽量采用快速熔炼，以减少金属氧化。又如适当降低熔炼和浇注温度，并对钢液进行充分脱氧。在还原性气氛下进行浇注。必要时采用真空熔炼及浇注。③适当提高型壳焙烧温度和浇注温度，以适当降低金属液浇注温度。改进浇注系统，减轻金属液对型壳的热作用。12.1.6鼓胀1.特征铸件表面局部出现鼓胀现象，见图12-9。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析水玻璃型壳所制铸件鼓胀缺陷多于硅溶胶和硅酸乙酯型壳铸件2.形成原因鼓胀缺陷产生的主要原因是型壳常温强度或高温强度太低，在型壳脱蜡时，型壳受蜡料膨胀而局部膨胀变形；或在浇注时，型壳受金属液作用而变形，造成铸件局部出现鼓胀。3.防止措施①严格控制制壳原材料质量，如黏结剂、耐火材料等。②根据铸件大小、形状，正确选择型壳，保证强度，防止型壳鼓胀。影响型壳常温和高温强度的因索很多，这里着重分析型壳的高温强度。影响高温强度的首要因索是黏结剂种类，当耐火材料相同时，如都使用铝矾土粉砂，型壳1100℃

时高温抗弯强度分别为：硅溶胶型壳6～10MPa，硅酸乙酯型壳6～8MPa，水玻璃型壳0.2～

1.2MPa。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析影响型壳高温强度的第二个因索是耐火材料种类。以水玻璃型壳为例，在使用氯化铵硬化剂时，型壳850℃

～900℃时高温抗弯强度分别为：全部用硅砂粉的低强度型壳0.3MPa左右，加固层用铝矾土涂料撒硅砂型壳0.7～0.9MPa，加固层用黏土加硅砂粉涂料撒硅砂型壳1.1～

1.3MPa，加固层用铝矾土涂料撒铝矾土砂型壳可达1.5～1.9MPa。第三个影响型壳高温强度的因索是制壳工艺。如硅酸乙酯型壳是否氨干、是否强化。对水玻璃型壳是采用那种硬化剂，在不同硬化剂中氯化铵硬化高温强度较低，见表12-1。③可适当增加型壳层数，增加型壳强度。④严格制壳工艺，确保型壳质量。如涂料应涂挂均匀，防止局部堆积；又如型壳要干燥、硬化透等。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析⑤适当提高脱蜡介质温度，缩短脱蜡时间。⑥改进铸件结构，必要时增设工艺筋等。12.1.7金属刺（毛刺）1.特征铸件表面上有分散或密集的微小突刺，称金属刺或毛刺，如图12-10所示。水玻璃型壳所制铸件该缺陷较严重。2.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。型壳表面不致密有孔洞的原因如下。①层涂料黏度过低，粉液比太低造成型壳表面孔洞多，不致密。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析②水玻璃型壳表面蚁孔所致。蚁孔形成原因是水玻璃涂料同模料润湿角大于水玻璃涂料对耐火材料润湿角，撒砂后因选择润湿，使涂料在局部地方脱离开蜡模表面，见图12-11。这种情况就好像砂粒把涂料“吮”上去，从而在型壳表面形成一些单个或密集的小孔洞，称为蚁孔。孔洞形状不规律，外口大里口小。③水璃型壳表面存在蠕虫孔。孔洞呈单个或继续的，似蠕虫状。出现于硬化过程，多见于型壳大平面上，脱蜡前可发现，见图12-12。这是因水玻璃面层涂料粉液比过低，涂料中粉料倾向于形成团絮状，导致水玻璃在型壳表面成断续的网状分布，硬化时水玻璃产生的胶凝收缩受到阻碍，沿粉料团絮周围的水玻璃网膜裂开，型壳表面形成断断续续的蠕虫状孔洞。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析3.防止措施①面层涂料应有足够高的粉液比。对水玻璃涂料应适当降低密度，选用级配粉以提高涂料粉液比。②改善涂料与易熔模润湿性。用表面活性剂水溶液清洗熔模，或在面层涂料中加入润湿剂（表面活性剂）改善涂料与熔模润湿能力。③面层涂层应足够厚，撒砂粒度应和涂料黏度、涂层厚相适应。④涂料应充分搅拌和回性。⑤面层涂料在硬化前要进行干燥，以减小硬化时的胶凝收缩。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析12.1.8金属珠1.特征铸件表面上有突出的球形金属颗粒，常出现在铸件凹槽或拐角处，见图12-13。2.形成原因金属珠产生原因是面层涂料含气泡，或涂料对易熔模润湿性差。在涂挂涂料时，在模凹槽和拐角处留有气泡，从而使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。3.防止措施①面层涂料为改善润湿性加入表面活性剂后应同时加入消泡剂。应注意选用发泡性较小的表面活性剂。上一页下一页返回12.1铸件常见缺陷分析②涂料配制搅拌时应防止卷入气体，配好的涂料应有足够长的时间使气体逸出。③易熔模应充分脱脂以改善其涂挂性。④挂面层涂料时，可用压缩空气吹去存留在模拐角、凹槽等处的气泡。⑤有条件时可在真空下涂面层涂料。上一页返回12.2孔洞类缺陷孔洞类缺陷有气孔、多孔性气性、缩孔、缩松等缺陷，是熔模铸造常见缺陷。12.2.1气孔（集中气孔）1.特征气孔是铸件上存在着光滑孔眼缺陷。气孔往往出现在铸件个别部位，以单个或几个尺寸较大的孔存在，又称集中气孔，见图12-14。孔眼有时呈氧化颜色。通常是在加工后才会发现。2.形成原因这种气孔主要是因为型壳焙烧不充分，浇注时型壳产生大量气体侵入金属液中；或型壳透气性太差，型腔中气体难于排出，进入金属液中；或浇注时卷入气体未能排出金属液而造成的铸件气孔。下一页返回12.2孔洞类缺陷3.防止措施①脱蜡时应将模料排除干净，残余模料应尽量少。②型壳焙烧要充分，应有足够高的温度；硅溶胶和硅酸乙酯型壳950℃

～1100℃，水玻璃型壳850℃

～900℃；保温时间大于1h，以保证型壳焙烧透，发气物质充分排除。焙烧完全的型壳为自色或淡灰色，不应有黑斑。③复杂的薄壁铸件，为提高型壳透气性，在可能情况下，在最高处可设排气孔。④合理设置浇注系统，防止浇注卷气，并有利于型腔中气体排出。⑤适当提高浇注温度，尽量降低浇包嘴至浇口杯距离，降低浇注速度，使金属液能平稳充型，防止卷入气体，使型腔中及液体金属中气体能顺利排出。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷12.2.2弥散性气孔1.特征铸件上有细小的分散或密集的孔眼，有时在整个截面上都有，称弥散性气孔缺陷，见图12-15。2.形成原因弥散性气孔是由于金属液中所含气体，随温度下降溶解度减少，过饱和气从金属液中析出形成气泡，在铸件凝固前未能上浮、逸出而造成的。3.防止措施①清理干净的炉料。炉料应无锈、无油污和黏附的残留型壳，并应干燥不湿。需注意炉料的保管和清理。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷②配料时多次重熔的浇冒口和废品所占比例不可过高。③熔炼过程中在金属液面上要加覆盖剂，尽可能缩短熔炼时间。④金属液脱氧、除气要充分。据介绍在酸性感应炉中熔炼GZ270-500钢时，在沉淀脱氧基础上，继续加入稀土合金与Si–Ca合金脱氧，又称复合脱氧，效果较好。可使钢液中含氧量从（40～100）×106降至（15.4～17.1）×10减少废品脱氧剂加入顺序及加入量如下：wMn–Fe0.15%；wSi–Fe0.15%；wAl0.08%；稀土合金0.14%；wSi–Ca0.15%。⑤浇包要烘干。⑥浇前金属液应适当静置，便于气体逸出。⑦浇注过程要防止金属液氧化。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷⑧必要时可采用真空熔炼、真空浇注。12.2.3缩孔1.特征铸件内部有大而形状不规则的孔壁粗糙的孔洞，称缩孔，见图12-16。缩孔表面上常可看到有明显的树枝晶未梢。缩孔常出现在铸件热节处。2.形成原因形成缩孔的基本原因是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，就在该处产生缩孔。对共晶合金或凝固温度范围较窄的合金，其铸件容易产生集中缩孔。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷在合金成分已定时，形成缩孔主要是铸件壁厚不均匀，热节过多、过大，浇冒口系统设计不当，不利于顺序凝固，使铸件各热节处不能得到金属液补充或是浇注温度过高。3.防止措施①改进铸件结构，力求壁厚均匀，减少热节，或使壁厚变化有利于造成顺序凝固。②合理地设置浇冒口系统，造成顺序凝固。对有多个热节的复杂件浇冒口系统更应考虑周到。③合理组装模组，使铸件间有一定距离，防止局部散热困难。④型壳和金属液浇注温度要合适，浇注温度不可过高。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷⑤浇注时要保证直浇道和冒口充满金属液，或在浇口杯和冒口上加发热剂、保温剂。⑥改进熔炼工艺，减少金属液中气体及氧化物，提高其流动性和补缩能力。

12.2.4缩陷1.特征铸件局部表面发生凹陷，称缩陷，见图12-17。表面缩陷常发生在内浇道附近、厚壁处或两壁交接的内角处等热量集中、散热又困难的部位。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷2.形成原因缩陷形成原因及影响因索基本上和缩孔相同，主要区别在于产生缩陷的局部表面热量更集中、散热更困难。因而该处是最后或接近最后凝固，该表面形成的凝固壳尚处于高温塑性状态时，在大气压力作用下造成局部缩陷。3.防止措施可参照防止缩孔的一些措施。①改进铸件结构、增大两壁交接的内圆半径，尽量消除内尖角。②改变内浇道位置，消除铸件局部热量集中处。③适当降低钢水和型壳浇注温度。④改善型壳散热条件。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷12.2.5缩松1.特征铸件内部有许多细小、分散且形状很不规则孔壁粗糙的孔眼，称为缩松，见图12-18。2.形成原因金属液在型壳内凝固时，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。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，把未凝金属液分割成孤立的或近乎孤立的小熔池，这些金属液凝固时就难以得到补缩，从而形成了许多细小、分散的小孔，称为缩松。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷同时，由于分枝间隙与晶界是溶质富集区域，枝晶界面或夹杂正是气泡形核的有利部位，一旦气泡形核、生长，亦容易形成弥散性气孔，即析出气孔。这种气孔往往与缩松同时存在。因此，对内部质量及可靠性要求特别高的优质铸件，防止缩松时亦不可不重视金属液气体含量及其析出的影响铸造凝固温度范围宽的合金时，其铸件容易出现缩松。3.防止措施为防止缩松应合理改进铸件结构，改善型壳散热条件，合理设置浇胃口，适当降低浇注温度，避免铸件形成较宽的凝固区域；改进熔炼工艺，减少金属液含气量等；对具体铸件应具体分析。上一页下一页返回12.2孔洞类缺陷较大的薄壁件上有缩松时，因薄壁件凝固快，很难建立起较大的温度梯度，形成顺序凝固进行有效补缩。在这种情况下，防止缩松的主要方法是强化同时凝固，使铸件在较大面积上不形成最后凝固处。对铸件厚实部位有缩松时，可通过浇胃口设置使铸件达到顺序凝固，用胃口或浇注系统补缩厚实部分。对致密度要求高的零件，如液压件、容器件等高气密性铸件，或高温合金涡轮叶片等高力学性能零件，除按顺序凝固原则凝固外，要认真控制金属液含气量，排除夹杂物。对铝、铜合金铸件可采用差压铸造，使铸件在零点几个到几个兆帕下凝固，以保证组织致密。上一页返回12.3裂纹和变形12.3.1热裂1.特征铸件表面或内部产生不连续的、扭曲的、走向不规则的晶间裂纹，称为热裂，见图12-19。有时在裂纹断口处可看到晶粒形状，由于裂纹是在高温下产生的，裂纹表面被强烈氧化而变色。热裂是铸钢件，尤其是合金钢如ZG35CrMnSi铸件最常见和危险性最大的缺陷之一。根据裂纹的部位可分为外热裂和内热裂两种。外热裂是从铸件外表面开始逐渐向内延伸，有时可贯穿铸件整个断面。常发生在厚薄壁交接处，热节或拐角处，有时能用肉眼发现。下一页返回12.3裂纹和变形内热裂则产生在铸件内部最后凝固处，常在缩孔附近，裂口表面很不平滑，有很多分叉细小的外热裂须经磁粉探伤等物理探伤法才能检查出来。2.形成原因热裂是在一定温度范围内形成的一般是在合金固相线温度以上产生的，但该温度范围的上限是随合金种类、杂质含量、零件结构及冷却条件而异。在这温度范围内，合金本身处于“脆性”阶段，但因温度下降合金要收缩，当收缩受到型壳阻碍，甚至此时型壳还因被加热而膨胀，或铸件已有一定刚度的先凝固部分对收缩部位产生阻碍，局部形成收缩应力及塑性变形。若应力或塑性变形超过合金在该温度下的强度极限和伸长率，铸件就会发生热裂。上一页下一页返回12.3裂纹和变形3.防止措施影响熔模铸件热裂的因索很多，其中以合金特性、铸件结构和熔模铸造工艺的影响尤为显著。合金形成热裂的温度范围亦称为有效凝固温度范围。这温度范围越大，则形成热裂的倾向性也就越大。凡扩大有效凝固温度范围、削弱合金高温强度与伸长率的元索都会促进热裂，如钢中含硫、磷量增加，均促进热裂。铸件壁厚差大，连接处又为尖角则易在交接处产生热裂。有关合金特性、铸件结构对热裂的影响请参看铸造工艺学这里仅就熔模铸造工艺因索方面如何防止铸件热裂，讨论如下。上一页下一页返回12.3裂纹和变形（1）正确设计浇注系统浇注系统特别是内浇道位置对铸件凝固时的温度分布影响很大。通常熔模铸钢件内浇道设置在铸件厚实的热节处，这对热节处补缩固然有利，但加大了铸件厚实处与薄处的温差，增大了铸件热应力，使热裂倾向增大。另外，对于形状复杂、壁厚不均匀的铸件，因有较多孤立的热节，为保证补缩，往往需设置多个内浇道，浇注系统较复杂，造成铸件线收缩受阻，增加铸件产生热裂的倾向。为减少热裂倾向，在设置浇注系统时，既要考虑到铸件厚大部位的补缩，又要考虑件厚薄部分的热平衡，以减小热应力；应考虑到整个铸件线收缩的方向和收缩应力分布，减少铸件收缩应力；在金属液充填、补缩前提下，浇注系统形状力求简单，内浇道数量不宜过多，要特别注意内浇道间的铸件过热和浇注系统对铸件的线收缩阻碍。上一页下一页返回12.3裂纹和变形总之，要避免铸件最后凝固或热节处因线收缩受阻而产生拉应力；应将最后凝固部位分散，或将收缩应力分散作用于各部位，或将两者交错开，以减小铸件热裂倾向。（2）正确控制铸件冷却速度铸件冷却速度对热裂影响很复杂，对厚壁件和易产生热裂的铸件，提高冷却速度可以减小热裂倾向。但对个别强烈受阻收缩的壁厚均匀的薄壁件，冷却速度过高，收缩应力常使铸件在内浇道附近产生热裂。（3）正确选择型壳工厂经验表明，热膨胀系数小的耐火材料，如铝矾土、上店土（一种高岭石类熟料）所制型壳浇注后型壳甚至会收缩，使用这类型壳有利于减少铸件热裂。上一页下一页返回12.3裂纹和变形对防止铸件热裂而言，耐火材料高温下热膨胀性能比其高温强度、热导率影响还大。关键在于当铸件处于热裂温度范围时，型壳这时膨胀应小，如此时不膨胀，甚至收缩就能减少和防止热裂。12.3.2冷裂1.特征铸件上连续地直线状地穿过晶体的裂纹，称冷裂，见图12-20。冷裂常出现在铸件表面上，在铸件厚薄断面急剧过渡或尖角等应力集中处，严重时，冷裂会贯穿铸件整个断面。冷裂纹断口干净，有金属光泽，有时有轻微氧化，这说明裂纹是出现在较低温度时，称冷裂。2.形成原因上一页下一页返回12.3裂纹和变形冷裂是铸件该处铸造应力（热应力、相变应力、收缩应力）超过其合金材料强度极限而造成的。3.防止措施铸造应力与铸件结构、浇注系统和合金成分等有密切关系，凡增大铸造应力的因索都能促使冷裂。为防止冷裂应注意以下方面。①改进铸件结构，使壁厚均匀，必要时可增设加强筋。②合理设置浇注系统，避免铸件线收缩受阻，减少铸造应力。③控制钢水中C、Cr、Mn、P等含量。C、Cr、Mn等会降低钢的导热性和塑性，因此，这些元索含量高，冷裂倾向就增大磷使钢具有冷脆性。④钢液要充分脱氧，否则在晶粒边界上聚集较多的FeO、MnO等，氧化夹杂物使钢变脆。上一页下一页返回12.3裂纹和变形⑤对特殊合金成分件要改变其冷却速度，以防止冷裂。⑥在铸件清理、矫正时，要避免剧烈撞击。12.3.3铸件脆断1.特征铸钢件断裂，断面晶粒粗大，呈冰糖状，见图12-21。铸钢件脆断常出现在脱壳、机械加工和装配的过程中。2.形成原因熔炼时脱氧剂（铝）用量过高，或钢液中硫、硼含量过高，或钢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，使钢塑性和冲击韧度显著下降，从而导致铸件晶间脆性断裂。上一页下一页返回12.3裂纹和变形3.防止措施①严格控制脱氧剂（铝）的加入量，通常不得超过钢液重量的0.1%，且脱氧时应尽可能使铝在钢液中均匀分布。②用洁净的炉料，提高炉衬质量，以防止硫，硼及其他有害杂质混入钢液。钢液中含硼量一般不得超过0.005%。③严格熔炼工艺，防止钢液严重过热。12.3.4变形1.特征铸件铸态时的几何形状与图样不符，称为变形或铸态变形，见图12-22。上一页下一页返回12.3裂纹和变形根据铸件结构、形状不同，变形以不同形式出现：椭圆度、垂直度、平直度、同心度、挠曲以及分叉口尺寸不符等变形严重时会造成铸件报废。2.形成原因熔模铸件变形主要是熔模变形、型壳变形或铸件凝固冷却时变形造成的。（1）熔模变形取模用力不均，会造成熔模变形；熔模壁厚不均匀冷却时因温度分布不均，造成因热应力引起的变形；熔模存放时因温度过高，接近于模料软化点引起变形等。熔模变形在检验时一般可以发现，采用压型予变形、校正熔模等方法加以消除只要严格工艺和管理熔模变形一般不会造成铸件变形。上一页下一页返回12.3裂纹和变形（2）型壳变形型壳在焙烧、浇注时受自重或金属液压头作用，当型壳强度差时，就可能变形。硅溶胶、硅酸乙酯型壳高温强度大、抗变形能力强，型壳变形倾向小。水玻璃型壳高温强度小，易产生型壳变形。凡提高型壳强度的因索均能减小型壳变形倾向。影响型壳强度的因索已在第4、第5、第6章中介绍过。另外，型壳长时间处于高温状态也易变形。（3）铸件凝固冷却过程中发生的变形从铸件凝固后期冷却至室温的过程中，铸件线收缩受阻会引起收缩应力。收缩应力大而铸件结构刚性又不足，则会发生铸件扭曲变形。上一页下一页返回12.3裂纹和变形浇注系统设置、浇注工艺均对铸件冷却过程中的变形有影响。使铸件各处冷却均匀的措施，都有利于减少铸件变形倾向。总之，以上三种铸件变形原因中，后两种变形是在高温或高温冷却过程中发生的一般只有在造成铸件变形后才被发现，是生产中铸件变形产生的主要原因。此外，清理过程中操作不当也能产生铸件变形，这类变形应予以避免3.防止措施铸件变形常因铸件结构、形状、大小和铸造工艺而异。对具体铸件要找出其变形产生原因，采取相应的防止措施。①认真检验熔模一旦发现熔模变形应子报废，或采用校正措施。②如型壳变形，应采取各种措施提高型壳抗变形能力，防型壳变形。上一页下一页返回12.3裂纹和变形由于型壳高温强度越高，其抗变形能力就越强，故提高型壳高温强度的措施均有利防止型壳变形。对硅酸乙酯和硅溶胶型壳可提高其SiO2

含量、对型壳进行强化、选用高温抗变形能力强的耐火材料等；对硅溶胶型壳还应确保型壳干燥。对水玻璃型壳首先要保证水玻璃质量、涂料质量、耐火材料种类选择合理、硬化剂种类及硬化工艺合理等。另外，三种黏结剂型壳均可用增加层数来提高其强度和抗变形能力。③焙烧时型壳宜放一层，不应堆放多层，以减小型壳焙烧时所受的压重。④改善铸件结构，力求壁厚均匀，壁厚不均匀部分力求逐渐过渡，无应力集中处。对易变形部位可增设加强筋或工艺筋（即热处理后，可去除掉的拉筋）。上一页下一页返回12.3裂纹和变形⑤改进浇注系统的设置。改变内浇道位置，减小各处温差，并避免收缩时浇注系统与铸件发生相互牵制。⑥防止铸件冷却过快，使铸件各处温差太大，引起变形。为此，金属液浇注温度应合适，型壳温度要高，脱壳不可过早。⑦采用合理的热处理工艺，防热处理时铸件变形，即除防止铸件铸态变形外，还应注意到铸件的热处理变形。⑧避免铸件碰撞引起变形。上一页返回12.4其他缺陷12.4.1砂眼1.特征铸件表面或内部有充塞着砂粒的孔眼，称为砂眼，见图12-23。2.形成原因砂粒可能是操作不慎带到型壳型腔中的；或因型壳内表面质量不好，如局部酥松剥落；或模组焊接时有缝隙，涂料钻入缝隙，浇注时此处涂料被冲刷下来落入金属液中造成砂眼。3.防止措施①浇口棒应清洁，不黏有砂粒等杂物。②模组焊接处不应有缝隙或沟槽。下一页返回12.4其他缺陷③脱蜡前应将型壳浇口杯边缘修平、去掉散砂，最好在浇口杯边缘涂一层涂料，防止散砂掉入型腔。④采用翻边浇口杯，如图12-24所示，型壳制完后沿

A–A面切断型壳，这样浇口杯边缘为涂料不容易产生掉砂现象。⑤用热水脱蜡时，水温不可过高，防止沸腾造成将浇口杯边缘或水中砂粒卷入型腔。另外，应经常清除水中的砂粒。⑥型壳焙烧时应防止杂物掉入型壳。用油炉熔烧时，要防止火焰正对型壳浇口。⑦浇注前应仔细检查型壳内有无砂粒等，并用压缩空气吸出型壳中散砂。⑧严格控制制壳工艺，防止面层酥松、面层与加固层结合不牢，保证型壳表面有足够高的强度，能在金属液充型时不剥落。上一页下一页返回12.4其他缺陷⑨型壳脱蜡后的存放时间不应过长，以防止型壳内外表面析出笋状结晶，俗称“长毛”或“茸毛”，而使型腔工作面表面酥松、剥落。12.4.2渣孔1.特征铸件表面或内部有熔渣造成的孔洞，称渣孔，见图12-25。在清理时，将充塞于其中的熔渣除去，孔洞呈不规则形状，孔璧表面粗糙或光滑的孔穴，经腐蚀后孔壁呈黑色。2.形成原因渣孔是因金属液中渣滓未去除干净，或浇注时挡渣不良，或浇注系统设置不当，造成渣滓随金属液进入型腔造成的。上一页下一页返回12.4其他缺陷这类渣滓又称为一次渣钢和高温合金的一次渣的渣源主要是熔炼时的脱氧产物及表面氧化膜，及偶然落入的熔渣、耐火材料等。铝合金的一次渣主要是氧化皮渣孔还可能是浇注中，金属液与浇包衬或型壳材料等作用生成的二次渣造成的。3.防止措施熔炼方面应采取下列措施。①使用干净炉料；柑锅或炉衬应不和所熔炼金属发生化学反应，坩埚或炉衬要清理干净；严格执行熔炼操作规程，防止金属液氧化，注意造渣、扒渣；必要时在惰性气氛或真空下熔炼。②浇注时应注意：正确选择浇包包衬材料，防止金属液和浇包发生作用，二次造渣；金属液在浇包中应稍许停留，便于熔渣浮出；浇前应将浇包清理干净，或采用茶壶包、挡板式浇包以便除渣；上一页下一页返回12.4其他缺陷浇注过程中应尽可能降低浇包嘴到浇口杯的高度，防止金属液强烈冲击型壳和产生涡流现象；液流浇注时不能中断，以避免金属液氧化和带入渣滓；必要时可在惰性气体或真空中浇注。③改进浇注系统，采用过滤技术。国内大多数熔模厂家还未重视浇注系统挡渣问题，铸件夹杂缺陷较多。国外熔模铸造过滤体已商品化，常用氧化铝、氧化锆、氧化镁等材料烧成的陶瓷过滤体（网、筛）。12.4.3冷隔1.特征铸件上有未完全融合的缝隙，其交接的边缘是圆滑的，见图12-26。2.形成原因上一页下一页返回12.4其他缺陷冷隔是金属液充填型壳过程中，两股金属液流汇合时，因温度太低，造成相互不能融合在一起而形成的。3.防止措施①适当提高金属液浇注温度和型壳温度，增加金属液压头，防止浇注时断流及金属液氧化。②改进浇注系统设计，增加浇注系统横截面积，增加内浇道数量，或改变内浇道位置等以能快浇，缩短浇注时间。③熔炼时注意脱氧和除气，对氧化倾向高的金属液要防止二次氧化，以保证钢液的流动性。上一页下一页返回12.4其他缺陷12.4.4浇不到（欠铸）1.特征铸件局部未被充满，造成铸件“缺肉”，末端呈圆弧状，见图12-27。浇不到的铸件即为废品，2.形成原因铸件局部未被充满的原因为：浇注时金属液温度或型壳温度太低；浇注速度太慢；浇注时出现断流现象；直浇道高度不够，金属液静压头太小；铸件壁厚太薄，金属液流程过长；型壳透气性差，浇注时型壳发气，这些气体和型腔中原有气体来不及排出，在金属液最后充满处形成很大的气体反压力，阻碍金属液充满。上一页下一页返回12.4其他缺陷3.防止措施①适当提高金属液浇注温度和型壳温度。②浇注速度不可过慢，浇注过程中应避免液流中断。③正确设置浇注系统，保证足够压头高度，并尽可能缩短金属液流程。④对太薄的铸件，在允许情况下，可适当增加壁厚。对不能增厚壁厚的薄件，可采用离心浇注、低压浇注或真空吸铸。⑤型壳焙烧应充分，以保证透气性好，发气少。⑥必要时，可在铸件最高处设排气孔。12.4.5跑火1.特征上一页下一页返回12.4其他缺陷在铸件外表或内腔有形状不规则的多余金属，称跑火，见图12-28。细分起来将铸件外表有多余金属称跑火（图12-28（a）），将铸件内腔如内孔、凹槽内有多余金属称内腔跑火（图12-28（b）），也称“铁芯子”、“堵孔”等。2.形成原因跑火是因为所用型壳强度不够，或浇注时金属液对型壳冲击力过大，或型壳急冷、急热性差，或操作和运输过程不当型壳有裂纹在金属浇注时型壳开裂，液体顺裂口外流造成的。内腔跑火则是由于形成内孔和凹槽等处局部未涂上涂料，或涂料带气，或未撒上砂使该处型壳存在孔隙金属液浇注时，液体进入孔隙或穿透有缺陷的型壳而造成内腔跑火。上一页下一页返回12.4其他缺陷3.防止措施①根据铸件大小、形状等正确选择型壳种类。对于硅酸乙酯型壳为提高强度可提高水解液中SiO2含量，对型壳进行强化。对硅溶胶型壳可用提高硅溶胶中SiO2含量及确保型壳干燥、对型壳进行强化等措施以提高其强度。对水玻璃型壳要确保水玻璃质量（模数M、密度合适），涂料配比合理，硬化剂种类、硬化工艺、耐火材料种类选择合适，保证强度。另外，三种黏结剂型壳均可用增加层数来提高强度。②对水玻璃型壳用热水脱蜡时，水温不可太低，应在90℃

～95℃芯脱蜡时间不宜过长，一般件20～30min，大件不超过40min。脱蜡水中应加补充硬化剂对特殊铸件，若蜡料排出有困难，可增设排蜡孔。上一页下一页返回12.4其他缺陷③在运输和焙烧过程中应避免型壳碰撞。④合理设置浇注系统，适当降低浇注速度，降低浇包嘴到浇口杯距离，减少金属液对型壳的冲击。⑤防止型壳急冷、急热。⑥对有较小孔和凹槽的铸件，必要时可在此型壳的局部处采用黏度较低的涂料和撒细砂涂挂后要细心地用压缩空气吹去涂料中气泡，保证该处涂料挂上、均匀密实无孔隙。12.4.6表面脱碳1.特征熔模铸钢件表面有一层低碳层，它包括全部呈现铁索体组织的全脱碳层和含碳量较低的半脱碳层。上一页下一页返回12.4其他缺陷半脱碳层是指有珠光体或其他组织开始到钢应有的正常组织为止的厚度层，见图12-29。脱碳层的深度与铸件材质、大小、壁厚及生产工艺条件有关。在一般条件即非真空浇注条件下，很难制造出完全不脱碳的熔模铸件。一般总脱碳层深度在0.3～0.6mm，严重时达到0.7～0.9mm。普通碳索钢，低合金钢和一些不锈钢熔模铸件常发生表面脱碳缺陷。表面脱碳使铸件表面硬度不足，有淬火要求的铸件因低碳层而使淬火困难，并会降低铸件的抗疲劳及抗腐蚀的性能特别对薄壁件，表面脱碳对铸件的力学性能会造成更严重的不利影响。2.形成原因现在比较普遍的看法是：上一页下一页返回12.4其他缺陷空气中氧与钢液中的碳兀索和铸件冷却时形成的渗碳体、奥氏体中的碳发生反应，造成铸件表面脱碳反应如下：2C+O2=2COC+O2=CO2上述反应在高、中或低温区均有非常强烈的自发进行的趋势。当温度高于A1（Fe–Fe3C相图上发生共析反应723℃

的PSK水平线，即A1

线或A1

临界点）以上时，脱碳反应虽进行