浅谈消失模铸造铸钢件常见缺陷及防治措施

高成勋，刘伟明

（四川省崇州市鑫晟机械制造厂，四川崇州市 611230）

浅谈消失模铸造铸钢件常见缺陷及防治措施

高成勋，刘伟明

（四川省崇州市鑫晟机械制造厂，四川崇州市 611230）

分析消失模铸造铸钢件生产中易出现的铸造缺陷产生的原因，结合实践经验，总结缺陷防止措施。关键词：消失模铸造；铸钢件；铸造缺陷

消失模铸造自1956年由美国人发明以来,到上世纪80年代已发展到相当的规模,并已成功地应用于生产。从单件小批量大件生产发展到大批量小件流水线生产,从简单非加工件生产到复杂加工件的生产，以美国、意大利、德国、日本等国工业化生产较具代表性。到上世纪90年代,汽车铸件采用消失模铸造方法已逐步发展起来。到目前为止,我国已有1000余家工厂采用消失模铸造工艺，但多数是规模较小的单件小批量铸件生产。国内目前消失模铸造技术还处在技术成熟阶段，铸造特点和规律还有待深入认识，尤其是金属液的充型特性、涂料性质、模样的热解特性等的理论研究还未完全掌握，导致铸件容易产生一些难以克服的缺陷，如浇注时塌箱，铸件增碳、夹砂和粘砂，铸件变形，浇注后涂料难以从铸件脱落等等。2009年有几家铸钢厂采用我公司消失模铸造设备生产碳钢铸件，经过双方的共同努力解决了试生产初期铸件增碳、气孔、夹渣和反喷等缺陷，使生产得到正常运行，产品质量稳步提高。本文就消失模铸造在铸钢件生产上的应用所出现的常见缺陷进行探讨，以供同行参考。

1 增碳缺陷

消失模铸钢件容易产生增碳缺陷（如图1），目前我国还没有很好的方法能彻底解决该缺陷。产生增碳缺陷的主要原因：泡沫模样材料主要是由碳和氢组成，在高温钢液下急剧分解，产生氢气和游离碳，由于氢与氧的亲和能力较碳强，高温分解的氢先与模样缝隙间的氧气结合为水蒸汽排出，而分解出的大量游离碳残留在铸型中，与钢液的表面浸腐，从而产生铸件表面渗碳、增碳现象。据有关文献及试验发现增碳存在一定的规律性，即增碳主要出现在铸件表面，心部几乎不增碳；内浇口附近不增碳，而离内浇口越远增碳越严重。针对增碳的机理，采取如下措施，可基本控制铸件含碳量在工艺要求范围内。

（1）选用优质泡沫塑料 泡沫塑料的质量优劣直接影响浇注过程中模样气化速度及裂解产物形态。高质量的泡沫塑料含碳量低，分子量大，在保证泡沫模样强度下密度低，两者兼顾，选用发气少、含碳低的原始珠粒是消失模生产铸钢件的首选材料，也是目前解决铸钢增碳问题的最有效途径。

（2）选择合理的浇注工艺 消失模铸造浇注工艺的设计要能加速模料的气化，减少及错开分解产物中液相和固相与钢液的接触和反应时间，减少或避免铸钢件渗碳。主要包括控制浇注温度和浇注速度，良好的涂层透气性及干砂铸型透气性，合适的型壁负压度，防渗碳涂料的使用等等。

（3）利用离内浇口越远增碳越严重的特点，在离内浇口最远端或在铸件的最高点设置冒口，使先进入铸型型腔的增碳污染严重的钢液进入冒口内，铸件本体获得较纯净的钢液。

2 气孔缺陷

根据产生的原因，将消失模铸造铸钢件产生的气孔分为以下四类：

（1）泡沫模样裂解产物卷入金属液中产生的气孔

浇注充型过程中产生紊流，或气化过程中，部分模样被金属液体包围并裂解，产生的气体不能从金属液中排出，就会形成气孔。这种气孔大而多，并且内表面有碳黑。防止措施:改进工艺，使钢液平稳充型，不出现紊流；提高浇注温度，提高负压度（如果产生紊流引起气孔，降低负压度）；提高涂层和型砂透气性。

（2）泡沫模样、涂料干燥不佳引起的气孔

泡沫模样、涂层干燥不良或泡沫模样内发泡剂含量过高时，浇注时会产生大量气体而引起气孔。防止措施:充分干燥泡沫模样（按模料发泡制模工艺特性操作）；涂层必须干透，严格控制发泡剂添加量。

（3）模样粘合剂过多引起气孔

模样粘结剂发起量大，过多使用，气化慢，易使气体卷入钢液形成气孔。

防止措施:选用低发气的模型粘结剂；在保证粘牢前提下，用粘胶量越少越好。

（4）浇注时卷入空气形成气孔

浇注时直浇道不充满，易卷入空气，这些气体若不能及时排出，易引起气孔。防止措施:通过设计合理浇注系统，充型时金属液流动平稳，不卷气；采用封闭式浇注系统浇注时，保持浇口杯内有一定量的金属液，以保证直浇道处于充满状态；采用空心的直浇道模，减少发气量，有利于防止产生气孔。

（5）钢液熔炼质量问题引起的气孔

碳钢熔炼过程中含有气体，需要进行预脱氧处理和终脱氧处理，如果脱氧不充分就会在钢液内残留氧气，形成气孔。防止措施：熔炼过程中，严格遵循熔炼工艺，浇注前进行脱氧处理，净化钢液。气孔缺陷如图2所示。

3 夹渣缺陷

夹渣缺陷是指干砂粒、涂料及其他夹杂物在浇注过程中随着铁液进入铸件而形成的缺陷。在机加工后的铸件表面上，可看到白色或黑灰色的夹杂物斑点，单个或成片分布,白色为石英砂颗粒，黑灰色为渣、涂料、泡沫模样热解后残留物和其他夹杂（图3）。夹渣缺陷是消失模铸造生产中较为常见的一种缺陷。消失模铸件冷却出箱后，根据铸件及浇注系统表面状况，即可以判定有没有进砂和夹渣缺陷。经过生产实践中长期观察，如果浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和浇口表面或连接处以及铸件表面粘砂严重或有裂纹状粘砂存在，则从浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道至铸件，所有部位都有可能造成进砂，特别是直浇道封闭不严密等因素是造成进砂和夹渣缺陷的最主要原因。工艺参数的选择，如浇注系统净压头大小、浇注温度高低、负压度大小、干砂粒度以及模样运输过程及装箱操作情况等因素，都对铸件夹渣和进砂缺陷有很大影响。克服夹渣缺陷是一个系统工程，只有在这些环节采取系统的措施、精心操作，才能把铸件的夹渣缺陷减少和基本消除，获得优质铸件。夹渣缺陷是消失模铸造生产的一大难题，有以下几点防止措施。

（1）选用综合性能良好的涂料

所选用的铸钢涂料除了一般要求的性能外，还要求具有高强度，高耐火度，良好爆热抗裂性、涂挂性、悬浮性、不流淌性等一系列性能。防止夹渣缺陷首先要求涂料具有高的强度和耐火性能。要求涂挂于白模表面的涂料层在烘干和运输过程中不开裂，即涂料应具有足够的室温强度；浇注过程中，在高温金属的长时间冲刷作用下涂料层不脱落、不开裂，就有良好的高温强度。在钢液进入铸型时直浇口封闭严密，铸件和浇注系统表面的涂料层不脱落、不开裂是防止夹渣缺陷的首要条件

（2）规范装箱操作

装箱时，模样组放置于砂箱底砂上时应平稳，不允许悬空放置时即开始撒砂震动造型，以避免震裂涂料层。不要正对模样猛烈加砂，应先采用柔性加砂，防止料层破裂，要严密封闭直浇口以免进砂。整个装箱、造型操作过程要非常仔细小心，一定要保证浇注前模样组涂料层没有任何脱落、开裂和裂纹，浇注前应再次确认浇口杯无浮砂、尘土和杂物。

（3）合理设定浇注压头、温度和时间

浇注时压头越高对浇注系统和铸型的冲刷越大，冲坏涂料造成进砂的可能性也越大，对不同大小的铸件压头要有所不同。要选择容量合适的浇包，浇包要尽可能降低浇注高度，包嘴尽量靠近浇口杯，应避免用大包浇小件。浇注温度越高，就越容易产生粘砂夹渣等缺陷，对涂料性能要求就越高，因此应选择合适的浇注温度。

（4）合理确定负压大小

消失模铸造的浇注过程一般都是在真空条件下进行的，负压的作用是紧实干砂、加快排气、提高充型能力。负压度的大小对铸件质量有很大影响，过大的负压度使金属液流经开裂、裂纹处时吸入干砂和夹杂物的可能性增加，也使铸件的粘砂缺陷增加。负压度过大，充型速度过快，增加了金属对浇道和铸型的冲刷强度，易使涂料脱落进入金属，也容易冲坏涂料层造成进砂。对于铸钢件，合适的负压度一般0.045～0.055MPa。

（5）设置挡渣、撇渣和集渣冒口

浇注系统设计时，应考虑设置挡渣、撇渣功能，同时铸件上设置集渣冒口有助于改善进砂和夹渣缺陷。

（6）采用钢液净化技术

钢液熔炼必须注意净化问题，这是消失模铸造的关键技术之一。包括从钢液熔炼、过热、脱氧直至浇入铸型的全过程均要考虑净化问题。

4 反喷

浇注过程中，由于模样热分解发出气体量过大，又不能及时排除，使得型腔内气压急剧上升，易引起喷火或喷金属液，导致铸件报废。防止方法有:

（1）EPS模样密度控制在 0.018～0.022g/cm3，模样要干燥，上涂料后要干燥，减少水分含量和发气量。

（2）选用透气性好的涂料，调整好涂层厚度（0.5～1.0mm为宜）以便模样裂解后气体及时逸出。

（3）控制干砂透气性和粒度，切忌不同粒度干砂混用，降低透气性。砂箱设计要科学、合理、适用。控制负压度（真空泵吸气），使模样在真空缺氧条件下发生气化，而很少燃烧，降低发气量。

（4）控制浇注温度和浇注速度，以钢液的热量来保证模样气化，同时在模样大量生产气体时控制浇注速度，以免浇注速度过快，促使裂解气体大量迸发。

（5）设计合理的浇注系统，保证金属液平稳、平衡、迅速地充满铸型模样，以保证模样裂解气体逸出型腔之外而被排出去。

5 小结

消失模铸钢在我国消失模铸造行业中处于初期开发阶段，且具有较大发展空间，只要采取有效的生产控制管理，并严格控制好铸件的熔炼过程，尽量降低和消除浇注过程增碳的工艺条件，针对存在的问题，结合实际生产条件，严格控制工艺中的每道工序，防止铸造缺陷的产生，即可生产出完全合格铸钢件产品。

Brief Discussion About Corresponding Prevention Measures from Defects in Steel Castings with Full Mold Casting

GAO ChenXun,LIU WeiMing
（Sichuan Chongzhou City Xing Cheng Machinery Manufacturer,Chongzhou 611230,Sichuan China）

Causes for foundry defects easy produced in steel castings with full mold casting have been analysed with summary of provention measures from such defects,combined with practical experience.

Full mold casting；Steel castings；Foundry defect

TG249.6;

A；

1006－9658（2011）03－3

2010－12－02

2010－181

高成勋（1968-），男，工程师，主要从事熔模铸造﹑树脂砂铸造﹑铁型覆砂铸造﹑消失模铸造﹑V法铸造的工艺设计和技术服务以及生产线的制造安装调试