消失模铸造铝合金铸件常见铸造缺陷的探讨

谢圣贺

（同煤集团机电装备公司中央机厂， 山西 大同 037001）

引言

我国的消失模铸件目前主体是铸铁、铸钢等合金，有色合金的占比十分少，而铝合金优点众多，被广泛应用于生活生产，特别是在汽车产业中需求量十分大，对其性能要求也越来越高，尤其是复杂薄壁铝合金消失模铸件得到了广泛的关注，所以对铝合金消失模铸造缺陷和技术方面展开研究十分必要，然而鉴于铝合金消失模铸造合格率长期处于较低水平，许多技术难题尚未攻克，仍需要广大铸造工作者不断深入研究，在此，本文浅析了铝合金消失模铸造几种常见的缺陷并提出了解决方案。

1 铝合金消失模铸造基本情况

不同于砂型铸造和金属型铸造，铝合金消失模铸造在技术层面上有很大的不同，以干砂填充和保温涂层为铸造的主要手段。熔化和浇筑温度在铸造过程中十分重要，只有保证温度足够高，才能达到使泡沫模具液化和气化的目的，进一步促进金属液体的填充。然而，如果浇筑温度过高或者过低，就会造成铝液严重吸氧，当温度逐渐下降时会释放出来更多的氢，在合金模件表面形成弥散的针孔和渣孔。在这种情况下，所浇筑的比如发动机内壁、复杂性零部件等铝合金零件的缺陷率大幅升高。由于铝密度小的缘故，为外部气体的进入提供可乘之机，铝液和泡沫发生反应后产生的气孔在液体流停止流动的情况下会改变为气孔，这就增大了填砂不足、粘砂和变形等缺陷的发生率。需要知道的是，铸造的部件缺陷并非千篇一律，而是伴随着部件结构、质量等因素的不同而不同。一般而言，零件的大小会影响到质量高低，大零件和展开面积大的零件由于铸造难度小产生缺陷较少。除此之外，各种缺陷解决的难易程度不尽相同，一般来说，渗漏和针孔气孔这样的缺陷相对好解决，因为针孔一般是均匀分布的，而气孔也相对均匀，一般集中在表面。而浇注不足、皱皮、变形等缺陷就相对较严重，尤其是复杂性零件，一旦出现这些问题就很难解决。最难解决的是珠状表面或者收缩等缺陷[1]。

2 铝合金消失模铸造的常见缺陷

消失模铸造技术被称为“21 世纪的铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”，这自然是极大的赞誉，但任何事物都不是单面的，都是一把双刃剑。消失模铸造优点固然多，但在生产过程中产生较多的缺陷，造成残次品较多的情况也是常有且难以避免的。就铝合金消失模铸造来说，除了一般消失模铸造易产生的缺陷外，结合铝合金的特点，还会产生一些典型的区别于其他合金消失模铸造的特点，在此将对铝合金消失模铸造的典型缺陷进行陈述，其他在消失模铸造过程中通有的缺陷将不再累述。

2.1 浇不足、冷隔

浇不足和冷隔是消失模铸造中经常出现的缺陷，特别是对铝合金薄壁复杂件进行消失模铸造时这类缺陷更加明显。产生这类缺陷的主要原因归结到一点就是，金属液在充型过程中流动性不好。导致金属液流动性差的原因具体说来主要有两点：一是背压。在充型过程中泡沫模型吸热分解产生大量气体对金属液充型造成阻碍，降低了金属液的流动性。二是金属液前沿温度降低。与铸铁等铸造方式相比，铝合金消失模铸造有一个突出特点，就是温度较低。而且在浇筑过程中模型的气化进一步减少了热量，温度更低，就更容易产生浇不足和冷隔等缺陷[2]。

2.2 针孔

针孔的产生也是我国铝合金消失模铸造过程中非常顽强且不易规避的技术缺陷之一。其产生主要是由于金属液裹气引起的。具体原因有两方面：一是铝合金的浇注温度高达750～780 ℃，较普通空腔浇注高很多，温度如此之高，加上消失模铸造采用干砂造型，冷却速度较慢，金属液凝固时间变长，倾向糊状凝固，冷却时易析出氢气形成分散性针孔（常伴随有渣）。此外，如果没有严格遵循生产工艺的基本要求进行操作，产生诸如浇注温度过高或过低；没有对带有有机质、铝锈等杂物的回炉料充分预热；铝液精炼不足等等问题，也会容易产生针孔。

2.3 缩孔、缩松

铝合金消失模铸造的过程中，还需要关注的一点是冒口的设计，如果铝合金消失模铸造其冒口处的金属液温度、压力偏低，较铸钢、铸铁件消失模铸造来说更易产生缩孔、缩松类缺陷。

2.4 表面碳缺陷（皱皮）

表面碳缺陷又称为皱皮，其主因多半是铸造过程中产生了聚苯乙烯分解产物。聚苯乙烯在不同温度条件下呈现出不同状态，一旦温度低于750 ℃，就会变成类似沥青的液体状态，这些液体易于吸收，通常情况下被吸收后会产生一层薄膜，吸附在液体与涂层中间，进一步生成结晶碳，这就导致了碳缺陷的产生。倘若希望降低缺陷率，就应当在控制环节更加严格，做好预先处理与事后补救措施。同时，需要严格把控原材料的质量，包括所用的涂料与泡沫模板，浇注过程中严格按照科学合理的工艺流程进行，做好每一个生产关键环节，对浇筑温度、涂料金属液的质量、生产速度都加以严格把控。

2.5 表面凹凸现象

表面凹凸现象也是消失模铸造过程中较为常见的缺陷之一，它的成因多半是模板上排气塞的不平坦和模具表面存在缺陷。这种缺陷是在生产前就可以发现的，属于先天性缺陷。对于这类缺陷，我们的防止措施更加简单，可以在生产前，就对模具模板进行定期检查管理维修，筛选掉不合格的模具模板，一旦出现小问题，积极进行处理。在模具的采购环节，尽量选择有品质保障的生产厂家，确保模具模板质量过硬，这样才能生产出好的消失模部件。

2.6 其他

铝合金消失模铸造易产生的缺陷还有：粘砂、结瘤、塌砂、表面孔洞、珠粒表面等等，他们的成因各异，解决方式也比较繁琐，在此不多加赘述。

3 常采用的控制措施

针对铝合金消失模铸造过程中常出现的缺陷，在实际生产中已经广泛采用如下措施来消除这些缺陷，在此将对几种典型的工艺进行介绍。

3.1 精炼铝合金

铝合金液在充型过程中与泡沫模型发生物理化学反应及能量传递，这些都要求铝合金液更加洁净。铝合金液经过精炼，可以达到除气、除渣的目的，能有效减少铸件缺陷。

3.2 适当提高浇注温度

浇铸温度与金属液的流动性关系非常大，通过提高浇铸温度可以大大增加金属液的流动性，减少一些缺陷产生，但也不能采用过高的温度。一方面，随着温度的升高，泡沫模型分解产生的气体也越多，背压增大。另一方面，过高的温度会导致铝合金液吸收更多的气体，增大部件产生气孔和氧化夹渣等缺陷的概率。

3.3 控制好涂料

涂料是生产的重要原料之一，涂料的质量以及涂抹比例对于消失模铸造部件的质量有些非常大的影响。为了保证部件的基本质量，涂料应选择质量过硬的，同时需要均匀致密地涂抹在模具表面，确保性能良好。

3.4 合理设置泡沫模样

合理的泡沫模样主要包括模样密度、珠粒熔合和几何结构。高密度的模样在充型过程中会吸收更多的热量，对金属液前沿的激冷效果更加明显，而且会产生更多的气体，增大背压。低度的熔合，颗粒间气孔体积大，提高了整个模样的气孔率，使金属液流动更加畅通。几何结构越复杂、壁越薄、拐弯越多越易产生浇不足冷隔。

3.5 加压

压力大小对于铸造质量也有一定的影响。如果增大部件所承受的压力，会产生比较多的好处，例如提高金属液体的塑型能力，增加部件的致密性，有效减少表面凹凸不平问题，从而大幅改进产品质量。

3.6 施加机械振动

除上述方法之外，还可以采用增加振动的方法减少缺陷，振动主要增加在模型凝固期间，好处是可以增加铸件的内核凝聚，使得其质量细化，组织结构更加优越。此种方法易于操作，成本也低，环境友好程度高，因此被大量采用[3]。

4 结语

为了提高我国铝合金消失模铸造水平，广大的铸造工作者正在不断研究改进工艺以控制缺陷的发生。但就目前来说进展还是很缓慢，许多技术难题还未攻克，像铝合金消失模压力凝固技术、振动技术依然没有太大突破。在此，笔者认为当前应大力研究以下方面：一是努力提高泡沫模型的质量，二是深入开展涂料和造型砂的研究，三是加深对铝合金的精炼；四是深入研究压力凝固技术与振动技术。相信经过广大铸造工作者辛勤的努力，定能将我国铝合金消失模铸造技术推上一个新的高度。