消失模铸铁件夹杂类缺陷的防止

       消失模铸造是液态金属把泡沫实型模样气化，取代模样所占据的空间而凝固形成铸件，该工艺金属液充型过程比普通砂型铸造复杂的多，同时存在多种物理、化学反应，并直接影响铸件的内在质量，本文以生产轴瓦铁套为例，结合消失模铸造的工艺过程，分析夹渣、夹砂等夹杂类缺陷产生的原因和防治方法。 

      消失模铸造工艺过程是用泡沫塑料制作模样，烘干定型后粘接浇冒口，模样浸刷耐火涂料，干燥后模样组束放入专用抽气砂箱内，均匀地填埋并振实干砂，用塑料薄膜覆盖砂箱上口，浇注之前对砂箱抽真空形成负压，使砂子进一步紧固成铸型，浇注时金属液自浇口杯注入，泡沫模样受高温铁水作用迅速气化，产生的气体通过涂层和型砂的间隙被抽走，铁水取代模样形成铸件。消失模铸造同砂型铸造过程的根本区别在于省去了混砂、起模、修型、下芯、合箱等工序和由此产生的质量问题，可以得到表面光洁、尺寸精准的铸件，但消失模铸造工艺采用实型模样，浇注时边充型边气化，存在着复杂的物理、化学反应，如果工艺控制不当，就会产生铸造缺陷。夹杂缺陷主要分为夹渣和夹砂，它们产生的原因既有相似之处，又有不同特点，但对铸件的危害基本是一致的。下面分别分析两种缺陷产生的原因和防止的方法。 

      轴瓦铁套是工程车辆的关键部件，要求不能有任何气孔、夹渣等影响强度和渗漏的缺陷，其加工表面要占铸件的85%以上。初期，我们采用消失模工艺生产时，铸件毛坯加工后发现夹杂缺陷严重，废品率高达70%。正是通过此产品的生产攻关，逐步摸索了夹杂类缺陷产生的原因和防治方法。 

  

1 夹渣缺陷产生的原因及防止 

夹渣是夹杂缺陷的一种，又称渣眼。消失模铸件夹渣缺陷包括：铁液熔渣和模样残渣。铸件上二者一般都呈黑色，大小不一，形状很不规则，有块状、片状、线条状等。一般存在于铸件内部，多见于铸件上表面的皮下和拐角处。通常铸件外观良好，加工去除表面金属后才能发现，对生产和质量危害很大。 

  

1.1 金属熔渣缺陷的产生和防止 

熔化铁水时，或多或少要产生熔渣，特别是炉料锈蚀严重或采用铁屑熔炼时，会产生大量的金属熔渣。在浇注时熔渣很容易随着铁水进入型腔，留在铸件内部，凝固后就形成黑色夹渣。由于夹渣的密度比铁水小，一般要浮在铸件上面，铸件拐角处对熔渣有阻碍作用，熔渣上浮时易产生滞留，所以该部位也多见夹渣缺陷。消失模铸造是在负压条件下浇注，铁水充型时存在较强的附壁效应，即铁水优先沿着型壁填充，所以通常情况下，消失模铸件表面很少见到渣眼，夹渣多存在于铸件皮下。熔渣的主要成分是金属氧化物、碳化物等，铁水熔渣是消失模铸件夹渣的主要来源。根据夹渣产生的原因及易产生的部位，结合消失模铸造金属充型的特点，制定防止铸件铁水熔渣的主要措施如下： 

（1）加强扒渣和档渣工作：在出炉前，铁水表面撒聚渣剂并进行扒渣，使倒入浇包内的铁水表面渣子尽可能少，铁水包液面上撒盖聚渣剂并镇静2～3min，让熔渣上浮聚合，然后充分扒净渣子再浇注。 

（2）采用茶壶包浇注：浇注时将铁水包壶嘴出铁口内的渣子扒出，包口吹扫干净，接下来在浇注中就不会有渣子流出，从而最大限度地减少浇注进渣的可能性，这是最好的档渣方法，要特别关注浇包的打结质量，不能造成包衬材料掉落进入铸件。

（3）设置底注式浇道和聚渣冒口：底注式浇道能使铁水自下而上平稳充型，有利于泡沫模样的充分有序气化和渣子的上浮，铸件顶部设置聚渣冒口，便于渣子的收集和去除。对于重要的铸件采用底注浇道并设置聚渣冒口是非常必要的工艺手段。 

（4）采用过滤网：过滤网对细小的熔渣都有很好的过滤作用，特别是浇注初期效果明显，但常发生在浇注后期过滤网被烧穿，使档渣失败，要求过滤网有足够的耐火度和抗冲刷性。如果能够控制洁净的铁水，就没必要采用过滤网；如果铁流中夹渣多，即使采用过滤网也要失败。 

  

1.2 模样残渣缺陷的产生和防止 

      消失模铸造在浇注时，泡沫塑料模样与高温铁液发生强烈的物理化学反应，其中以泡沫模样剧烈的热解气化为主，产生的气体被真空泵抽走。实践也证明，任何泡沫塑料热解反应后并不能全部气化，最终要产生微量的固态残余物，俗称残渣，其主要成分为碳。铁水充型时固态残余物如不能及时排出，就会残留在铸件内部，形成消失模特有的黑色块状夹渣。模样残渣形成的部位同金属熔渣基本相同，有时两种夹渣会同时交错出现，由于颜色相似很难分辨。消失模固态残余物的多少，同泡沫模样的密度、粘接胶用量、涂料和型砂的透气性、浇注温度等工艺因素有关。根据模样夹渣产生的原因和易形成的部位，制定防止铸件产生残渣缺陷的措施如下： 

     （1）控制泡沫模样的密度：模样密度越低，热解气化反应越迅速、固态残余物越少，越有利于铸件的浇注成型，减少铸件产生夹渣的机会。一般情况下，要求EPS模样密度控制在18～23 g/cm3，如果模样本身不易变形，外观成型良好，尽可能将密度控制在下限。

    （2）减少粘结胶的用量：粘接模样和浇口要使用粘结胶，各种胶的发气量和残留物量，远大于泡沫塑料本身。粘接模样和浇冒口时，要做到尽可能少用胶，对于减少夹渣提高质量有利。但须保证具有足够的粘结强度。 

    （3）适当提高浇注温度：铁水温度提高，有利于模样的充分气化分解，减少残渣量，但提高浇注温度应以防止铸件粘砂为前提。 

    （4）使用空心浇道：空心浇道有利于铁水的顺利充型，并最大限度减少发气和残渣，采用空心浇道有困难时，选用泡沫板材切割浇道，也要尽可能选择低密度板材，密度在14～18g/cm3，在实际生产中往往忽视浇道模样的密度。     （5）采用底注式浇注系统：底注式浇道铁水自下而上充型，模样自下而上有序气化分解，有利于热解产物排出和上浮。顶注浇口，铁水充型紊乱，容易卷挟泡沫形成夹渣。 

    （6）设置排渣冒口：在铸件顶部设置聚渣小冒口，可让产生的残渣上浮并汇集在冒口内。对于重要的铸件，设置排渣冒口掌握的原则是，多而小，分散而均匀。在实际生产中，结合铸件产生夹渣的部位，应有目的的设置聚渣冒口。 

  

2 夹砂缺陷产生及防止 

2.1 夹砂缺陷产生的原因 

     夹砂是铸件夹杂类缺陷的另一种主要形式，主要是型砂随浇注的铁水进入型腔而滞留在铸件内部形成的。夹砂与夹渣的外观区别在于：机加工后夹砂为白色颗粒状，大小同砂粒，多见于铸件浇注位置的上表面皮下。夹砂的主要成分为SiO2，如浇注时涂层被冲破，涂料连同型砂混入铁水进入铸件不排出而形成夹砂。由于夹砂是铁水流动中冲破型壁带入型砂所致，边浇注边冲刷带入，因而铸件的其它部位往往也能看到夹砂。相比之下，铁水熔渣一般在浇注初期进入铸型，其分布

相对集中，而夹砂分布相对分散。同采用传统砂型铸造相比，消失模采用干砂造型，夹砂缺陷一般为分散分布的粒状，很少为块状。模样粘结胶缝不严密、浇注系统存在尖角、涂层太薄、局部漏涂、涂料强度低等是造成夹砂缺陷的主要原因。另外，浇口杯与直浇道顶口接触的部位，如密封不严，干砂很容易从此处进入直浇道随铁水进入型腔形成夹砂。需要说明的是，夹砂的形成不仅仅是造型用砂，涂料、聚渣剂、浇口杯打结料进入型腔形成的缺陷，一般也称为夹砂。 

  

2.2 防止夹砂缺陷的措施 

（1）保证涂层连续、均匀、完整：根据我国消失模铸造原材料、工艺和负压浇注的实际情况，小型铸件涂层厚度一般控制在1～2mm为宜。浇注系统由于铁水冲刷时间长、冲力大，浇道涂层一般要厚于铸件涂层，实际操作时可加厚一遍。控制整个涂层不开裂、不破损、不漏白。 

（2）提高模样粘接质量：模样与浇道粘结缝要严密，不存在开口和缝隙，防止涂料渗入接缝中。模样与浇道连接处要圆滑过渡，避免浇道与模样粘结部位存在尖角，造成浇注冲砂。 

（3）提高涂料强度：合适的涂料强度有利于抵抗铁水冲刷，涂料配比中，耐火粘结剂与有机粘结剂合理搭配，使涂层具备良好的综合强度，增强耐高温冲刷能力。膨润土、硅溶胶、水玻璃等无机粘结剂有利于保持涂料高温强度。 

（4）使用专用浇口杯和密封泥：干砂造型需要用塑料薄膜密封砂箱上口，将泡沫直浇道上端覆盖于塑料薄膜之下。其上面需要放置或架设浇口杯，如为架设浇口杯其出铁口要有一定的直段使铁流呈圆柱下落，架设时要与泡沫直浇道中心对正；如为放置浇口杯其下面用耐火泥条与塑料薄膜结合严密，两种情况下都要掌握浇杯出口小于直浇道，防止高温金属液散流将干砂冲入铸件。