1、消失模铸件缺陷分析一、消失模铸造简介 1.1 消失模铸造简介 消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。二、消失模铸造的工艺过程 2.1 消失模铸造的工艺过程 消失模铸造生产的基本工艺流程要求如下： 制作泡沫塑料模样挂涂料模样干燥造型 入库检验 铸件清理 浇注 振动埋砂三、消失模铸造对铸件性能的影响 3.1 消失模铸造对铸件性能的影响 消失模铸造（对于干砂实型铸造）由于其工艺特点： 金属液的浇注温度为了分解，裂解EPS或EPMM
2、A模料而提高3050C，5070C不等，摸样表面涂挂涂料，涂料种类随不同铸件而异，铸型采用干砂有石英砂、镁橄榄石砂、白云石砂、镁砂等，以三维振实造型振实，真空泵抽气负压下浇注，型砂粒度（目数常用20/40,40/70）而影响铸型紧实度，由于采用干砂，尽管不同种类干砂热容量（比热）有差异，但铸型的冷却速度均比砂型铸造为慢，对灰铸铁而言，出现白口倾向较少；对球墨铸铁而言，干砂铸型刚度抑制其凝固冷却时膨胀的作用不及金属型的强力；对于铸钢件不仅增碳，而且由于浇注工艺不同，在不同部位出现的增碳量不同，成分不均匀，组织上有差别， 基体组织珠光体量不均，铸件组织性能也不均匀，通过热处理调整后能达到铸件的技术
3、指标要求；对于铝合金由于在消失模铸造工艺下浇注因其充型能力差，冷却速度慢，往往会产生严重针孔、气孔，晶粒粗大、气密性差。四、消失模铸件缺陷分析 4.1 铸铁件表面皱皮（皱皮) 考虑和设计消失模铸件浇注工艺时，使浇注速度加快，但常常仍会出现铸件表面有厚薄不同的皱纹（也叫皱皮），有波纹状、滴瘤状、冷隔状，还将有渣状或夹气夹杂状等。皱皮缺陷的出现，严重影响了铸件的表面质量，皱皮0.11.0，甚者可达10及10，从而导致铸件报废，这种缺陷往往是铸铁液最后流到或液流的“冷 端”部分，对于大件则出现在上部，中小薄壁件往往呈现在侧面或铸件的死角部位，这与浇注系统工艺有关。 4.1.1 产生原因 当13501
4、420C铁液注入型内时，EPS或EPMMA料模急剧分解，经过反应当中往往会出现一种粘稠的沥青状液体，这种液体分解物残留在涂层内侧，一部分被涂层吸收，一部分在铸件与涂层之间形成薄膜，这层薄膜在还原（CO）气氛下形成细片状或皮屑状、波纹状的残炭及光亮碳，此种密度较低的光亮碳与铁液的润湿性很差，因此在铸件表面形成碳沉积（皱皮）。 4.1.2 影响因素 泡沫塑料 模料EPS比EPMMA、StMMA更容易形成皱皮，因为EPS含碳量最高，达到92%。 铸件材料成分影响 含碳量低的铸铁件（合金铸铁），摸样分解产物中的碳可以部分溶解其中，不易产生皱皮；含碳量高的铸铁（球铁）最易形成皱皮缺陷。 铸件结构影响 铸
5、件的体积与面积之比（模数）越小，越有利于模样热解产物排除，皱皮缺陷产生倾向越小。 浇注温度影响 浇注温度越高，模样分解越彻底，皱皮缺陷产生倾向越小。 涂料层及型砂透气性影响 涂料层及型砂透气性越高，越有利于模样热分解产物的排出，减少形成皱皮倾向。 工艺配合影响 控制铁液的浇注温度，有铸件大小，控制浇注速度，都能有效减少皱皮倾向。 4.1.3 防止措施 采用低密度EPS或EPMMA作模样材料 设计合理的浇冒口系统 提高浇注温度和浇注速度 提高涂层透气性 其他工艺因素5.1 铸钢件增碳 用消失模铸造工艺生产铸钢件其表面或局部表面碳的含量会增加，比逐渐含碳量的要求要高，称为增碳或渗碳缺陷。 铸件表面
6、渗碳往往很不均匀，从而使表面硬度产生差异，甚至基体组织也不同，随着渗碳量的增多，表面扩大，随之珠光体量也增加，使铸件加工性能、力学性能变差，影响了铸件的表面质量，甚至使用性能。 5.1.1 形成原因 泡沫塑料模料EPS在高温钢液作用下发生分解、裂解，其产物又与钢液作用，同时在涂料和干型砂的作用 下是一个复杂的物理化学冶金反应过程，从而增碳。 在铸钢件的高温浇注温度1550C作用下，EPS分解产物中游离碳很多，在浇注过程中，其产物部分被真空泵吸引而排出型外，部分仍积聚在涂料层和钢液间，当铸件本身含炭量低时，分解产物中碳将扩散到铸钢件中造成渗碳。 铸钢件的含碳量高低直接影响着其渗碳量，含碳量越低的
7、低碳钢，其渗碳趋势就越大，渗碳量越多；反之，就越小，渗碳主要出现在低中碳铸钢中。 5.1.2 防治措施 选用低密度模料 采用EPS时模样密度控制在 0.0160.025g/，改用低碳模料EPS（C8H8）改为EPMMA（C5H8），这样减少模样的含碳量。也可以采用空心结构的模样和空心结构浇注系统。 选择合理浇注工艺 铸型及浇注工艺设计要能加速模料气化，减少及错开其分解产物中液相和固相接触和反应时间，可减少或避免钢件渗碳。 1） 适宜的浇注温度和浇注速度，浇注系统的开设决定着钢液流向和速度；浇注温度提高，浇注速度也提高，模料分解加快，不易完全气化，产物中液相量也增加，同时，钢液与模样的间隙减少，
8、液相分解物常被挤出间隙，挤到涂层和金属业之间，造成接触面增加，碳浓度增加， 这些区域渗碳量就增加。 2）在模样中加入添加剂（脱碳剂）防止铸钢件渗碳。 3）提高涂层或干砂铸型的透气性，其透气性越好，模料分解的产物逸出越快，从而降低了钢液和模样的间隙中分解物浓度和接触时间。 4）使用防渗碳涂料。 5）采用精塑模符合铸造工艺。6.1 气孔 消失模裂解时的发气过程，其气体进入铸件而产生气孔。充型过程中，产生紊流，或顶注、侧注情况下，部分模样被金属液体包围后进行裂解，产生的气体不能从金属中排出，就会产生气孔，此种气孔大而多且伴有炭黑。 防治措施：改进工艺，使浇注充型过程中逐层置换，不出现紊流，提高浇注温
9、度；提高涂层和砂型透气性。 模样、涂料层干燥不良引起气孔。模样含有水分、涂料干燥不良或发泡剂含量过高，浇注时回产生大量气体极易产生反喷，此种情况下最易产生气孔；若涂层烘干不够，水分含量偏多，此时极易形成侵入性气孔。 防治措施：模样必须干燥；涂层必须干燥。 模样黏结剂过多引起气孔，模样组合粘结时采用的黏结剂发气量过大，在液体金属浇注充型时，局部产生大量气体，可使金属液在充型过程中翻滚，此时气体又不能及时排出去，铸件就要产生气孔。 防治措施：选用低发气量的模样黏结剂；在保证粘牢前提下，粘结剂用量越少越好。 浇注时卷入空气形成气孔，消失模铸造浇注过程中，直浇道不能充满，就会卷入空气，这些卷入的空气，
10、若不能及时的排出，铸件就会产生气孔。 防治措施：采用封闭式浇注系统，浇注时，保持交口杯内有一定的金属液，以保证直浇道处于充满状态。7.1 铸件尺寸超差、变形这类问题主要由铸件本身结构，形状和大小，质量的分布，泡沫塑料模，造型，浇注等。在这里着重分析泡沫塑料模，造型以及浇注的影响。7.1.1泡沫塑料质量对铸件尺寸的影响：a.模具质量，目前以锻铝或铝合金机加工模具在尺寸精度，加工稳定性，加工难度上性能最好。b.模料种类和制模工艺影响，具体可以分为：成型后模样冷却程度；取出模样的干燥程度；EPS珠种类和尺寸；预发珠粒龄期；模样密度，制模方法和压力的影响；粘接的影响除上述因素外，场地条件，生产工艺等也
11、能影响模型质量。7.1.2 造型对铸件尺寸精度的影响a.振动造型的影响 为使干砂充满模样各个部位，达到一定的紧实度，防止局部紧实不好，避免铸件尺寸不符，变形，鼓胀，多肉。振动过分会会导致模样变形，从而造成铸件变形和精度偏差，采用快速均布雨淋填砂和紧实度常能获取较高生产效率和最小形变。b.涂料涂层的影响 涂料性能，涂层厚度影响模样尺寸，从而影响铸件尺寸。涂料应具有良好的透气性，足够的强度，与铸件所用材料和型砂性质相匹配，涂挂操作工艺要合理。c.浇注工艺影响 浇注系统，浇注温度，浇注工序，浇注速度几个因素是提高铸件质量的关键工序，只有不断完善，才能获取尺寸精度的铸件。8.1 塌箱及防止 在浇注或凝
12、固过程中铸型一部分塌陷，溃型使铸件不能成型（一团块）或者局部多肉称为塌箱，也叫塌型或铸型溃散。由于铸型采用无粘结剂的干砂振实造型，浇注过程易发生塌型；同时砂箱在移动过程中铸型可能受到局部破坏，在浇注时金属液无法完全置换模样，致使铸件无法成型。特别是大件（大平台件更突出）或者内腔封闭，半封闭件往往易发生。 8.1.1 产生原因 a.金属液产生的浮力过大，这使得铸型上部型砂容易变形，产生局部溃散，溃塌；铸型顶部吃砂量小，负压度不够，致使铸件不能成型或成型不良。 b.浇注时模样分解产生气体量太多，过急，铸型排气速度来不及，真空泵吸气又不足，导致铸型溃散，坍塌铸不成合格品。 c.浇注过程中，部分已流入
13、充填模样位置的金属液受到作用后又改流到其他部位，使得原来置换出来的位置无金属液或金属充填占据，导致局部铸型溃散，坍塌，称之为金属液“闪流”造成的塌型。此类问题多发生在一型多模样，顶注及铸件存在大平面这几种情况。 d.涂料的耐火度，高温强度不够。浇注过程中模样起到缓冲金属液充型的作用和降温作用，减弱金属液对铸型的冲刷作用。当金属液置换模样而充型腔后，干砂就靠涂层支撑，当涂层强度不够或者耐火度不够时，局部铸型会溃散坍塌，特别是大件内浇道上方极易发生溃散，坍塌。8.1.2 防止措施.a.防止液体金属浮力造成的塌箱，采取增加顶面吃砂量或在铸型顶部添加压铁；b.选取低密度模料制作模样，减少发气量； c.
14、负压浇注时，选择合理的真空度，与浇注速度相配合； d.选择强度高，耐火度高，透气性好的涂料，配合涂料涂挂工艺； e.采用大粒度且目数单一型砂，增大透气性； f.振动造型参数选用要合理，保证充型均匀紧实； g.合理设计浇注系统，直浇道与内浇道面积要适宜； h.对金属液冲刷剧烈区可用陶瓷浇道或者自硬水玻璃砂加固； i.浇注工艺要合理，降低浇注温度，控制流速，流股必须连续，不可中断9.1 粘砂及其防止 定义：铸件部分或者整个表面夹持着很难清理的型砂。在无负压的情况下，粘砂多出现在铸件底部或者侧面，以及铸件热节区和型砂不易紧实区；负压浇注时，各面均可出现，特别是铸件转角处和组串铸件浇注时的过热处。 9
15、.1.1 产生原因 a.涂料涂层脱落或开裂，金属液借此渗入型砂中，形成机械粘砂。当涂料选择和金属液不匹配，而干砂中又存在细小沙粒灰尘时，会形成化学粘砂。 b.浇注时负压度大小对金属液流动能力的影响。负压度越大，金属液流动性越好，越容易形成粘砂。 9.1.2 防止粘砂措施 a.选择良好性能，能牢固粘接模样，同时能有足够强度和致密度，耐火度的优质涂料； b.造型紧实力不可过大，防止损伤涂层。 c.选择合理的负压度，铸钢为40-59KPa，铸铁为26.7-53.3KPa，铝合金为0-26.7KPa。 d.减少型砂之间间隙，选择较细的原砂，一般铸钢铸铁件用28|55目，铸铝件用50|100目。 e.浇
16、注温度不宜过高，一般模样比同条件下砂型铸造高30-5010.1 节瘤，针刺及防止 定义：铸件表面出现形状不规则的突出部分像瘤子，针刺等铸造缺陷。 10.1.1 产生原因 a.造型时型砂未能紧实包裹模样，抽真空后形成空腔，金属液进入空腔形成突出部分；铸型在金属液作用下再次紧实，涂层破裂，金属液和型砂熔结在一起形成节瘤。 b.模具表面存在气孔，缩孔等缺陷或者排气塞孔眼过大，使得模样表面存在突出物，负压浇注时在铸件表面形成此类缺陷。同时，当涂层内表面存在密布小气孔或者局部大气泡，在负压浇注时也会形成这些缺陷。 10.1.2 防止措施 a.提升铸型紧实度及均匀性，选取合理振幅防止涂层损坏； b.修改铸
17、件结构，消除型砂不能到的死角，对个别角落可预埋自硬砂或者耐火件； c.改善模具表面质量，打磨光滑模具； d.保证涂料质量，变质涂料不能用，黏度要合理，第一遍刷涂要稀，改进涂挂工艺，防止拐角出现鼓泡； e.另外，防止粘砂的措施对防止节瘤和针刺同样有效。11.1 冷隔重皮浇不到及防止 11.1.1 形成原因 a.模样气化时大量吸收金属液热量，同时产生大量气体，导致金属液流动性下降，导致以上缺陷； b.浇注系统，结构，浇注操作工艺不当，当多股金属液流会聚时温度过低，无法很好融合，铸件越薄，浇注温度越低越容易出现此问题； c.充型过程中负压太大，液态金属沿型腔壁上升过快形成没有不能熔化的薄层金属，就会
18、出现重皮。 11.1.2 防止措施 a.提升金属液浇注温度 ； b.改进浇注系统，提升充型速度； c.控制合理负压度。12.1 表面孔眼，凹陷和网纹及防止 12.1.1 产生原因 渣孔 液态金属带入熔渣及模样裂解的固相产物不能排除，漂浮在铸件表面，铸件冷却后形成。 砂孔 浇注时，干砂进入液态金属，最后积聚到铸件表面，喷丸处理掉沙子后留下孔眼 缩松，缩孔及缩坑（凹陷） 铸件与内浇口及冒口连接处的热区，由于补缩不良形成缩孔，缩松缺陷。铸件厚大部分补缩不足形成缩坑，往往出现在最后凝固的较大表面上。 网纹，龟纹 模样表面珠粒间融合不良。连接处的凹沟间隙和细小珠粒纹路粗而深的龟纹。细小如网状纹的为网纹。
19、 12.1.2 防止方法 a 渣孔防止：熔炼时除渣要彻底，严格挡渣操作，浇注系统设计要利于除渣，提升浇注温度，选取除渣性好的浇包及设置过滤网挡渣。 b 砂孔防止：模样组合粘接要紧密，直浇道密封要好，避免模样在砂箱中粘接，浇冒口连接处和模样转角处要圆滑过渡。 c 缩孔，缩松及缩坑防止：提升金属液浇冒口补缩能力，确保冒口最后凝固，采用发热保温冒口，充分利用直浇道补缩，采用合理浇冒口系统。 d 网纹，龟纹防止：选用细小珠粒，合理的发泡剂和发泡方法，模具干燥工艺改进，防止局部过热，模具表面上添加光洁材料，比如石蜡，硝酸纤维素等。13.1 内部非金属夹杂物，缩松，组织性能不均及防止 13.1.1 非金属
20、夹杂物 a 型砂夹杂物 是由浇注时干砂被冲进液态金属后不能排除，从而形成于铸件中的。防止方法是：浇道和模样结合处，模样转角处过渡要圆滑，涂料要涂挂均匀，模样组装要在砂箱外。 b 涂料夹杂物 浇注时涂层破坏或者渗入模样的涂料进入金属液中，铸件凝固后形成此类缺陷。防止措施是：提升涂料性能，改善涂层强度，模样组合时结合部要严格处理，防止涂料渗入角缝隙中的团块。 c熔渣夹杂物 浇注时，金属液携带熔渣进入型腔后没有排除，铸件凝固后形成夹渣。防止措施是：采用底注包或茶壶包，金属液除渣要干净，加强扒渣，挡渣操作，采用过滤网。d 模样热解产物夹杂物 模样高温分解形成部分非气态产物，没有及时排除，残留在逐渐中，
21、形成夹杂。防止措施是：采用低密度模样，提升浇注温度，浇冒口系统要利于排渣或采用集渣包而集中，铸件冷却后去除。 13.1.2 缩孔，缩松消失模铸造的补缩冒口补缩能力弱于砂型铸造冒口，因此在收缩率大的铸钢件等合金件时，特别容易在热节处形成缩孔缩松。防止措施：提升浇注温度；增大补缩冒口体积；选取形状合适的冒口（体积大表面积小，散热难的）；提升冒口温度，例如从冒口引入，采用保温冒口，配合使用冷铁等。在浇注球铁件时，浇注后立马加负压，提升铸型刚度，防止缩孔缩松。 13.1.3 组织性能不均匀a 铸钢件的增碳增氢产生原因：模样在气化时释放大量碳氢，从而使得铸件增碳增氢，从而导致铸钢件塑形和韧性下降，硬度不
22、均。防止措施：降低模样密度，大件时采用中空模样；选择合理浇注系统，使裂解产物集中在冒口；增大排气速度，适当提升负压度；采用合理浇注速度，减少热裂解产物和金属液接触时间；提升涂层透气性和砂型透气性。b 组织性能不均匀产生原因：采用组串群铸工艺时由于砂箱中位置不同导致冷却速度不同，从而组织不同，性能不一。改进措施：对要求较高的铸件，提前通过实验选择合理的组合浇注方案，使得铸型内部温度场尽力均匀；提升合金均一性；对模型内不同区域进行孕育，变质，合金化等处理，从而获取组织性能均匀的铸件。14.1 消失模铸造炭黑及防止措施 由于消失模铸造必须使用消失模EPS或StMMA模样，即白模，由于白模，易产生炭黑
23、和白斑缺陷，铸铁件尤其是球墨铸铁容易产生炭黑，使铸件表面局部出现积碳，炭黑，黑渣状夹杂物。 14.1.1 炭黑产生的原因a 浇注温度和浇注系统及浇注工艺 白模没有完全分解，裂解，气化EPS,StMMA。导致出现焦化状的夹渣，从而形成炭黑，尤其是使用EPS白模，球墨铸铁薄壁和冲天炉熔炼处理的球墨铸铁的铁液，更易产生炭黑b 涂料的影响和作用没达到充分排气和溢黑渣 生产实践球墨铸铁比灰铸铁更易铸型炭黑，液态的EPS对涂层的润湿性更易出现炭黑，EPS是固液气态的转变，当液态的热解产物来不及裂解为气体时，在高温下烘烤就形成固态炭黑。1耐火骨料：各种耐火骨料如铝矾土，石英粉等。其一，表面自由能及吸附能力不
24、同。其二，颗粒形状，大小分布决定涂层颗粒间空隙，从而影响EPS对涂层的润湿性及渗透作用。2粘结剂：涂料中有低温，高温粘结剂，当涂层中的有机粘结剂在高温金属液的高温作用下，与EPS一起融化，二者亲和作用较好时，则利于液态的EPS对涂层的润湿性和渗透性，同时粘结剂的气化使涂料层中空隙增大，进一步促进液态EPS的渗透能力，溢出涂层，减少，防止铸件表面出现炭黑C 白模材料EPS 由于白模材料本身的C/H质量比为92/8，而本身不含O元素，碳元素含量高，因此，EPS的白模容易 产生炭黑 D 砂型的紧实度和透气性，真空泵抽气 砂型紧实度太高会，阻碍EPS的分解，裂解气体和抽出，液态的EPS在抽气时不能被渗
25、溢出，也会产生炭黑。 14.1.2炭黑的防止措施 提高浇注温度 改善涂料的性能和质量 白模采用StMMA 砂型的紧实度，透气性，真空抽气泵抽气要相宜 真空泵的操作要合适15.1 消失模白斑，白点，夹砂及防止 此类缺陷经常出现在直浇道上部和浇口杯连接处；浇注系统直，横，内浇道的连接处；内浇道与铸件连接处；和交口杯内壁的掉砂 15.1.2 产生的原因a 操作不当 上述各粘接处操作不当，没粘结好b 粘结剂 白模需要手工粘结浇注系统，选择不当或质量较差的，尤其是高温粘结强度不够，和白模分解分化，气化溶解不同步，导致粘结的地方漏沙，沙粒经高温灼烧后，粘结在铸件表面，呈粉白色。严重的时候会引起粘砂结疤，鼓凸节瘤。c 涂料层，真空泵抽气 在整个白模组件表面由于涂料层薄厚不均匀，涂料在热节区高温的作用下，再者涂料高温强度不够，又在真空泵的强力抽气下，使隙裂处漏沙 15.1.2 白斑，白点，夹砂的防止恰当的操作a 粘结的时候必须细致认真，粘接两面对齐合拢，挤压固定几分钟后即可粘牢固，白模粘接件在搬运的过程中，烘干的过程中要检查粘结处是否牢固。b下砂箱前检查结合处是否鼓包或涂料堆积成块。 粘结剂 必须快干性能好 涂料层，真空泵 要控制真空度，抽气太小易产生炭黑，抽气太大，真空度太高，会产生漏沙，导致白斑。
