1、第十一章第十一章 铸件缺陷分析铸件缺陷分析培训要点：培训要点：本章主要介绍铸件缺陷的种类和特征，重本章主要介绍铸件缺陷的种类和特征，重点是铸造缺陷分析，查找原因，点是铸造缺陷分析，查找原因，制订对策。制订对策。铸件生产要经过十分复杂的工艺过程。只要其中某一铸件生产要经过十分复杂的工艺过程。只要其中某一道工序或某一个过程失误，均会造成铸造缺陷。同一道工序或某一个过程失误，均会造成铸造缺陷。同一类缺陷由于场合和零件的不同，往往又有不同的形成类缺陷由于场合和零件的不同，往往又有不同的形成原因，这种错综复杂的情况，给铸造缺陷的准确判断原因，这种错综复杂的情况，给铸造缺陷的准确判断和分析带来很大的难度。
2、和分析带来很大的难度。本章在介绍铸件缺陷种类和特征的基础上，主要讲铸本章在介绍铸件缺陷种类和特征的基础上，主要讲铸造缺陷的形成机理、缺陷分析、原因查找和方法应用，造缺陷的形成机理、缺陷分析、原因查找和方法应用，以增加工人技师的基础知识，提高分析问题的能力。以增加工人技师的基础知识，提高分析问题的能力。第一节第一节 铸件缺陷分类铸件缺陷分类铸件缺陷种类繁多，形貌各异，各地对缺陷的称谓铸件缺陷种类繁多，形貌各异，各地对缺陷的称谓和名词术语不一，为了规范和统一，国家已制订专业和名词术语不一，为了规范和统一，国家已制订专业标准。在标准。在GB/T5611-1998GB/T5611-1998铸造名词术语
3、铸造名词术语中将铸造中将铸造缺陷分为八类缺陷分为八类100100余种，见余种，见表表11-111-1。表表11-1 铸件缺陷的分类（铸件缺陷的分类（GB/T5611-1998）第二节第二节 铸造缺陷分析铸造缺陷分析铸造缺陷对铸造生产和铸件质量有很大的危害。要迅铸造缺陷对铸造生产和铸件质量有很大的危害。要迅速有效的消除缺陷，必须减少盲目性，增加科学性，应速有效的消除缺陷，必须减少盲目性，增加科学性，应通过相应的顺序。要作系统详细的调查研究，要尽可能通过相应的顺序。要作系统详细的调查研究，要尽可能准确的判明缺陷的种类和性质，要查明产生的原因，经准确的判明缺陷的种类和性质，要查明产生的原因，经综合分
4、析和实践验证，方可采取对应的措施。综合分析和实践验证，方可采取对应的措施。现对几种常见的影响较大而有时又难以区分的铸造缺现对几种常见的影响较大而有时又难以区分的铸造缺陷作分析和介绍。陷作分析和介绍。一、气孔一、气孔气孔是气体聚集在铸件表面和内部而形成的孔洞。气气孔是气体聚集在铸件表面和内部而形成的孔洞。气孔的形状、大小不一，位置不一，孔壁光滑、带氧化色孔的形状、大小不一，位置不一，孔壁光滑、带氧化色彩，是铸件常见的缺陷之一。彩，是铸件常见的缺陷之一。气孔有各种类型，产生的原因各不相同，按气体来源不气孔有各种类型，产生的原因各不相同，按气体来源不同，大致可分为三种：侵入性气孔、析出性气孔和反应同
5、，大致可分为三种：侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。性气孔。1.1.侵入性气孔侵入性气孔 由于浇注过程中金属液对铸型激烈的热由于浇注过程中金属液对铸型激烈的热作用，使型砂和砂芯中的发气物（水分、粘结剂、附加作用，使型砂和砂芯中的发气物（水分、粘结剂、附加物等）气化、分解和燃烧，生成大量气体，侵入金属液物等）气化、分解和燃烧，生成大量气体，侵入金属液内部所产生的洞孔，见内部所产生的洞孔，见图图11-111-1所示。所示。图图11-1 11-1 侵入气孔形成过程示意图侵入气孔形成过程示意图 （1 1）特征）特征 气孔数量少、尺寸大、孔壁光滑、有光泽气孔数量少、尺寸大、孔壁光滑、有光泽或轻微氧化色
6、，呈圆形或扁圆形，有时呈梨形。它的小头或轻微氧化色，呈圆形或扁圆形，有时呈梨形。它的小头所指方向常常就是气体侵入的方向。如图所指方向常常就是气体侵入的方向。如图11-1d11-1d所示气体，所示气体，若被凝固在金属中，就是此类气孔的典型例子。若被凝固在金属中，就是此类气孔的典型例子。（2 2）侵入性气孔的形成条件）侵入性气孔的形成条件 由于浇注时型砂在金属由于浇注时型砂在金属液的高温作用下，产生大量气体，使金属液和砂型界面上液的高温作用下，产生大量气体，使金属液和砂型界面上的气体压力骤然增加，气体可能侵入金属液，也可能从砂的气体压力骤然增加，气体可能侵入金属液，也可能从砂隙或气眼中排出型外，只
7、有在满足下列条件的情况下，型隙或气眼中排出型外，只有在满足下列条件的情况下，型砂中的气体才会侵入金属液，即砂中的气体才会侵入金属液，即 p p气p p液+p p阻+p p腔，见见图图11-11-2 2。a)b)c)图11-2 型砂界面气体侵入金属液的条件图图11-2 11-2 型砂界面气体侵入金属液的条件型砂界面气体侵入金属液的条件式中 p气金属液和砂型界面的气体压力；p液金属液的静压力；（p液=h 金属液的密度，h金属液的高度。p阻气体侵入金属液时，由于金属液表面张力而引起的阻力；rp2阻其中其中为金属液表面张力，为金属液表面张力，r r为气泡的半径，当为气泡的半径，当r r很小时，很小时，
8、p p阻可以很大）可以很大）p p腔型腔中金属液面上的气体压力。型腔中金属液面上的气体压力。（3 3）防止侵入性气孔的主要方法和工艺措施）防止侵入性气孔的主要方法和工艺措施 1 1）使用各种方法，降低砂型（芯）界面的气体压力）使用各种方法，降低砂型（芯）界面的气体压力p p气气，这是最主要的，也是最有效的手段。如：选用合，这是最主要的，也是最有效的手段。如：选用合适的造型材料，透气性好，发气量低；控制湿型砂的适的造型材料，透气性好，发气量低；控制湿型砂的水分，及其它发气附加物；应用发气量低，发气速度水分，及其它发气附加物；应用发气量低，发气速度慢，发气温度高的粘结剂；砂芯的排气一定要畅通，慢，
9、发气温度高的粘结剂；砂芯的排气一定要畅通，这往往是侵入性气孔的主要来源，有时还是较难解决这往往是侵入性气孔的主要来源，有时还是较难解决的问题。的问题。2 2）适当提高浇注温度，使侵入的气体有充份的时）适当提高浇注温度，使侵入的气体有充份的时间从金属液中上浮和排出。间从金属液中上浮和排出。3 3）加快浇注速度，增加上砂型高度，使有效压力）加快浇注速度，增加上砂型高度，使有效压力头增加，提高金属液的静压力。头增加，提高金属液的静压力。4 4）浇注系统设置时，应注意铁液流平稳，防止气）浇注系统设置时，应注意铁液流平稳，防止气体卷入。体卷入。2.2.析出性气孔析出性气孔 溶解在金属液中的气体，在冷却和
10、溶解在金属液中的气体，在冷却和凝固过程中，由于溶解度降低而析出形成的孔洞，凝固过程中，由于溶解度降低而析出形成的孔洞，称为析出性气孔。称为析出性气孔。（1 1）特征）特征 数量多、尺寸小，形状呈圆形、椭数量多、尺寸小，形状呈圆形、椭圆形或针状。铸件断面呈大面积均匀分布，同一炉圆形或针状。铸件断面呈大面积均匀分布，同一炉次铸件大部有气孔。主要是氢气孔和氮气孔，是铝次铸件大部有气孔。主要是氢气孔和氮气孔，是铝合金和铸钢中常见的缺陷，铸铁中相对较少。合金和铸钢中常见的缺陷，铸铁中相对较少。（2 2）析出性气孔的形成机理）析出性气孔的形成机理 金属具有吸附和金属具有吸附和溶解气体的能力（如氢、氮、氧等
11、）。尤其在液态溶解气体的能力（如氢、氮、氧等）。尤其在液态时，能够溶解大量气体。其形成过程分吸附和扩散时，能够溶解大量气体。其形成过程分吸附和扩散两个阶段。两个阶段。1 1）吸附）吸附 吸附分为物理吸附和化学吸附。气体吸附分为物理吸附和化学吸附。气体分子与金属原子由于靠分子间引力吸附到金属表面分子与金属原子由于靠分子间引力吸附到金属表面的，叫做物理吸附。吸附不牢固，也不能进入金属的，叫做物理吸附。吸附不牢固，也不能进入金属内部，吸附量不大而且只是在低温下进行。内部，吸附量不大而且只是在低温下进行。当某些气体分子（如氢气、氧气等）碰撞到金属当某些气体分子（如氢气、氧气等）碰撞到金属表面后被离解为
12、原子，由于化学键的作用被吸附在表面后被离解为原子，由于化学键的作用被吸附在金属表面，叫做化学吸附。化学吸附的气体量随温金属表面，叫做化学吸附。化学吸附的气体量随温度升高而增加，是铸造合金吸收气体的主要过渡阶度升高而增加，是铸造合金吸收气体的主要过渡阶段。段。2 2）扩散）扩散 被化学吸附在金属表面的气体原子，被化学吸附在金属表面的气体原子，能继续渗入到金属内部，这个过程即为扩散。大量能继续渗入到金属内部，这个过程即为扩散。大量气体扩散到金属内部并保留其中，称为溶解或吸收。气体扩散到金属内部并保留其中，称为溶解或吸收。气体的溶解度与压力、温度、合金和气体的种类等气体的溶解度与压力、温度、合金和气
13、体的种类等因素有关。因素有关。3 3）气体的析出及气孔的形成）气体的析出及气孔的形成 溶解在金属液中的气溶解在金属液中的气体，在温度降低和外界气氛压力降低时，就会从金属体，在温度降低和外界气氛压力降低时，就会从金属中析出，析出的方式有二种：一种是气体原子从金属中析出，析出的方式有二种：一种是气体原子从金属内部扩散到金属表面，脱离吸附状态。另一种是气体内部扩散到金属表面，脱离吸附状态。另一种是气体原子在金属内部形成气体分子和气泡上浮排出。原子在金属内部形成气体分子和气泡上浮排出。（3 3）铸铁中的气体及变化）铸铁中的气体及变化 1 1）铸铁中的气体有氢气、氮气、氧气等。其中）铸铁中的气体有氢气、
14、氮气、氧气等。其中氢气对析出性气孔的形成影响较大。氢气对析出性气孔的形成影响较大。2 2）随着含碳量的增加，）随着含碳量的增加，H H2 2、N N2 2的溶解度就降低。的溶解度就降低。如如图图11-311-3所示。所示。图11-3 H2.、N2的溶解度与含碳量和温度的关系 图图11-3 H11-3 H2 2.、N N2 2的溶解度与含碳量和温度的关系的溶解度与含碳量和温度的关系 3 3）微量的铝能促进铁液大量吸氢。）微量的铝能促进铁液大量吸氢。4 4）硅的增加可以减少铁液中氧气，并能促进氢气析出。）硅的增加可以减少铁液中氧气，并能促进氢气析出。5 5）温度降低会使氢和氮在铁液中溶解度降低，尤
15、其在）温度降低会使氢和氮在铁液中溶解度降低，尤其在凝固过程中特别剧烈。此时由于铁液粘度高，气体不凝固过程中特别剧烈。此时由于铁液粘度高，气体不易扩散和逸出，生成气孔的可能性较大。易扩散和逸出，生成气孔的可能性较大。6 6）金属熔炼过程中吸收的气体是铁液中气体的重要来）金属熔炼过程中吸收的气体是铁液中气体的重要来源。硅铁中有时含有大量的氢气，燃料炉衬中的水分，源。硅铁中有时含有大量的氢气，燃料炉衬中的水分，潮湿的空气等，均使铁液易于吸收氢和氧。潮湿的空气等，均使铁液易于吸收氢和氧。（4 4）防止析出性气孔的方法主要从三方面采取措施）防止析出性气孔的方法主要从三方面采取措施 1 1）减少合金的吸气
16、量，清洁炉料，烘干炉衬和浇）减少合金的吸气量，清洁炉料，烘干炉衬和浇注工具，缩短熔炼时间避免液态金属和炉气的接触，注工具，缩短熔炼时间避免液态金属和炉气的接触，减少熔炼吸气等。减少熔炼吸气等。2 2）合金液的除气处理可用加入元素除气法，吹入不）合金液的除气处理可用加入元素除气法，吹入不溶性气体，真空除气法等。溶性气体，真空除气法等。3 3）阻止气体的析出。如提高铸件冷却速度，提高）阻止气体的析出。如提高铸件冷却速度，提高外界气氛的压力等。外界气氛的压力等。3.3.反应性气孔反应性气孔 由于金属液与铸型界面之间、由于金属液与铸型界面之间、或金属液与渣之间、或金属液内部某些元素之间，或金属液与渣之
17、间、或金属液内部某些元素之间，发生了某些化学反应所产生的气体造成。发生了某些化学反应所产生的气体造成。（1 1）特征）特征 这种气孔一般均匀成群分布，且往这种气孔一般均匀成群分布，且往往产生于铸件皮下，形成皮下气孔。又因形状呈针往产生于铸件皮下，形成皮下气孔。又因形状呈针头状或细长腰圆形，又称针孔，此类气孔在铸钢和头状或细长腰圆形，又称针孔，此类气孔在铸钢和球墨铸铁中出现较多。球墨铸铁中出现较多。下面着重阐述球墨铸铁中针孔的形成机理、影响因素、下面着重阐述球墨铸铁中针孔的形成机理、影响因素、防止措施。防止措施。（2 2）反应性气孔的形成机理）反应性气孔的形成机理 皮下气孔的形成是皮下气孔的形成
18、是一个复杂的物理化学过程，受各种因素的影响，气体来一个复杂的物理化学过程，受各种因素的影响，气体来源于内部析出或外部侵入。铁液内部析出的气体有：镁源于内部析出或外部侵入。铁液内部析出的气体有：镁的蒸气、硅铁和稀土合金中的氢气，及铁液凝固时溶解的蒸气、硅铁和稀土合金中的氢气，及铁液凝固时溶解度急剧降低而析出的气体；外部侵入的气体主要是铁液度急剧降低而析出的气体；外部侵入的气体主要是铁液和铸型界面上产生某种化学反应所生成的气体。例如：和铸型界面上产生某种化学反应所生成的气体。例如：铁液中逸出的镁或铁液表面的硫化镁，与铸型中的水蒸铁液中逸出的镁或铁液表面的硫化镁，与铸型中的水蒸气发生如下反应：气发生
19、如下反应：Mg+HMg+H2O-MgO+2HO-MgO+2HMgS+HMgS+H2O-MgO+HO-MgO+H2SS内部析出的气体，受到铁液表面氧化膜的阻止，不能内部析出的气体，受到铁液表面氧化膜的阻止，不能尽快逸出液面；外部界面反应的气体凭较大的压力，尽快逸出液面；外部界面反应的气体凭较大的压力，侵入有糊状凝固特性而表层往往较长时间内不能完全侵入有糊状凝固特性而表层往往较长时间内不能完全凝固的球墨铸铁液中，待表面凝固后，滞留于铸件表凝固的球墨铸铁液中，待表面凝固后，滞留于铸件表皮下形成皮下气孔。皮下形成皮下气孔。（3 3）影响因素及防止措施）影响因素及防止措施 1 1）铁液化学成分的影响）铁
20、液化学成分的影响 镁的含量是影响皮下镁的含量是影响皮下气孔的首要因素。铁液中残留镁量超过气孔的首要因素。铁液中残留镁量超过0.05%0.05%临界值时，临界值时，皮下气孔显著增加；原铁液硫高是产生皮下气孔的又皮下气孔显著增加；原铁液硫高是产生皮下气孔的又一个原因。由于硫高产生较多硫化镁，与型砂中的水一个原因。由于硫高产生较多硫化镁，与型砂中的水分作用生成硫化氢气体，而生成皮下气孔。所以在保分作用生成硫化氢气体，而生成皮下气孔。所以在保证球化的前提下，要尽量减少残留镁量，质量分数控证球化的前提下，要尽量减少残留镁量，质量分数控制在制在0.03%0.03%0.04%0.04%之间。并尽可能降低原铁
21、液的含硫之间。并尽可能降低原铁液的含硫量。量。2 2）铸型的影响）铸型的影响 主要是铸型中水分、粘土、砂、附加主要是铸型中水分、粘土、砂、附加物四种物质的影响。物四种物质的影响。水分的影响水分的影响 铸型中的水分能与镁、硫化镁反铸型中的水分能与镁、硫化镁反应生成氢和硫化氢气体，形成皮下气孔，所以要尽量应生成氢和硫化氢气体，形成皮下气孔，所以要尽量控制型砂中的水分。中压造型应低于控制型砂中的水分。中压造型应低于5%5%，高压造型应，高压造型应低于低于4%4%。粘土性质和失效粘土的影响粘土性质和失效粘土的影响 粘土受热随温度粘土受热随温度的升高，依次失去自由水、吸附水、层间水、结构水。的升高，依次
22、失去自由水、吸附水、层间水、结构水。那种低温加热下就能排出水分的粘土，易于产生皮下那种低温加热下就能排出水分的粘土，易于产生皮下气孔。失效粘土是有害的载水物，在各项性能指标相气孔。失效粘土是有害的载水物，在各项性能指标相同的情况下，型砂的水分明显增加，使皮下气孔产生同的情况下，型砂的水分明显增加，使皮下气孔产生的机率增加。为了减少水分的影响，在型砂中加入适的机率增加。为了减少水分的影响，在型砂中加入适量的煤粉是有效的，它能产生还原性气氛，在铸型和量的煤粉是有效的，它能产生还原性气氛，在铸型和金属接触的界面生成薄层碳膜，使铸型和金属界面处金属接触的界面生成薄层碳膜，使铸型和金属界面处的化学反应难
23、以进行。的化学反应难以进行。原砂的影响原砂的影响 主要表现为原砂的种类，大小、形状、主要表现为原砂的种类，大小、形状、均匀程度等因素对型砂透气性的影响，透气性好，界均匀程度等因素对型砂透气性的影响，透气性好，界面反应的气体容易外逸，不易形成入侵金属液的气体面反应的气体容易外逸，不易形成入侵金属液的气体压力，因而气孔也难生成。压力，因而气孔也难生成。3 3）冷却速度和浇注条件的影响）冷却速度和浇注条件的影响 冷却速度冷却速度 在凝固速度很快的情况下，皮下气在凝固速度很快的情况下，皮下气孔很少。原因有二：一是溶解于金属中的气体来不及孔很少。原因有二：一是溶解于金属中的气体来不及析出；二是铸件表面层
24、很快结壳，外部气体来不及侵析出；二是铸件表面层很快结壳，外部气体来不及侵入。如金属型铸件皮下气孔较少；冷却速度很慢，皮入。如金属型铸件皮下气孔较少；冷却速度很慢，皮下气孔亦很少。原因有二：一是凝固慢，金属液内的下气孔亦很少。原因有二：一是凝固慢，金属液内的气体，有足够的时间在凝固前浮出液面；二是金属液气体，有足够的时间在凝固前浮出液面；二是金属液面的气体，可以从容扩散到铸件中心，使铸件表层的面的气体，可以从容扩散到铸件中心，使铸件表层的含气量达不到饱和程度，亦不会产生气孔。含气量达不到饱和程度，亦不会产生气孔。浇注条件的影响浇注条件的影响 主要指浇注温度和浇注平稳性主要指浇注温度和浇注平稳性的
25、影响。的影响。浇注温度高，相当于冷却速度慢，凝固时间长，利于浇注温度高，相当于冷却速度慢，凝固时间长，利于气泡上浮，皮下气孔少。加上球墨铸铁为糊状凝固特气泡上浮，皮下气孔少。加上球墨铸铁为糊状凝固特征，内部融化状态时间长，表面凝固层生成慢，利于征，内部融化状态时间长，表面凝固层生成慢，利于表面层的气体向外排出和向铸件内部扩散。表面层含表面层的气体向外排出和向铸件内部扩散。表面层含气量的降低，减少了生成皮下气孔的可能。所以在可气量的降低，减少了生成皮下气孔的可能。所以在可能的条件下尽可能提高金属液的温度，国内有的厂家，能的条件下尽可能提高金属液的温度，国内有的厂家，在电炉熔化球墨铸铁液时，出炉温
26、度控制在在电炉熔化球墨铸铁液时，出炉温度控制在1510151015301530，浇注温度控制在，浇注温度控制在136013601400 1400。浇注平稳性。一是防止浇注时紊流卷入气体；二浇注平稳性。一是防止浇注时紊流卷入气体；二是球墨铸铁要注意防止铁液飞溅搅动，造成镁蒸气是球墨铸铁要注意防止铁液飞溅搅动，造成镁蒸气大量挥发和燃烧，造成皮下气孔，为了保证浇注平大量挥发和燃烧，造成皮下气孔，为了保证浇注平稳，要采用横浇道截面大的半封闭浇注系统。如：稳，要采用横浇道截面大的半封闭浇注系统。如：A A内:A A横:A A直3:8:43:8:4A A内:A A横:A A直0.8:0.8:（1.2-1.
27、51.2-1.5）:1:1二、粘砂二、粘砂粘砂是铸件表面粘附着一层很难清除的砂粒或粘砂是铸件表面粘附着一层很难清除的砂粒或低熔点化合物。如低熔点化合物。如图图11-411-4所示。所示。图图11-4 11-4 粘砂粘砂粘砂大多数发生在铸件厚壁部位，砂型的下型，凹粘砂大多数发生在铸件厚壁部位，砂型的下型，凹槽内角，薄壁砂芯表面等。通常铸钢件比铸铁件严槽内角，薄壁砂芯表面等。通常铸钢件比铸铁件严重，湿型比干型严重。铸件粘砂一般不予报废，但重，湿型比干型严重。铸件粘砂一般不予报废，但造成许多危害：影响铸件美观，增加清理工作量，造成许多危害：影响铸件美观，增加清理工作量，切削刀具磨损加快，影响内腔清洁
28、度，造成传动件切削刀具磨损加快，影响内腔清洁度，造成传动件早期磨损，阻碍了水、气、油的流动等。早期磨损，阻碍了水、气、油的流动等。一般将粘砂分为机械粘砂、化学粘砂、热粘砂和表一般将粘砂分为机械粘砂、化学粘砂、热粘砂和表面粗糙四种。表面粗糙是机械粘砂的早期阶段。热面粗糙四种。表面粗糙是机械粘砂的早期阶段。热粘砂是铸件表面粘附一薄层玻璃状型砂烧结物，实粘砂是铸件表面粘附一薄层玻璃状型砂烧结物，实质属化学粘砂范畴。最终造成粘砂往往是以上几种质属化学粘砂范畴。最终造成粘砂往往是以上几种类型综合作用的结果，下面主要分析机械粘砂和化类型综合作用的结果，下面主要分析机械粘砂和化学粘砂。学粘砂。1.1.机械粘
29、砂机械粘砂 铁液钻入砂型表面孔隙中，凝固后将砂粒铁液钻入砂型表面孔隙中，凝固后将砂粒机械地钩连在铸件表面。机械地钩连在铸件表面。（1 1）机械粘砂的形成）机械粘砂的形成 金属液渗入砂粒之间隙，实际金属液渗入砂粒之间隙，实际上是金属液在静压力作用下沿砂隙间毛细管渗入并包围上是金属液在静压力作用下沿砂隙间毛细管渗入并包围砂粒，成为网状的金属和砂粒的混合物。砂粒，成为网状的金属和砂粒的混合物。（2 2）影响机械粘砂的因素）影响机械粘砂的因素 1 1）铸件表面处于液体状态的时间长短是决定渗入深度）铸件表面处于液体状态的时间长短是决定渗入深度的最基本因素。时间越长，砂型温度越高，越利于金属的最基本因素。
30、时间越长，砂型温度越高，越利于金属液渗入，渗入深度越深。液渗入，渗入深度越深。2 2）金属液的静压力越高，渗入深度越大。）金属液的静压力越高，渗入深度越大。3 3）金属液的成分、氧化程度、周围气氛、造型材料的）金属液的成分、氧化程度、周围气氛、造型材料的性质决定了金属液是否湿润毛细管壁，湿润则易于粘砂。性质决定了金属液是否湿润毛细管壁，湿润则易于粘砂。4 4）金属液的浇注温度越高，型砂受到的热作用越大，）金属液的浇注温度越高，型砂受到的热作用越大，砂粒的孔隙发生烧结或熔化而增大，金属液易于渗入。砂粒的孔隙发生烧结或熔化而增大，金属液易于渗入。（3 3）防止机械粘砂的措施）防止机械粘砂的措施 1
31、 1）使用细砂，细砂孔隙小，毛细管阻力大，金属液）使用细砂，细砂孔隙小，毛细管阻力大，金属液不容易渗入。不容易渗入。2 2）提高铸型的紧实度，舂紧的砂粒靠得近，表面孔）提高铸型的紧实度，舂紧的砂粒靠得近，表面孔隙小可防铁液渗入。隙小可防铁液渗入。3 3）湿型砂中加入煤粉，铸铁湿型砂中的煤粉可显著）湿型砂中加入煤粉，铸铁湿型砂中的煤粉可显著改善粘砂的发生。由于煤粉燃烧和挥发产生的还原性气改善粘砂的发生。由于煤粉燃烧和挥发产生的还原性气氛对金属起保护作用，防止金属液被氧化而与造型材料氛对金属起保护作用，防止金属液被氧化而与造型材料化学反应。另外煤粉受热软化、烧结、堵塞砂型表面的化学反应。另外煤粉受
32、热软化、烧结、堵塞砂型表面的孔隙，使金属液不易渗入，一般要求煤粉的焦渣特征为孔隙，使金属液不易渗入，一般要求煤粉的焦渣特征为4 45 5级。级。4 4）湿型表面匀洒干石墨粉或涂快干涂料，砂芯用水）湿型表面匀洒干石墨粉或涂快干涂料，砂芯用水基或醇基涂料。基或醇基涂料。5 5）在保证质量的前提下，适当降低浇注温度。）在保证质量的前提下，适当降低浇注温度。2.2.化学粘砂化学粘砂 铸件表面牢固地粘附一层硬度很高、不铸件表面牢固地粘附一层硬度很高、不易清除，由金属氧化物，砂子和粘土相互作用而生成的低易清除，由金属氧化物，砂子和粘土相互作用而生成的低熔点化合物。熔点化合物。（1 1）化学粘砂的形成机理）
33、化学粘砂的形成机理 铸件表面的氧化铁铸件表面的氧化铁（FeOFeO），与砂中的二氧化硅和粘土作用，形成液态硅酸），与砂中的二氧化硅和粘土作用，形成液态硅酸亚铁，其亚铁，其SiOSiO2质量分数为质量分数为22%22%的第一种共晶的熔点仅为的第一种共晶的熔点仅为12201220，流动性很好，熔融的硅酸亚铁能润湿硅砂，在毛，流动性很好，熔融的硅酸亚铁能润湿硅砂，在毛细压力作用下，能渗入砂粒空隙。另外，细压力作用下，能渗入砂粒空隙。另外，FeOFeO的熔点仅的熔点仅13701370，低于纯金属铁，且能润湿型壁，易于渗入铸型，低于纯金属铁，且能润湿型壁，易于渗入铸型，更促使了化学粘砂的加剧。更促使了化
34、学粘砂的加剧。所以，化学粘砂的防止，一要解决金属氧化物对化学粘所以，化学粘砂的防止，一要解决金属氧化物对化学粘砂的影响；二要解决低熔点化合物对化学粘砂的影响。有砂的影响；二要解决低熔点化合物对化学粘砂的影响。有研究证实：研究证实：金属氧化物层薄，则与铸件牢固连接，金属氧金属氧化物层薄，则与铸件牢固连接，金属氧化物层厚，则容易剥落，其临界厚度约为化物层厚，则容易剥落，其临界厚度约为100m100m。低熔点化合物冷凝后是结晶体，则粘砂层难以清除。低熔点化合物冷凝后是结晶体，则粘砂层难以清除。如果是玻璃体则不易粘砂。如果是玻璃体则不易粘砂。（2 2）防止化学粘砂的措施）防止化学粘砂的措施 1 1）防
35、止铸件表面的金属氧化，在型砂中加入有机物，）防止铸件表面的金属氧化，在型砂中加入有机物，浇注燃烧后将铸型内的氧迅速耗尽，在缺氧或还原性气氛浇注燃烧后将铸型内的氧迅速耗尽，在缺氧或还原性气氛中减少金属氧化物的形成。一般加入煤粉、重油、沥青及中减少金属氧化物的形成。一般加入煤粉、重油、沥青及采用涂料等。采用涂料等。2 2）加剧铸件表面金属的氧化，使金属氧化层厚度超）加剧铸件表面金属的氧化，使金属氧化层厚度超过临界值。如采用石灰石砂，在型砂中加入加剧金属氧化过临界值。如采用石灰石砂，在型砂中加入加剧金属氧化的物质，如加入的物质，如加入FeFe2O O3等，或增加粘土层中氧化铁、氧化锰等，或增加粘土层
36、中氧化铁、氧化锰含量。含量。3 3）促使低熔点化合物成为玻璃体。一是加快冷却速）促使低熔点化合物成为玻璃体。一是加快冷却速度，可促进玻璃体的形成。如减少吃砂量，采用吸热好、度，可促进玻璃体的形成。如减少吃砂量，采用吸热好、传热快的造型材料；二是增加粘砂层中的传热快的造型材料；二是增加粘砂层中的FeOFeO，MnOMnO、NaNa2O O等成分，促进玻璃体的形成。如采用钠基或钙基活化膨润等成分，促进玻璃体的形成。如采用钠基或钙基活化膨润土，在型砂中加入适量的氧化铁粉等。土，在型砂中加入适量的氧化铁粉等。三、冷隔与残缺三、冷隔与残缺冷隔和浇注断流，浇不到、未浇满、跑火、型漏冷隔和浇注断流，浇不到、
37、未浇满、跑火、型漏等缺陷，均会造成铸件的残缺。缺陷部位往往有明等缺陷，均会造成铸件的残缺。缺陷部位往往有明显的氧化色彩，近似圆弧的残缺端面，铸件轮廓不显的氧化色彩，近似圆弧的残缺端面，铸件轮廓不完整、不饱满等些相似之处，往往使人一时难以判完整、不饱满等些相似之处，往往使人一时难以判断，现分析各自的主要特征、判别方法、产生原因断，现分析各自的主要特征、判别方法、产生原因和解决办法。和解决办法。1.1.一般冷隔一般冷隔 图图11-511-5，是铸件上穿透和不穿，是铸件上穿透和不穿透的缝隙，边缘呈圆角，缝隙往往与型腔水平面垂透的缝隙，边缘呈圆角，缝隙往往与型腔水平面垂直。这是由于浇入铸型的金属液前端
38、呈圆弧状，温直。这是由于浇入铸型的金属液前端呈圆弧状，温度低，两股金属液流相遇而不能相接造成的。度低，两股金属液流相遇而不能相接造成的。图11-5a)一般冷隔 b)芯撑冷隔图图11-511-5a)a)一般冷隔一般冷隔 b)b)芯撑冷隔芯撑冷隔 2.2.浇注断流或断流冷隔浇注断流或断流冷隔 图图11-611-6，铸件截面，铸件截面可见水平方向的圆弧形接缝相叠，可以一层亦可见水平方向的圆弧形接缝相叠，可以一层亦可以多层，原因可以是浇注中断补浇造成，亦可以多层，原因可以是浇注中断补浇造成，亦可以是充型阻力过大或局部砂型过硬，气体堵可以是充型阻力过大或局部砂型过硬，气体堵塞，待阻力逐步消减，铁液逐层进
39、入而形成。塞，待阻力逐步消减，铁液逐层进入而形成。3.3.浇不到浇不到 图图11-711-7，铸件边角圆滑光亮，局，铸件边角圆滑光亮，局部残缺，尤以远离浇口及薄壁处为甚。部残缺，尤以远离浇口及薄壁处为甚。4.4.未浇满未浇满 图图11-811-8，铸件上部轮廓缺少边角，铸件上部轮廓缺少边角，呈圆形，尤其是浇冒口上平面与残缺铸件平面呈圆形，尤其是浇冒口上平面与残缺铸件平面平齐，这与浇不到和跑火，有明显的区别。平齐，这与浇不到和跑火，有明显的区别。图图11-7 11-7 浇不到浇不到图图11-8 11-8 未浇满未浇满图图11-6 11-6 断流冷隔断流冷隔上述四种缺陷的产生除有各自的原因外，共同
40、之点上述四种缺陷的产生除有各自的原因外，共同之点均不同程度存在：铁液温度低、化学成分不合适、均不同程度存在：铁液温度低、化学成分不合适、浇注速度慢、型腔内充型阻力大、浇注系统设计不浇注速度慢、型腔内充型阻力大、浇注系统设计不合理等造成铁液流速慢，浇注不畅顺的因素。合理等造成铁液流速慢，浇注不畅顺的因素。5.5.跑火跑火 图图11-911-9，铸件分型面以上有严重残缺。，铸件分型面以上有严重残缺。有时沿型腔面有类似披缝的金属壳。铸件因向外跑有时沿型腔面有类似披缝的金属壳。铸件因向外跑火射箱，可在分型面找到向外跑铁液的披缝。如用火射箱，可在分型面找到向外跑铁液的披缝。如用壳芯，金属液向壳芯空腔内跑
41、火，可在铸件内腔找壳芯，金属液向壳芯空腔内跑火，可在铸件内腔找到形状不规则的实心铁块。到形状不规则的实心铁块。6.6.型漏或漏箱型漏或漏箱 图图11-1011-10，铸件有时虽有比较完，铸件有时虽有比较完整的外型，但其内部金属已漏空，铸件呈壳状，底整的外型，但其内部金属已漏空，铸件呈壳状，底部可找到多余的残留金属，形状不一，表面粗糙。部可找到多余的残留金属，形状不一，表面粗糙。图11-9 跑火图图11-10 11-10 型漏型漏跑火是由于分型面不平、缝隙太大、浇注抬力大、跑火是由于分型面不平、缝隙太大、浇注抬力大、压箱铁较早拿走等原因造成，是铁液从分型面跑压箱铁较早拿走等原因造成，是铁液从分型
42、面跑出。而型漏是浇注后期或结束后从型腔底部跑火，出。而型漏是浇注后期或结束后从型腔底部跑火，因型腔底部砂层过薄、开裂、强度偏低、浇注过因型腔底部砂层过薄、开裂、强度偏低、浇注过猛、静压头过高造成。当这些问题排除后，缺陷猛、静压头过高造成。当这些问题排除后，缺陷可以很快消失。可以很快消失。第三节第三节 铸件缺陷实例分析铸件缺陷实例分析 一、一、195195柴油机曲轴孔洞柴油机曲轴孔洞195195曲轴是缸颈曲轴是缸颈95mm95mm柴油机的重要零件。铸件重柴油机的重要零件。铸件重15kg15kg、材质、材质QT700-2.QT700-2.壁厚壁厚303070mm70mm。柴油机工作时与。柴油机工作
43、时与连杆一起将动力传递出去。由于曲轴曲拐的特殊形状，连杆一起将动力传递出去。由于曲轴曲拐的特殊形状，在交变弯曲载荷的作用下，易在拐角处产生裂纹，严在交变弯曲载荷的作用下，易在拐角处产生裂纹，严重时曲轴断裂，造成机器毁坏的严重事故。详见重时曲轴断裂，造成机器毁坏的严重事故。详见图图11-11-1111。断裂处刚好又是铸件热节部位，是铸件孔洞易发位断裂处刚好又是铸件热节部位，是铸件孔洞易发位置，更增加了断轴发生的比率，成为提高柴油机质量置，更增加了断轴发生的比率，成为提高柴油机质量的一大障碍。而孔洞的性质、种类的判定和产生的原的一大障碍。而孔洞的性质、种类的判定和产生的原因，长期来意见不一，成为单
44、缸柴油机铸造界研究和因，长期来意见不一，成为单缸柴油机铸造界研究和关注的难点和热点。关注的难点和热点。图图11-11 11-11 曲轴断裂部位示意图曲轴断裂部位示意图 1.1.铸造缺陷铸造缺陷 在断轴截面往往可见孔洞，小的如黄豆，在断轴截面往往可见孔洞，小的如黄豆，大的如鸽蛋。有的孔形多变，孔壁粗糙，并伴有枝状晶；大的如鸽蛋。有的孔形多变，孔壁粗糙，并伴有枝状晶；有的孔形规则，圆整，表面光滑，并有氧化色泽，有的有的孔形规则，圆整，表面光滑，并有氧化色泽，有的介于二者之间，孔壁略粗糙，但亦有氧化色泽，多数属介于二者之间，孔壁略粗糙，但亦有氧化色泽，多数属后二种。孔内往往有铁豆，豆体和铸件相连，曲
45、轴经介后二种。孔内往往有铁豆，豆体和铸件相连，曲轴经介剖和超声波探伤，孔洞率一般在剖和超声波探伤，孔洞率一般在5%5%10%10%，高时达，高时达20%20%。2.2.生产条件生产条件 铸件为铁模覆砂造型，即在成型的铁铸件为铁模覆砂造型，即在成型的铁砂箱内，覆砂箱内，覆5 57mm7mm覆膜砂层，由于铸型刚度高，冷却条覆膜砂层，由于铸型刚度高，冷却条件好，铸件共晶膨胀时，一般不发生型壁位移。正是利件好，铸件共晶膨胀时，一般不发生型壁位移。正是利用这一点，曲轴工艺设计为无冒口铸造，以共晶膨胀和用这一点，曲轴工艺设计为无冒口铸造，以共晶膨胀和强的自补缩能力，满足球墨铸铁的补缩要求，工艺经长强的自补
46、缩能力，满足球墨铸铁的补缩要求，工艺经长期验证是可行的，并在全国各地广泛应用。期验证是可行的，并在全国各地广泛应用。覆砂曲轴为机械化流水线生产，采用带前炉覆砂曲轴为机械化流水线生产，采用带前炉7t7t冲天炉，铁液出炉温度一般冲天炉，铁液出炉温度一般14801480，高时大于，高时大于15001500，控制碳的质量分数为，控制碳的质量分数为3.75%3.75%3.95%3.95%，硅，硅的质量分数为的质量分数为1.7%1.7%2.0%2.0%，浇注温度控制，浇注温度控制137013702020。3.3.缺陷鉴别缺陷鉴别 分析缺陷首先要判别缺陷的性分析缺陷首先要判别缺陷的性质，是气孔还是缩孔或其它
47、；孔洞中的铁豆是冷质，是气孔还是缩孔或其它；孔洞中的铁豆是冷豆，还是内渗豆；缺陷产生的主要原因。豆，还是内渗豆；缺陷产生的主要原因。（1 1）铁豆）铁豆 铁豆有冷豆和内渗豆两种。冷豆为浇注铁豆有冷豆和内渗豆两种。冷豆为浇注和充型过程中飞溅，铁液滴冷却成豆状并表面氧化，豆和充型过程中飞溅，铁液滴冷却成豆状并表面氧化，豆与铸件本体是同一化学成分，孔洞是铁豆表面氧化膜分与铸件本体是同一化学成分，孔洞是铁豆表面氧化膜分解形成的，是先有豆后有孔。内渗豆与铸件本体相连，解形成的，是先有豆后有孔。内渗豆与铸件本体相连，化学成分接近共晶成分，与铸件本体化学成分不一致，化学成分接近共晶成分，与铸件本体化学成分不
48、一致，含磷高于本体。在凝固未期，低熔点共晶液在共晶石墨含磷高于本体。在凝固未期，低熔点共晶液在共晶石墨化膨胀挤压力的作用下，向铸件内部已成形孔洞挤出而化膨胀挤压力的作用下，向铸件内部已成形孔洞挤出而成，是先有孔后有豆。经曲轴孔洞内铁豆化学成分测定，成，是先有孔后有豆。经曲轴孔洞内铁豆化学成分测定，符合内渗豆特征，判别结论为：内渗豆。要解决此缺陷，符合内渗豆特征，判别结论为：内渗豆。要解决此缺陷，先要解决孔的问题，无孔即无豆。先要解决孔的问题，无孔即无豆。（2 2）孔洞）孔洞 孔的性质是气孔、缩孔还是气缩孔。曲孔的性质是气孔、缩孔还是气缩孔。曲轴孔洞的情况比较复杂，不能一概而论，要根据不同情轴孔
49、洞的情况比较复杂，不能一概而论，要根据不同情况分别判断。经过深入研究，还是有规律可循，有主要况分别判断。经过深入研究，还是有规律可循，有主要矛盾在起作用。矛盾在起作用。1 1）缩孔）缩孔 在碳当量低，尤其是碳的质量分数低于在碳当量低，尤其是碳的质量分数低于3.65%3.65%的情况下，曲轴铸件扇板内侧就有缩沉。热节部的情况下，曲轴铸件扇板内侧就有缩沉。热节部位也易生成具有典型特征的缩孔。由于曲轴是无冒口位也易生成具有典型特征的缩孔。由于曲轴是无冒口工艺，当含碳量偏低时，共晶胀力不够，自补能力不工艺，当含碳量偏低时，共晶胀力不够，自补能力不足，易产生缩孔。足，易产生缩孔。2 2）气缩孔）气缩孔
50、在已生成缩孔的前提下，砂芯中气体在已生成缩孔的前提下，砂芯中气体易于向热节部位的孔洞侵入，或溶解在铁液中的气体，易于向热节部位的孔洞侵入，或溶解在铁液中的气体，向处于真空状态的缩孔内扩散和析出。外来的气体，向处于真空状态的缩孔内扩散和析出。外来的气体，扩大了缩孔的体积，钝化了缩孔内典型的树枝状结晶。扩大了缩孔的体积，钝化了缩孔内典型的树枝状结晶。成为既有别于纯气孔的光滑表面，又有别于典型缩孔成为既有别于纯气孔的光滑表面，又有别于典型缩孔的树枝晶表面。形成较粗糙的孔壁，既有树枝晶残留的树枝晶表面。形成较粗糙的孔壁，既有树枝晶残留痕迹，又有气体氧化色彩的孔洞。这是一种缩孔在前，痕迹，又有气体氧化色
