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1、3、膨胀缺陷,（1）定义：浇注金属时，砂型（芯）表面层受热而发 生膨胀和强度的变化，因此而引起的铸件缺陷，统称为膨胀 缺陷。 （2）分类：湿砂型时，主要产生夹砂、结疤和鼠尾缺 陷；有机物粘结剂的砂型或砂芯中产生的毛刺缺陷。,（3）夹砂,夹砂缺陷在类型上有两种：夹砂与结疤，如图8-4所示。 型砂的膨胀与其矿物组成及紧实程度有关： 1）硅砂的膨胀随温度的升高而不断增大，在573温度 时，发生-石英向-石英的转变，线膨胀总量达1.375%， 这种膨胀又称“低温膨胀”。 2）型砂紧实度不太高时，砂粒间孔隙大，砂型受热砂 粒“低温膨胀”时可以无阻地自由微观膨胀，砂型的宏观膨胀 就小，犹如砂型能自行适应和
2、吸收“低温膨胀”；如型砂的紧 实度较大，砂型的受热膨胀受阻，会导致砂型宏观膨胀增 大，出现膨胀缺陷的可能性增大。,3）解释“膨胀缺陷”的“膨胀-应力理论”认为：膨胀缺陷经过三个阶段。即： a.砂型表面受热迅速膨胀， b.砂型表层脱离砂型本体而凸起， c.砂型表层（干砂层）破裂、金属侵入而造成夹砂。 夹砂产生倾向 = 铸型表层膨胀力/高湿度弱砂带强度。 高湿度弱砂带的热湿拉强度越低，产生夹砂的倾向越大。 提高型砂热湿拉强度的作用对防止夹砂，效果好。,（4）鼠尾,鼠尾的形成过程如图8-7所示。它常出现在铸件的平面 上，特别是铸件的下平面上。 消除鼠尾的根本措施是：减少膨胀力，可在型砂中加入减少砂型
3、膨胀量的附加物，最有效的是加入纤维物和木屑。,（5）毛刺,由于砂型（芯）受热膨胀导致开裂成缝，金属液渗入缝 中所形成的刺状金属突起物，称为毛刺。砂型（芯）的工作 表面开裂缝呈网状时，所形成的网状金属毛刺称为脉纹。 硅砂的受热膨胀，是产生毛刺与脉纹的根本原因。 型砂组成不合理（如颗粒筛号比较集中）会增加砂型的宏观膨胀量；铸铁的碳、硅和磷含量高，金属液的流动性好，都会加剧铸件表面的毛刺量；砂型局部过热，冒口太接近砂芯头部位等都易使砂型（芯）开裂成缝而形成毛刺。,为了防止毛刺，要求浇注时，芯砂或型砂有较高的热变 形量。砂型热变形量过低时，可采用下列措施改进： 1）控制细粉含量，使之低于8%12%；
4、2）加木屑12%； 3）对水分和型（芯）砂混碾质量应严加控制；等等。,4、充填缺陷,金属液充填铸型型腔时，充填得不完整，或金属液机械 冲击或冲刷而导致铸型损坏所产生的铸件缺陷，称为充填缺 陷。 充填缺陷可分为：金属液流动缺陷、金属液机械致损缺 陷两类。 （1）金属液流动缺陷 流动缺陷是指：金属液充填铸型型腔不完整，造成的铸 件缺陷。 流动缺陷主要包括：冷隔、皱皮与皱纹、浇不到、飞翅 等。,1）冷隔：冷隔呈“裂纹”状缝隙，但缝隙带有圆角的棱边，如图9-5所示。,产生冷隔的原因是：金属液流动能力弱、浇注速度过慢、 型腔内空气未驱赶尽。 消除措施包括：提高浇注温度、增加金属液的流动性、 改进浇注系统
5、和排气能力。,2）皱皮与皱纹：铸件整个表面布满绵延不绝的皱纹，这种表面缺陷称为皱皮。如图9-8、图9-9c所示。,合金中有易氧化的元素，如Mn、Si且含量较高时（象硅 锰低合金钢ZG20、MnSi），极易形成皱纹，又称水平流痕。 其形成过程为： a.在钢液的充型过程中，随着型腔内上升液面温度的降低液面形成氧化膜，液面继续上升使氧化膜粘附于型壁上，钢液面漫过氧化膜留下痕迹； b.当液面温度下降到凝固温度范围时，液面结壳，更严重地阻碍型腔内液面的上升运动，但型腔内液面克服阻力，突破液面壳之阻力漫过它继续上升，结果在“金属/铸型”界面上留下痕迹，即：皱纹。 铸钢薄壁件表面上易出现的这种皱纹缺陷，其防
6、止的根 本措施为：提高钢液在型腔内的上升速度（不低于 18mm/s）；采用还原性气氛保护上升的金属液面，使型腔 中CO/CO2、H2/H2O的比值增大。,3）浇不到：铸件不完整（如图9-10所示），有停止流动的流头残迹。,浇不到缺陷形成的主要原因是：浇注温度不够、浇道过 小，金属时排气孔数量不够。 消除浇不到缺陷的措施有：提高浇注温度、加大浇道尺 寸、改进排气系统。,4）飞翅：垂直于铸件表面上的薄片状金属突出物，称之为飞翅，或称披缝。,飞翅缺陷形成的主要原因是：上、下分型面或铸型芯座 与砂芯芯头之间的装配间隙过大，浇注时造成液态金属钻入 缝隙中。 消除飞翅缺陷的措施有：控制上、下分型面或铸型芯
7、座 与砂芯芯头之间的装配间隙，对工艺缝隙进行填补等。,（2）金属液机械致损缺陷,金属液机械致损缺陷，是指液态金属对砂型型腔表面的 冲击、冲刷，造成砂型被损坏而产生的铸件缺陷。 金属液机械致损缺陷主要包括：冲砂、胀砂、抬箱、跑 火、钻芯等。 1）冲砂：是指充型金属液将砂型或砂芯表面砂粒或局 部砂块冲刷掉。 冲砂引起的缺陷，通常位于铸件的浇口附近。引起冲砂 缺陷的首要原因是型砂的干强度太低、浇注时间过长。,2）胀砂：是指铸件形状与图样不符，铸件外表面、内 表面局部胀大的多肉缺陷，同时伴随缩孔、缩松、重量超差 等缺陷。如图9-12所示。 胀砂是砂型不能抵挡金属施加的压力，发生二次紧实而 产生的缺陷。
8、如铸铁件凝固时，共晶转变产生的共晶膨胀压 力，在这种压力下，砂型被二次紧实发生型腔整体扩大。 紧实度或硬度较大的铸型，如高压造型、干型、化学粘结剂砂等有较高的抗胀砂能力。,3）抬箱：铸件在分型面处存在着极为严重的飞边，即 有厚片状的、表面光滑的、周边不规则的金属凸出物，其厚 度有时与铸件所增加的高度相等，这种缺陷称为抬箱。 抬箱缺陷产生的原因是：砂型的压铁重量太轻；或上、 下型夹紧不当，液态金属静压力过高等。 4）跑火：又称型漏，“火”代表金属液，是指金属液充型 超过分型面进入上砂型后，分型面处，由于种种原因有泄漏 口使金属液决口流出型外。 跑火缺陷的主要原因是：砂型浇注前泥封分型面不严、 压
9、铁太轻、落砂太早等。,5）钻芯：型腔内金属液钻入砂芯内的通气道流入砂芯 内部。 钻芯缺陷的主要原因是：砂芯头与砂型芯座之间，或砂 芯顶面与型壁之间的装配间隙太大、内浇道直冲砂芯，产生 偏芯等。,5、夹杂类缺陷,（1）定义：在铸件内部或表面存在着化学成分、物理 性能不同于基体金属的组成，这种组成物称为夹杂。 由尺寸大小分类，可分为宏观夹杂物和微观夹杂物。由 夹杂物不源分类，可分为内生夹杂物和外来杂物。由夹杂物 成分分类，内生夹杂物主要是氧化物、硫化物、氢化物和低 熔点渗出物，外来夹杂物主要是渣滓、型砂、芯砂、涂料等。 （2）豆类夹杂物：铸件内部或表面有孔洞（气孔或缩 孔），孔洞中有金属珠；或铸件
10、表面有金属珠，这些金属珠 类夹杂物，形似豆，统称为豆类夹杂缺陷。俗称“铁豆”。 主要类型有：冷豆、内渗豆、外渗豆等。,1）冷豆：铸件内部或表面有气孔，孔中有金属珠粒， 豆与铸件本体不熔合但相连。如图101所示。 其形成的原因主要是：浇注充型时，发生飞溅，形成金 属液珠，液珠表面氧化，有氧化膜；再发生反应： Fe+CFe+CO，形成包围着液珠的气孔、液珠凝固后，成 为气孔中的金属豆。铸铁铸钢中称为“铁豆”。冷豆形成过程 是：先为豆、后有气孔。 正确设计浇注系统、控制湿度过高、浇注时不发生飞溅 等，可克服冷豆缺陷。,2）内渗豆：铸件的内部孔洞类缺陷（气孔、缩孔）的 孔壁上，有金属珠，即金属豆附壁而
11、生。其目视特征与冷豆 相似，主要差异是：内渗豆的化学成分与铸件本体的不一 致，是一种低熔点的熔体成分。灰铸铁件最容易产生内渗豆 缺陷。 其形成的原因，同冷豆的形成相反。它是铸件内部，在 凝固时期，先形成孔洞类缺陷（如气孔、缩孔等）；再在铸 铁件凝固时，在共晶团晶间的含磷量高的低熔点共晶成分熔 体，在铸铁内、外压力作用下，被挤入气孔或缩孔的孔洞 中，渗在孔壁上，形成金属豆。即先有孔洞，后有金属豆。 消除铸铁件凝固时形成内部自由表面的孔洞类缺陷 气孔、缩孔等，可以防止内渗豆缺陷。,（3）夹杂缺陷：,夹杂缺陷可分成：金属夹杂物、夹渣、砂眼、氧化膜夹 杂等。 1）金属夹杂物：主要是熔炼时中间合金未熔尽
12、以小颗 粒形式存在于合金熔液中；或炉前孕育或变质处理用的中间 合金颗粒，未熔化浇注随着液流进入型腔而形成金属夹杂物。 图107是灰铸铁件断口中的金属夹杂物。,有色金属铸件中，常出现金属夹杂物缺陷。主要防止措 施是：保证金属炉料的纯净度，防止混入外来金属。,2）夹渣：是指铸件内部或表面有外来的非金属夹杂 物，统称为“渣滓”。 夹渣的目视特征是：形状极不规则的孔穴内，包容着渣 滓。 按形成时间的先后，有一次渣滓和二次渣滓两类： 一次渣滓，是指合金冶炼或熔炼时的冶金熔渣（氧化渣、还原渣、酸性渣、碱性渣等）或熔剂所形成渣滓；或金属液同炉衬、包衬相互作用生产的渣滓；或金属液炉前处理（孕育或变质等）生成的
13、渣滓。 二次渣滓，是指金属液在浇包内挡住或除去一次渣滓 后，进行浇注直至充型过程中，由于金属液的二次氧化或其 它各种原因而形成的渣滓。,图1012为球铁曲轴在上型中的上表面产生的夹渣，这 种夹渣声称为“黑渣”。黑渣由多种氧化物组成（MgO、FeO、Al2O3、SiO2稀土氧化物），是一种二次渣滓的夹渣缺陷，实际上是氧化膜的夹杂类缺陷。,防止夹渣缺陷的措施为： i. 金属液的过滤，净化金属液； ii. 在熔炼工艺，控制金属炉料，尽少带入夹杂物。 iii. 合理设计浇注系统，具有挡渣功能，使金属液平稳充 型。 iv. 提高浇注温度，良好地挡渣，可有效防止球铁黑渣。,3）砂眼：铸件表面或内 部包容着砂粒的孔穴，称之 为砂眼。如图1013所示。 砂眼缺陷形成的主要原 因是： 金属液充填型腔的冲 击力和紊流液流的冲刷作用，砂 型的紧实度不足，砂粒间的孔 隙大，金属液就易钻入；砂粒 间结合力弱，钻入砂粒间的金 属液就会把砂粒挤出来形成砂眼。,4）氧化膜夹杂：铸件表面或内部有金属液充型时形成 的氧化膜。易生成氧化膜的铝合金、纯铜、球铁（二次渣 滓）。 防止措施：浇注时，金属液应避免液流表面发生二次氧 化；对于球铁，过高的残余镁量，会增大氧化膜夹杂形成的 倾向。,Thanks !,
