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1、2006.4.1 熔模铸件缺陷分析及对策 马吉生 介绍 1977年毕业于清华大学机械系铸造专业 中国铸协精铸分会副秘书长 中国铸协教育培训委员会委员 北京亚新科天纬公司精铸高级工程师 人力资源高级顾问 联系电话: 83693240(O) 63851604(H) 精铸件常见缺陷分析和对策 缺陷分析 铸件尺寸精度超差 铸件表面粗糙 铸件表面缺陷：粘砂、夹砂、鼠尾与凹陷 麻点、鼓胀、金属刺、金属珠 孔洞类缺陷： 缩孔、缩松、气孔、渣气孔 裂纹缺陷： 冷裂、热裂 其它缺陷： 铸件脆断、变形、表面脱碳。 铸 件 质 量: 铸件质量标准: 产品质量 (狭义的) 工程质量 (广义的) 国标 (GB) 国际标
2、准 (ISO) 行业标准 企业内控标准 前 言 铸件质量标准定量地表示铸件满足一定要求的适 应程度。 1. 铸件精度标准 2. 铸件表面质量标准 3. 铸件功能质量标准 前 言 铸件缺陷 广义的铸件缺陷指铸件质量特性没有达到等级标准 ，铸造厂质量管理差， 产品质量得不到有效保证。 （工程质量 问题） 狭义的铸件缺陷是铸件可检测出的：如尺寸和重量超 差、材质不符合验 收技术条件。（产品质量问 题） 使用可熔(溶)性一次模和一次型(芯)，不用 开型起模，无分型面。 采用涂料浆制型壳，涂层对蜡模（易熔模） 复印性好。 采用热壳浇注,金属液充型性好。 熔模铸件缺陷分析及对策 熔模铸造的工艺特点归纳起来
3、为三点： 熔模铸造工艺的局限性 1、工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工 艺因素多。 2、原辅材料种类多，不宜控制其质量的好坏，不 同程度的影响铸件质量。 熔模铸造工艺的局限性 3、适宜中小型铸件，有一定的限制。 4、生产周期长。 5、铸件的冷却速度较慢，易产生铸件晶粒粗大， 碳钢件还容易形成表面脱碳层。 一、铸件尺寸超差 影响铸件尺寸变化的因素有五个方面: 、铸件形状、大小和结构 、压型 、制易熔模 、型壳 、浇注工艺 工艺过艺过 程尺寸变变化温度变变化区间间 压压 型20 -40 -20 蜡 模收缩缩70 -20 型 壳20 -30 型壳内腔 （脱蜡并干燥24小 时时） 收缩缩 160
4、-20 96 -20 型壳内腔（焙烧烧后 ） 膨胀胀 20 - 1100 金属浇浇注收缩缩800 -1600 -20 熔模铸造生产铸件尺寸变化过程： 1、模料及制模工艺对铸件尺寸的影响 (1) 模料的影响： 填充蜡， 非填充蜡，再生蜡 (2) 造成熔模尺寸偏差的制模工艺因素： 压注设备、压蜡温度、压注压力、流动速 度，保温时间、压型温度、开型时间、冷却方 式、室温等因素波动而造成。 铸件尺寸超差 铸件尺寸超差 压注时间： 压注时间包括充型，压实，和保压三个时间段。延 长压注时间可减小收缩率。 压蜡温度; (与压注时间长短有关）压注时间短时，压蜡温度上 升收缩率增大，压注时间长（增加到35秒以上
5、）随着压蜡温度上 升蜡模收缩率反而变小。 压注压力： 压力增大收缩率略有减小，压蜡温度高时压力增大 的效果会更明显一些。（但延长压注时间会减小压力的影响） 流动速度： 改变注蜡口截面积。 改变压蜡机模料流速的设定， 此方法对蜡模收缩率影响较小。 压注设备： 压蜡机冷却系统对蜡模收缩率可能产生0.3%的影响 。压型温度高，蜡模冷却慢，收缩大。起模时蜡模温度高，收缩 就大（此时蜡模处在自由收缩状态），反之则小。 其它 根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理 的压注工艺参数。 2、为了减少熔模尺寸偏差对铸件尺寸的影响， 应注意以下几个方面： 采用线收缩小的模料，且注意保持模料的工 艺性能。 铸件尺寸
6、超差 保证工作环境温度、恒温，并注意对尺寸精 度要求高的熔模取模后的存放时间。 手工压蜡时，注意锁紧力的均匀、注射力、 保压时间及取模时间的合理。 铸件尺寸超差 型壳热膨胀影响铸件尺寸，而型壳热膨胀又和 制壳材料及工艺有关。 铸件尺寸超差 3、制壳材料及工艺对铸件尺寸的影响 性 能 耐火材料 名称 熔点 （） 耐火度 （） 密度 （g /cm3 ） 膨胀胀 系数 10-7 （1 / ） 多晶 转转 变变 石英171316802.65-123有 熔融石英17132.25 电电熔刚刚玉2030- 2050 20003.99- 4.0 86 莫来石18103.1654 高岭石熟 料 1700- 19
7、00 2.62- 2.65 50有( 轻轻) 铝铝矾矾土熟 料 18003.1-3.550-80 锆锆英石19483.9-4.946 常用制壳耐火材料部分性能 对熔模铸造型壳影响其热膨胀的首先是所用的耐 火材料，它直接影响着铸件尺寸，耐火材料膨胀系 数大的，对铸件尺寸精度影响就越大。 铸件尺寸超差 浇注时型壳温度、金属液浇注温度、铸件在 型壳中的位置均会影响铸件尺寸。 铸件尺寸超差 4、浇注条件对铸件尺寸的影响 浇注时型壳温度在室温至900之间变化时， 铸件尺寸变化将达1.5%。 金属液浇注温度改变了型、芯的过热情况，从 而使金属冷却时受阻程度不同造成铸件尺寸的 波动。 铸件尺寸超差 相同铸件
8、处于不同浇注位置时，金属液实际温 度及铸件所受压力均不相同，也会引起尺寸的 波动。 熔模铸件表面应光洁，表面粗糙度应为 Ra3.2 0.8m。 二、铸件表面粗糙 铸件表面粗糙是指熔模铸件表面粗糙度达不到要求。 1、影响熔模表面粗糙度的因素 压型表面粗糙度 压制方式（糊状模料压制或液态模料压制） 压制工艺参数 模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方式的关系 糊状模料压压制液态态模料压压制 压压型表面粗糙 度R(m) 熔模表面粗糙 度R(m) 压压型表面粗糙 度R(m) 熔模表面粗糙 度R(m) 0.0121.60.0120.025 0.201.60.0250.050 1.63.20.1000.10
9、0 3.26.30.200.20 铸件表面粗糙 压制工艺参数 采用糊状模料压制熔模时，模料温度、压型 温度、压注压力、保压时间等都会对熔模表 面粗糙度产生很大的影响。 铸件表面粗糙 模料温度和压型温度低，压注压力小。保压 时间短及压射速度慢均会使所制熔模表面粗 糙度高。 铸件表面粗糙 要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几 个方面： 讲究压型制作质量。 根据熔模结构,大小,形状的不同,合理选择压 制工艺参数。 注蜡道尺寸应根据熔模大小合理设计。 在熔模表面粗糙度合格的条件下型壳表面粗糙度将 成为影响铸件表面粗糙度的另一个重要因素。 铸件表面粗糙 2、影响型壳表面粗糙度的因素 影响型壳表面粗糙
10、度的因素主要有面层涂料对熔模的 湿润性，即复印熔模的性能；其次是涂料的粉液比要足 够高，使制得的面层致密；第三是面层的干燥条件。 对熔模表面应清洗干净，去除油等物质。 对水基粘结剂水玻璃、硅溶胶的涂料加入适量的润 湿剂（表面活性剂）。 面层涂料的回性 面层涂料配制好后，不能马上使用，要经过12小时 左右的回性使粘结剂与耐火粉料充分湿润后再用。 铸件表面粗糙 涂料的湿润性 为使涂料能很好的湿润熔模，应注意以下几个方面： 铸件表面粗糙 硅溶胶和硅酸乙酯水解液粘结剂本身粘度小，故 配制的面层涂料粉液比较高。 面层涂料粉液比对型壳致密性的影响 水玻璃粘结剂因自身粘度高，故水玻璃涂料粉液 比很低，但也可
11、以通过降低水玻璃密度：1.26 1.28g/cm3，模数M3.03.2及采用级配石英粉来 提高粉液比。 关于级配粉对面层涂料的作用 级配粉是按照一定要求配制的粒度分布合理 的耐火材料,粒度有粗、有细，分布分散，平 均粒径适中，用级配粉配制的涂料在高粉液 比的条件下，仍有适宜的涂料粘度和良好的 流动性。 铸件表面粗糙 面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度的影响 面层干燥硬化条件对型壳表面粗糙度也有很 大影响： 铸件表面粗糙 对于水玻璃型壳，面层制好后，硬化前应先进行 12小时以上的自然干燥，使其面层中的溶剂缓 慢的挥发一部分，以缓冲型壳放入硬化液中的硬 化速度，减少对型壳表面粗糙度的影响. 对于硅溶
12、胶型壳，面层的干燥应在湿度相 对高些55% 70%，温度24 26（恒 温条件下）及风速1米/秒的工艺条件下 进行面层的干燥。 铸件表面粗糙 3、金属液精确复型的影响因素 足够高的型壳温度 适宜的浇注湿度 浇注和金属液凝固过程中，铸件表面会氧化， 而造成铸件表面粗糙。 金属液的二次氧化物与型壳中的氧化物有可能 作用，增高铸件的表面粗糙度。 铸件表面粗糙 4、其它影响铸件表面粗糙度的因素 金属液凝固过程中的二次氧化的影响 采取铸件在保护气氛下冷却是防止上述不良因素和 获得优质铸件表面很重要的一环。 采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度 较好的方法。 喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙 度好2级
13、以上。 铸件表面粗糙 清理对熔模铸件表面粗糙度的影响 清理对熔模铸件表面粗糙度的影响也很大， 应注意以下几个方面： 铸件的热处理应采取防氧化保护措施，以免因 铸件表面氧化而增加铸件表面粗糙度。 整组铸件组振壳后，先喷丸再切割，个别清 不到的地方采用喷砂处理。减少或不用在抛丸 滚筒中进行清理。 铸件表面粗糙 1、粘砂 三、铸件表面缺陷 铸件表面缺陷 特征： 粘砂是熔模铸造中常见的一种表面缺陷。 它的特征是在铸件表面上粘附一层金属与型壳 的化合物或型壳材料。 铸件表面缺陷 面层为硅砂粉的型壳，浇注铸钢件时，由于 型壳中存有氧化性气氛，使金属表面氧化： 2Fe + O2 = 2FeO (氧化亚铁)
14、（液、固） （气） （液、固） 形成原因： 氧化亚铁(FeO)与硅酸粉中的主要矿物成分石英相作 用发生下列反应： 2FeO + SiO2 = 2FeOSiO2 (硅酸亚铁) 铸件表面缺陷 铸件表面缺陷 生成的硅酸亚铁（铁橄榄石) FeOSiO2熔点仅 1205C，在高于熔点温度时，有很好的流动性，能湿 润溶解石英，型壳表面被硅酸亚铁腐蚀后，颗粒间孔 隙则不断扩大， FeOSiO2进一步渗入，凝固后将砂粒 和铸件粘结在一起，形成了化学粘砂。 在金属液中镍、铬、钛、锰等合金元素易氧化。 他们的氧化物在高温时与型壳中SiO2反应生产低 熔点化合物，造成化学粘砂。 当石英粉中存在金属氧化物Fe2O3等
15、有害杂质时, 会显著降低型壳耐火度，使粘砂更为严重。 铸件表面缺陷 铸件表面缺陷 浇注温度过高，钢水氧化，与型壳发生界 面反应,造成化学粘砂。 浇注系统设计不合理，造成型壳局部过热， 也会造成化学粘砂。 防止措施 严格控制面层涂料及撒砂中的杂质含量，特别 是Fe2O3含量。 正确选择型壳耐火材料，做高锰钢和高温合金 钢铸件时，面层涂料、撒砂应选用中性耐火材 料为宜，如电熔钢玉或锆英砂粉等。 铸件表面缺陷 合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免金属液 氧化并充分脱氧、除气。 在可能的条件下，适当降低金属液浇注温度， 薄壁件以提高型壳温度，尽量做到出壳后马 上浇注为宜。 铸件表面缺陷 改进浇注系统，改善型壳散热条件，防止局 部过热。 2、 夹砂、鼠尾 铸件表面缺陷 铸件表面缺陷 特征: 夹砂 铸件表面局部呈翘舌状金属疤块， 金属疤块与铸件间夹有片状型壳层 (砂),又称结疤夹砂。 铸件表面缺陷 鼠尾 铸件表面呈现条纹状沟痕。夹砂鼠 尾是熔模铸造中常见的表面缺陷， 常出现在铸件大平面或过热处。 型壳分层，主要有以下几种情况: 面层涂料撒砂后干燥、硬化不良。 面
