消失模铸造最让人头疼三孔缺陷怎样防治？

老翻砂匠

      消失模铸造最让人头疼三孔缺陷怎样防治？

8 ^7 z4 T  o( ^+ u+ c" O    这里所讲的消失模三孔缺陷是气孔、缩孔、渣孔的统称。非加工类铸件，如高锰钢、耐热钢铸件，大都是铸态使用，对三孔的要求很少，只要材质合格、尺寸合格、表面光洁就可以交付使用，一般用户也没有特殊的要求。然而碳素钢、不锈钢、铸铁铸铜件大都需要机械加工，有些特殊铸件还要进行解剖，压力极限爆破等破坏性试验，重点部位不允许焊补及组织偏析。我们的消失模铸造企业，在生产全加工铸件及有以上特殊要求的铸件时纷纷受阻，既使最终得以解决，也要付出很大的代价，一定程度上影响了消失模铸造的应用范围。
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　　消失模铸造极具特殊性，干砂造型无任何粘结剂，实型及浇注统无需取出，极大地改善了铸件设计自由度，提高了铸件的表面光洁度及尺寸精度。负压的引入控制着干砂的硬度及退让性，排除裂解气体的同时提高了液态合金的充型能力，群铸工艺有利于提高工艺出品率，这些都是对传统铸造颠覆性的革命，很多深层次的规律要靠产学研各界通力合作多年才能逐步得以认清，各类铸造缺陷与传统铸造在形成机理方面大有不同，我以下就结合生产实践与诸位交流。
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　　消失模的充型过程中，强大的热辐射作用，使金属前沿与泡沫间形成不规则的间隙层，以底注为例，金属充型前沿呈“凹”字型，对应的泡沫端呈锯齿型或指型。合金前沿漂浮着未能彻底清除的固体渣质及未充分气化的液相泡沫，由于间隙内是正压，涂层外呈负压，气压差迫使固态渣质及液相泡沫随气体的逃溢方向流动，气体以小分子状态存在容易被负压排出型外，而固体杂质被挡在了涂层内壁，亦即铸件的表面形成表面渣坑，这是消失模铸造较传统铸造内部渣孔减少而外面渣孔突出的主要原因；液相泡沫同样也被排挤在金属一涂层界面，部分被涂层吸附，部分二次气化，二次气化的气体大部分溢出型外，少量侵入金属形成表层气孔。铸件的冒口一般设计在顶端，而且是暗冒口，无法通过补浇的方式得到高温金属，聚集的金属全是被汽化吸热降温后的金属，补缩效果不佳，缩孔机率增大。气孔、渣孔、缩孔、炭缺陷在消失模很多的工艺控制方面有雷同之处，且不互相矛盾，所以在此以消失模铸造气孔的防治为主线，一同阐述防治措施。
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　　气孔的术语定义：金属液在凝固过程中，陷入金属中的气泡在铸件中形成孔洞，称之为气孔。
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* M7 t! ?8 K! i8 z' L　　气孔分侵入气孔、裹携气孔、析出气孔、内生反应气孔、外生反应气孔，气孔的形成机理极为复杂，还存在着地域特点和季节特点，与合金的凝固形式有很大的关系。各类气孔在传统铸造中的形成机理及预防措施这里不再多讲，只是结合消失模铸的工艺特性本身作简明的阐述。
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　　消失模铸造的充型过程中，泡沫模型在强大的热辐射作用下，发生巨烈的裂解、气化、融化，产生大量的小分子气体和部分液相泡沫及少量灰份，随液态合金前沿的推进而退让，合金逐层置换泡沫模具所占的空间。消失模铸造的充型速度既受重力影响，又受负压的影响，而且负压的引入极大地提高了合金的充型能力和充型速度，所以我们消失模铸造要用比较大的浇口杯及采用比较快的浇注速度，如果浇注过程中浇口杯未能充满，那么，渣质及空气随浇注系统进入铸件，轻则气孔夹渣，重则塌箱溃型。以上只是对消失模浇注和充型过程的基本描述，那么消失模铸造的三孔缺陷如何形成，何时形成，我们又将如何防范呢？
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　　一、消失模铸造产生气孔的原因大致如下
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2 z. d5 y6 r) M- f+ j7 F　　1、泡沫模型气化分解生成大量的气体及残留物不能及时排出铸型，泡沫、涂料层填充干砂的干燥不良，在液态合金的高温包围下，裂解出大量的氢气和氧气侵入铸件是形成气孔的主要原因。

　　2、钢水脱氧不良、炉台、炉内、包内除渣不净，镇静时间过短，浇注过程中挡渣不力，浇注工艺不合理造成渣孔。

　　3、由于浇注系统设计不合理，金属液的充型速度大于泡沫气化退让及气体排出速度，造成充型前沿将气化残留物包夹在金属液体中再次气化形成内壁烟黑色的分解气孔。
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　　4、浇注温度低，充型前沿金属液不能使泡沫充分气化，未分解的残余物质来不及浮集到冒口而凝固在铸件中形成气孔。

3 `# t( J% z4 V5 i, f, ~　　5、内浇道开设位置不合理，充型时形成死角区，由于型腔内气体压力作用，使气化残留物积聚在死角处形成气孔，内浇道截面积过大，使充型速度大于泡沫气化退让速度，吞食泡沫，在合金内部分解气化，而气体无法排出形成气孔。
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　　6、涂料的透气性差或者负压不足，充填砂的透气性差，不能及时排出型腔内的气体及残留物，在充型压力下形成气孔。

' T& ?0 d0 a5 q; ~( I　　7、浇注速度太慢，未能充满浇口杯，暴露直浇道，卷入空气，吸入渣质，形成携裹气孔和渣孔。
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　　8、浇口杯容量太小，金属液形成涡流，侵入空气生成气孔。

9 h( n7 c: u0 Q8 B　　9、浇口杯与直浇道以及浇注系统之间的连接处密封不好，尤其是直浇道与浇口杯的连接密封不好，在负压的作用下很容易形成夹砂及气孔，这种现象可以用伯努利方程计算和解释。
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　　10、型砂的粒度太细，粉尘含量高，透气性差，负压管道内部堵塞造成负压度失真，使型腔周围的负压值远远低于指示负压，气化物不能及时排出涂层而形成气孔或皱皮。

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$ D' _+ i  d, P7 B    二、控制气孔缺陷的工艺措施

. e; P" l4 z( s7 N0 a7 B3 M+ n　　1、选择适宜的模型材料
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% K- p) @& H% X7 b- Z　　采用共聚泡沫作模型材料，由于共聚物是拉链式分解，一次性气化程度高，液相比例小，小分子气体很容易从涂层溢出。白模密度在强度和光洁度保证的前提下尽可能小一些，减少发气总量，浇注系统采用空心直浇道并加设过滤器，对液体合金进行机械挡渣、吸附梳流，使充型更平稳。

* T$ `! y! F3 |" n  V　　2、浇注系统的及保温冒口的使用

& V& z  E9 o, N/ U* a+ s  y　　内浇道的开设要有利于合金的顺利平稳快速充型，不形成死角区，在铸件的顶部设置大气压力保温冒口，集渣补缩于一体，相关部位设置随形隔砂冷铁，实现铸件的顺序凝固，把合金内的气体、渣质及气化残留物上浮到冒口部位，减少气孔、渣孔、缩孔产生的机率。实践证明，纸浆冒口、漂珠冒口的补缩效果优于泡沫球形冒口，并可以综合使用冒口覆盖剂。
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) v3 I6 t) [9 g2 M8 M　　3、提高涂料的透气性

1 u5 y3 A, ]3 f3 R7 \2 _2 u4 d7 ~2 q　　耐火骨料的粒度要适宜，骨料中70－100目砂状物质要含10－15%，采用复合悬浮剂粘结剂，配制的涂料具有高低温强度好，耐磨损，易涂刷，不开裂，排气能力大，透气性好，烧结均匀，开箱易脱落剥离，不与合金润湿及化学反应，一般铸件涂刷2遍，涂层厚度1－1.2mm 。

2 `5 @0 L/ j6 B3 R0 t: e* u) q　　消失模涂料的质量管理十分关键。在大量生产时，定期检渣涂料的透气性，及时调整骨料的粒度。由于涂料的粘结剂、悬浮剂中含有机物质，夏秋季节特别应该注意涂料的发酵酶变，合格的铸件离不开最佳的涂料，控制涂料的质量不可轻心。
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　　4、浇注温度要适宜

( T2 |8 Q  _; Z　　由于消失模的充型过程中要放热气化泡沫，建议黑色合金的浇注温度较砂型铸造高30－50℃ 。金属液与泡沫的热作用受浇注温度的制约，浇注温度适宜热解充分，模样的热解产物主要呈小分子气态，在负压场的作用下容易排出型腔，当浇注温度低时，模样的热解不充分，液相残留物会堵塞涂料层，热解气体排出受阻，型腔内形成反压力，充型流动性由此下降，再加上凝固速度快，合金内的气渣来不及浮集到冒口内，生成气孔的机率增大。浇注温度要与冶炼的合金相匹配，以避免因温度高而产生的其他铸造缺陷。
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　　5、钢水的最终脱氧和包内镇静
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' z. |6 @. J& l, Y: ?$ F　　消失模遵循高温出炉低温快浇的原则。高温出炉是为包内镇静留下适宜的时间，钢水最终脱氧除渣是减少三孔缺陷的先决条件，出炉前取样观察钢水的收缩状况，如果试样不收缩不允许出炉，炉衬、包衬、炉台要保持清洁卫生。
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' h  x6 k- ?" {　　6、合理的浇注位置

　　铸件的最佳浇注位置是充型时获得良好的气化条件及排气条件，便于气化除渣，选择立浇或斜浇，也即遵循侧表面积最大化的原则，浇注系统应具备挡渣集气及补缩功能。
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　　7、合理的浇注工艺和负压度
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4 `8 p, b7 r! m% k8 g/ \) F5 q3 |　　消失模的浇注工艺是以充满浇杯封闭直浇口为原则，如果浇注速度忽快忽慢，使充型造成剧烈的紊乱并在型腔内剧烈沸腾，将来不及气化的泡沫包挟在合金液体内形成气孔，特别不允许暴露直浇道使渣气侵入，理想的浇注速度是液态合金的充型速度等于或略小于模型的气化速度。工艺要点如下：

　　（1）采用空心直浇道并加设过滤器或采用专人强化挡渣。
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　　（2）浇注速度，尤其是在航车的提升停顿瞬间力求均衡、力戒断流，浇注过程始终充满浇口杯，浇注进入尾期慢慢收包，使渣、气及气化残留物有充分的时间浮集到冒口里。

$ i8 l4 b& v. [　　（3）铁水包内一定要有富裕的铁水，不然必然把含渣的铁水倾泻进铸件，摇包不如底漏包，如果资金允许，采用自动浇注机，那将大大减少人工浇注所形成的缺陷。

4 j: v2 M# k6 L5 A  f* B8 X$ z9 h　　（4）确定合理的真空度。真空度过高加剧液态合金渗透性粘砂，并且造成附壁效应，不利于液相泡沫被涂层吸附生成很多气孔。适宜的负压是排气的保证，也是防治粘砂的措施，浇注过程中建立合理的负压场，使抽气量大于发气量，紧固干砂，保证铸件几何尺寸，缩短凝固时间，阻止气孔扩散、长大，因为浇注停止后，金属与涂层界面的液相涂沫的分解还在进行，负压作为消失模铸造的主要控制因素，这些年有很多的的企业错误地认为通过提高负压可以排出钢水内的气体（特别是含氮钢种），负压排气只能排出钢水前沿至泡沫间隙内的气体，液相物质与涂层先润湿再气化：钢水内的氢氮在浇注过程中负压无法提出。
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& b- f" u" X+ k　　（5）发泡模。涂料层必须干燥彻底，型砂必须干燥。模型随装随取，减少在空气中的暴露时间防止涂层吸潮，在阴雨季节及南方和沿海高湿度地区尤其注意，看得见的水分和看不到的水分对消失模铸造都有负面影响，如果干燥不彻底，气孔、粘砂、变形会同时反映在同一批铸件上。
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# |$ _  I" n: Z# r/ @  ]1 _! \' f　　（6）模具粘合过程中，应选用专用的热熔胶或冷胶，在保证粘牢的情况下用量越少越好，有条件的企业建议使用机械粘合，尽量避免使用汽化缓慢的白乳胶。

　　以上我简要阐述了消失模三孔缺陷的形成过程和防治措施，希望生产企业在结合本公司产品的实际生产中要系统分析，统筹解决。消失模铸造对生产工序的工艺要求及原辅材料的要求极其严格，而我们近半数企业粗放管理，工艺无文件，操作无计录，出现质量问题谁都有责任，谁都无责任。治理任何缺陷都要系统解决，不要头痛医头，脚痛医脚，《黄帝内经》上讲“病而药之，犹渴而掘井，不亦晚矣……，不治已病治未病”。同样，消失模的质量问题靠科学高效的工艺控制来实现，靠层层把关来实现，如果每道工序都达标，那么，我们生产的就是铸造精品。
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zclmary

学习了  虽然干的是灰铁 但是气这方面还是有许多共通的地方

老翻砂匠

zclmary 发表于 2023-5-4 09:10
学习了  虽然干的是灰铁 但是气这方面还是有许多共通的地方

: {" t& l: |2 ?3 Y' U4 W是的，有很多属于共性~