谈谈砂型铸造灰铸铁件的气孔、缩孔等缺陷

老翻砂匠

3 e7 s( K8 o) P" Y4 ^$ b$ w谈谈砂型铸造灰铸铁件的气孔、缩孔等缺陷

一、 铸件缺陷的分类
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% p# X8 [, k$ r& j8 h（1） 按工序分类

我国一些企业为了便于从统计的角度进行质量管理，将铸件缺陷按工序进行分类如下：

1）造型废。造型工操作疏忽造成的铸件缺陷。如合型时忘记吹净型腔，导致砂眼缺陷等。

. ?0 F% d( z8 p) X; O8 W( ~2）浇废。浇注工操作失误造成的缺陷。如浇包中金属液量不够而造成未浇满等。

3）料废。金属炉料配比不当或原材料使用失误造成的化学成分不合格。
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' Z0 v" F3 h* g( q  N4）毛坯废。毛坯在清理过程中产生机械损伤。
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5）芯废。制芯不当出现型芯尺寸不合格导致铸件尺寸不合格缺陷。

* j2 E2 N! k  p8 r6）混砂废。型砂、芯砂混制不当而使铸件产生的缺陷。如型砂配方不合适导致铸件表面粗糙缺陷等。

, i% _0 B& A7 j（2） 按缺陷的特征分类

* N! m# x+ B- _6 ]; D3 N铸件缺陷种类繁多，形貌各异，在GB/T5611-1998《铸造术语》中将铸造缺陷分为八大类102种，见下表。

铸件缺陷的分类（GBT5611-1998）
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二、 铸件缺陷分析与防止

铸件缺陷的种类很多，对于铸件缺陷的分析是铸件生产工艺过程控制的重要环节。经过检验发现铸件缺陷后，首先要从铸件缺陷的特征分析入手，借助多种检测手段，准确定位缺陷类型，这是分析的重点，也是难点。在此基础上，根据车间现场生产工艺条件，查找缺陷发生的具体原因，提出改进方案和措施。

（1）气孔和针孔
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+ p8 z6 ]% O2 c- P( o1）产生原因

气孔可根据产生的机理分为侵入气孔和析出气孔及反应气孔三种。在金属液中溶解的气体，当浇注温度较低时，析出的气体来不及向上逸出；炉料潮湿、锈蚀、油污和带有容易产生气体的夹杂物；出铁水槽和浇包未烘干；型砂中水分超标、透气性差；涂料中含有过多的发气材料；型芯未烘干或固化，存放时间过长吸湿返潮、通气不良；浇注时有断流和气体卷入现象。

: c( A; y. A0 l6 [# i' h0 w2）防止方法

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炉料要烘干、除锈、去油污；焦炭块度适中、固定碳含量高、含硫量低、灰分少，以提高出炉液的温度；孕育剂、球化剂和所使用的工具要烘干；防止熔炼过程中过度氧化，熔炼球墨铸铁时，尽量降低原铁水中的含硫量；型砂混制要均匀，严格控制型砂中的含水量；在保证强度的前提下，尽量减少粘土的加入量，以提高型砂的透气性；尽量减少型砂中发气物质的含量；在烘干型、芯的过程中，要控制其烘干程度；制造型砂时舂砂要均匀，型、芯排气要通畅；浇注系统设计要合理，增加直浇道高度，以提高液态金属的静压力；出气冒口要放在型腔的最高处和型腔中气体不易排出的地方。

: T9 S  |6 k  O$ ^（2）缩陷、缩孔和缩松
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1）产生原因

合金的液态和凝固收缩大于固态收缩且在液态和凝固收缩时得不到足够的金属液补充；浇注温度过高时易产生集中缩孔，浇注温度过低时易产生分散缩松；浇注系统和冒口与铸件连接不合理，产生较大的接触热节；铸型的刚度低，在液态金属压力和析出石墨时膨胀力的作用下，型壁扩张变形。

' z& b4 T. e. p4 e1 ?2）防止方法

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正确设计内浇道、冒口、冷铁的位置，确保铸件在凝固过程中不断有液态金属补充；改进铸件结构，使铸件有利于补缩；保证铸型有足够的刚度，对较大的铸件采用干型，防止型壁向外扩张。

- R+ j& p- K- j9 X/ k（3）冷裂
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% ^9 |4 m: v+ X8 j+ b1）产生原因

铸件壁厚相差悬殊，薄厚壁之间没有过渡，突然变化，致使冷却速度差别大，收缩不一致，造成铸件局部应力集中；金属液中含磷量高，增加了脆性；铸件内部的残留应力大，受到机械作用力时而开裂。

2）防止方法

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力求铸件壁厚均匀，使铸件各部分的冷却速度尽量趋于一致；尽量不使铸件收缩受阻；提高合金的熔炼质量，减少有害元素和非金属夹杂物；提高型、芯砂的质量，改善砂型、砂芯的退让性；延长铸件开箱时间，使铸件在型内缓慢冷却；对铸件进行时效处理，减少残余应力。

（4）热裂
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2 ^, \/ h' C/ G1） 产生原因

铸件壁厚变化突然，在合金凝固时容易产生应力集中；金属液中含硫量高，使金属材料产生热脆性；浇注系统阻碍了铸件的收缩；铸型和砂芯的退让性差，芯骨结构不合适，吃砂量太小等。
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2） 防止方法

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铸件设计要尽量避免厚度突然变化；铸件转角处做成适当的圆角，铸件中容易产生拉应力的部位和凝固较迟的部位可采用冷铁或工艺肋；单个内浇道截面不宜过大，要尽量采用分散的多个内浇道，内浇道与铸件交接处应尽量避免形成热节，浇冒口与铸件交接

处要有适当的圆角，浇冒口形状和安放位置不要妨碍铸件的收缩；粘土砂中加入适量木屑或采用粘结剂，以改善型砂芯的溃散性；型砂和砂芯不宜舂得过紧；改用合适的芯骨，芯骨外部要有足够的吃砂量。
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（5）冷隔

; @+ p8 I: V  @( m4 j& H- I7 R1） 产生原因

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金属液浇注温度低，流动性差；浇注系统设计不合理，内浇道数量少、断面面积小，直浇道的高度太低，金属液压头不够；金属液在型腔中的受到阻碍。
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6 ], t+ j& E( d6 C2） 防止方法

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提高浇注温度，改善熔炼工艺，防止金属液氧化，提高流动性；改进浇注操作，防止大块熔渣堵塞塞口，浇注过程中不能断流；合理布置浇注系统，增大内浇道截面积，增多内浇道数量或改变其位置，采用较高的上箱或浇口杯加强对合型、紧固铸型的检查，防止分型面和砂芯出气孔等处跑火；改变铸件浇注位置，薄壁大平面尽量放在下面或采用倾斜浇注；铸件壁厚不能过小；提高型砂透气性，适当设置出气冒口。

' ~# }! }# d8 B: K3 N4 A4 I" T  J, N（6）夹砂和结疤

2 g6 F5 E9 }. _, a1） 产生原因

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造型时紧实不均匀；型砂的抗夹砂能力差；浇注位置不合适。

2） 防止方法

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从减少型砂膨胀力入手，在型砂中加入煤粉、沥青、重油、木屑等，使型砂膨胀时有缓冲作用；湿型使用优质膨润土，以提高湿强度；型砂的粒度适当粗一些，以提高型砂的透气性，上砂型多扎气眼；造型时力求紧实度均匀，避免砂型局部紧实度过大；严格控制型砂水分，水分不宜过高；在易产生缺陷的型砂处可插钉加固，避免表层剥落；适当降低浇注温度，缩短浇注时间，使金属液快速均匀地充满型腔。
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6 X# q* ^' P: J（7）粘砂
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: s6 m- I( O, E) S6 _1 r" c# g9 Z1） 产生原因

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粘砂根据形成机理可分为机械粘砂和化学粘砂。铸件表面金属氧化，氧化物与造型材料作用生成低熔点化合物。浇注时金属液压力过大渗入砂粒间隙；当金属液温度过高并在砂型中保持液态时间较长时，金属液渗入型砂的能力强，并容易与造型材料发生化学反应，造成粘砂；造型材料的耐火度低。
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. `% Q" j0 W) @4 v7 z2 _# H2） 防止方法

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湿型在保证有足够透气性的前提下，尽可能选用颗粒度细的原砂；提高砂型的紧实度，尤其是高大砂型下部的紧实度；铸铁件湿型砂中可以加入煤粉、重油和沥青；适当降低浇注温度；减少吃砂量以提高粘砂层的冷却速度；避免型、芯局部过热；选用耐火度高或冷却能力强的造型材料。
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1 z( L0 d2 Q2 x+ c（8）夹渣

, j; ^' e3 P) e2 J+ M+ B1） 产生原因

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浇注前金属液上面的浮渣没有扒干净，浇注时挡渣不好，浮渣随着金属液进入铸型；浇注系统设计不合理，挡渣效果差，进入浇注系统的渣子直接进入型腔而没有被排出。
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+ x5 F" g* J1 d; q2） 防止方法

浇注系统要使金属液流动平稳，设置集渣包和挡渣装置；尽量降低金属液中硫的含量；尽量提高金属液的出炉温度；浇包要保持清洁，最好用茶壶式浇包；浇注前可加入除渣剂，如稻草灰、冰晶石等。
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（9）冲砂、砂眼、掉砂
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) ]& _4 T5 Q1 x8 p* D1） 产生原因

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砂型、砂芯的强度低，型、芯烘烤过度；金属液流速太快，对型芯的局部表面冲刷时间过长；分型面不平整，芯头间隙小；下芯、合型操作时型、芯局部被压破，在紧固铸型过程中受冲击碰撞，型、芯局部掉砂；型砂的水分过高且透气性差，浇注时有沸腾现象产生；砂型内散落的砂子没有清理干净，造成有散沙形成的砂眼。
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& D  D2 r9 U( X2） 防止方法

提高型、芯的强度；防止型、芯烘烤过度；防止内浇道正对型壁或转角处；受金属液强烈冲刷的部位，使用专门配置的耐冲刷及耐火材料制品；大的干型要预留合适的分型负数；型砂在合型、紧固铸型、放压铁和运输过程中，操作要小心，防止冲击碰撞；型、芯修补处和薄弱部位要采取加固措施（如插钉等）；下芯、合箱前要仔细检查，清理掉多余的砂子。

三、浇注温度与铸件缺陷的关系

1、浇注温度过高将大大提高废品比例

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浇注温度过高会引起砂型涨大，特别是具有复杂砂芯的灰铸铁件，当浇注温度≥1420℃时废品增多，浇注温度为1460℃时废品达50%。在生产中，利用感应电炉熔炼能较好地控制铁液温度。

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2、浇注温度过低时可能形成的缺陷

(1) 硫化锰气孔

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此种气孔位于灰铸铁件表皮以下且多在上面，常在加工后显露出来，气孔直径约2~6mm。有时孔中含有少量熔渣，金相研究表明，此缺陷是由MnS偏析与熔渣混合而成，原因是浇注温度低，同时铁液中含Mn和S量高。

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这样的含S量和适宜的含Mn量（0.5%~0.65%），可以显著改善铁液纯度，从而有效地防止这类缺陷。

(2) 砂芯气体引起的气孔

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气孔和多空性气孔常因砂芯排气不良而引起。因为造芯时砂芯多在芯盒中硬化，这就常使砂芯排气孔数量不够。为了形成排气孔，可在型芯硬化后补充钻孔。

(3) 液体夹渣

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加工后灰铸铁件表皮之下会发现一个个单体的小孔，孔的直径一般为1~3mm。个别情况下只有1~2个小孔。金相研究表明，这些小孔与少量的液体夹渣一起出现，但该处未发现S的偏析。研究表明，这种缺陷与浇注温度有关，浇注温度高于1380℃时，铸件中未发现这种缺陷，故浇注温度应控制在1380~1420℃。值得一提的是改变浇注系统设计，未能消除此缺陷，故此种缺陷可以认为是由于浇注温度低以及铁液在微量还原气氛下浇注时形成的。

浇注温度过低最常见的原因是浇注前，铁液在敞口的浇包中长时间运输和停留而散热。用带有绝热材料的浇包盖，可以显著地减少热损失。      （来源：联合铸造，由本人做了编辑整理）

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