消失模鑄鐵件夾雜缺陷分析及預(yù)防措施

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消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相近的泡沫模型烘干定型后，黏結(jié)組合成模樣簇，模樣簇涂刷耐火涂料并烘干后，放置在特制的砂箱中，填入干燥的硅砂中振動(dòng)造型；澆注前對(duì)砂箱抽真空形成負(fù)壓，澆注過(guò)程中，高溫鐵液使模樣簇汽化，產(chǎn)生的氣體通過(guò)涂層和型砂的間隙被抽出，液體金屬占據(jù)模樣簇位置，凝固冷卻后形成鑄件，又稱(chēng)為干砂實(shí)型負(fù)壓鑄造。

消失模鑄造同砂型鑄造相比，雖然避免了砂型鑄造的混砂、起模、修型、下芯、合型等工序產(chǎn)生的鑄件質(zhì)量問(wèn)題，可以得到表面光潔、尺寸精度高的鑄件，但消失模鑄造工藝采用實(shí)型模樣，澆注時(shí)邊充型邊汽化，存在著復(fù)雜的物理-化學(xué)反應(yīng)，如果工藝控制不當(dāng)，同樣可能產(chǎn)生鑄造缺陷。鑄件夾雜缺陷主要是夾渣和夾砂，其產(chǎn)生的原因既有相似之處，但又有不同特點(diǎn)，但對(duì)鑄件質(zhì)量的危害是相同的，特別是我公司生產(chǎn)的高速鐵路路基用配件（鐵座和鐵墊板）是非加工鑄件，如果鑄造缺陷存在于鑄件內(nèi)部，產(chǎn)生的危害將更大。

一、夾渣缺陷產(chǎn)生的原因分析及預(yù)防措施

消失模鑄件夾渣包括鐵液熔渣和模樣殘?jiān)?，在鑄件上一般呈黑色，形狀不規(guī)則、大小不一，有塊狀、片狀、線條狀等。一般存在于鑄件內(nèi)部，多見(jiàn)于鑄件上表面的皮下和拐角處，通常鑄件外觀良好，加工或破壞檢驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)，對(duì)鑄件質(zhì)量危害很大。

1. 金屬熔渣缺陷

由于原材料和其他不可避免的因素，熔煉鐵液時(shí)或多或少都要產(chǎn)生熔渣，特別是爐料銹蝕嚴(yán)重或采用鐵屑熔煉時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生大量金屬熔渣。如澆注之前和澆注過(guò)程中，不能采取有效措施，澆注過(guò)程中熔渣很容易隨著鐵液進(jìn)入型腔并留在鑄件內(nèi)部，凝固后形成黑色夾渣。由于熔渣的密度比鐵液小，一般都浮在鑄件上面，鑄件拐角處對(duì)熔渣有阻礙作用，熔渣上浮時(shí)易在此處滯留，該部位也多見(jiàn)夾渣缺陷。消失模鑄造是在負(fù)壓條件下澆注，鐵液充型時(shí)存在較強(qiáng)的附壁效應(yīng)，即鐵液優(yōu)先沿著型壁填充，因此通常情況下，消失模鑄件表面很少見(jiàn)到渣眼，夾渣多存在于鑄件表皮下。熔渣的主要成分是金屬氧化物、碳化物等，鐵液熔渣是消失模鑄件夾渣的主要來(lái)源。

根據(jù)夾渣產(chǎn)生的原因及易產(chǎn)生的部位，結(jié)合消失模鑄造金屬充型的特點(diǎn)，制訂以下防止鑄件鐵液熔渣的主要預(yù)防措施。

（1）從源頭控制熔渣的產(chǎn)生 熔煉鐵液用的原材料盡可能進(jìn)行除銹、除油等處理，加強(qiáng)原材料儲(chǔ)存措施，保證使用較干凈的原材料。

（2）加強(qiáng)扒渣和擋渣 鐵液熔化完畢后，在鐵液表面用聚渣劑進(jìn)行多次聚渣、扒渣，盡可能減少倒入澆包內(nèi)的熔渣。鐵液倒入澆包后，在鐵液面上撒蓋聚渣劑并靜置2～3min，使熔渣上浮聚合，充分扒凈后再澆注。

（3）采用茶壺包澆注 澆注時(shí)將澆包壺嘴出鐵液口內(nèi)的熔渣扒凈，包口吹掃干凈，澆注過(guò)程中鐵液液面保持高于包嘴，保證鐵液表面上的浮渣不能通過(guò)包嘴進(jìn)入型腔。及時(shí)檢查澆包壺嘴，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換澆包，避免澆注過(guò)程中澆包壺嘴脫落，影響澆注質(zhì)量。

（4）設(shè)置底注式澆道和聚渣冒口 底注式澆道能使鐵液自下而上平穩(wěn)充型，有利于模樣的充分有序氣汽化和熔渣的上浮。鑄件頂部設(shè)置聚渣冒口，有利于熔渣的收集和去除。底注式澆道和設(shè)置聚渣冒口對(duì)防止鑄件夾渣是非常必要且有效的工藝方法。

（5）使用過(guò)濾網(wǎng) 濾網(wǎng)對(duì)細(xì)小的熔渣有很好的過(guò)濾作用，特別是澆注初期效果明顯，但因過(guò)濾網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間被鐵液沖刷容易被燒穿，針對(duì)一些澆注時(shí)間長(zhǎng)的大鑄件應(yīng)積極采用（1）～（4）項(xiàng)預(yù)防措施，不建議使用過(guò)濾網(wǎng)。

2. 模樣殘?jiān)毕?/h3>

消失模鑄造在澆注過(guò)程中，模樣與高溫鐵液發(fā)生強(qiáng)烈的物理-化學(xué)反應(yīng)，其中以泡沫模樣劇烈的熱解汽化為主，產(chǎn)生的氣體被真空泵抽出型腔。事實(shí)證明，任何泡沫模樣熱解反應(yīng)后并不能完全汽化，最終要產(chǎn)生微量的固態(tài)殘余物，俗稱(chēng)殘?jiān)?，其主要成分為碳。鐵液充型時(shí)固態(tài)殘余物若不能及時(shí)排出，將會(huì)殘留在鑄件內(nèi)部，形成消失模鑄件特有的黑色塊狀、片狀或不規(guī)則形狀?yuàn)A渣。模樣殘?jiān)纬傻牟课煌饘偃墼鞠嗤?，有時(shí)兩種夾渣會(huì)同時(shí)交錯(cuò)出現(xiàn)，顏色相近很難分辨，但模樣殘?jiān)话闱闆r下較熔渣小，有的在顯微鏡下可發(fā)現(xiàn)，如圖1、圖2所示。

消失模鑄造形成固態(tài)殘余物的多少，同模樣的密度、粘結(jié)劑用量、涂料和填充砂的透氣性及澆注溫度等工藝因素有關(guān)。根據(jù)模樣夾渣形成的機(jī)理和在鑄件上易形成的部位，來(lái)制訂防止鑄件殘?jiān)毕莸念A(yù)防措施。

（1）控制模樣的密度 通過(guò)試驗(yàn)確定適合本單位生產(chǎn)工藝、鑄件特點(diǎn)的模樣密度。依據(jù)模樣殘?jiān)男纬蓹C(jī)理，模樣密度越低，熱解汽化反應(yīng)越迅速、固態(tài)殘留物越少，也越有利于鑄件的澆注成形，鑄件產(chǎn)生模樣殘?jiān)毕莸母怕示驮叫　５S著模樣密度的降低，模樣的強(qiáng)度也要降低，這也容易造成模樣在真空負(fù)壓下變形，出現(xiàn)其他一些鑄造缺陷。因此，要找到合適的模樣密度值，我公司鐵座模樣密度控制在0.018～0.026g/cm3，鐵墊板模樣密度控制在0.022～0.028g/cm3。

圖 1

圖 2

（2）減少粘結(jié)劑的用量 模樣組成模樣簇、澆道組合都要使用粘結(jié)劑，各種粘結(jié)劑的發(fā)氣量和殘留物量遠(yuǎn)大于模樣。我公司通過(guò)模樣鑲嵌的方式，在保證模樣簇強(qiáng)度的前提下，最大可能地降低了粘結(jié)劑的使用量。

（3）盡可能使用空心澆道 空心澆道有利于鐵液順利充型，最大限度地減少發(fā)氣量和殘?jiān)俊o(wú)法采用空心澆道時(shí)，應(yīng)在保證澆道強(qiáng)度的前提下，最大限度地降低澆道模樣的密度。

（4）適當(dāng)提高澆注溫度 鐵液溫度的提高，有利于模樣的充分汽化分解，減少模樣殘?jiān)?，但提高澆注溫度必須在使用涂料所承受的耐火度范圍?nèi)，否則，將會(huì)造成鑄件粘砂缺陷。

（5）保證涂料最大透氣性 通過(guò)調(diào)整涂料中耐火材料的粒度和比例，在保證鑄件表面光潔的前提下，使涂料的透氣性達(dá)到最大，使?jié)沧⑦^(guò)程中模樣產(chǎn)生的氣體順利排出。

（6）保證砂箱內(nèi)填充砂的最大透氣性 控制填充砂的粒度比例，加強(qiáng)填充砂的除塵，保證澆注過(guò)程中填充砂的透氣性，以利于模樣產(chǎn)生的氣體排出。

二、夾砂缺陷產(chǎn)生的原因分析及預(yù)防措施

夾砂缺陷是鑄件夾雜類(lèi)缺陷的另一種主要形式，是型砂在澆注過(guò)程中進(jìn)入型腔內(nèi)并滯留在鑄件內(nèi)部而形成的。夾砂同夾渣鑄造缺陷的外觀是有區(qū)別的，加工或破壞發(fā)現(xiàn)的夾砂缺陷為白色顆粒狀組成，多見(jiàn)于鑄件澆注位置的上表面皮下。如澆注過(guò)程中涂料層被沖破，涂料連同型砂混入鐵液進(jìn)入鑄件內(nèi)部未排出，澆口處型砂未清理干凈而隨鐵液進(jìn)入型腔等，鑄件內(nèi)部將形成夾砂缺陷。由于夾砂是鐵液流動(dòng)中沖入型腔內(nèi)、特別是模樣涂層破裂沖入的型砂造成的夾砂缺陷，其分布相對(duì)分散。與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，消失模鑄造采用干砂造型，夾砂缺陷一般為分散分布的粒狀，很少會(huì)形成塊狀?yuàn)A砂缺陷。形成夾砂缺陷的主要原因有模樣粘結(jié)劑縫不嚴(yán)密、澆注系統(tǒng)存在尖角、涂層厚度或強(qiáng)度不夠、埋模時(shí)模樣涂層蹭掉露白等，澆口杯與直澆道頂口接觸部位密封不嚴(yán)，干砂也很容易從此處隨鐵液進(jìn)入型腔而形成夾砂缺陷。另外，夾砂的形成不僅是造型用砂，涂料、聚渣劑、澆口杯打結(jié)料進(jìn)入型腔內(nèi)形成的缺陷，也稱(chēng)為夾砂。

針對(duì)形成夾砂缺陷的主要原因，生產(chǎn)中多采取以下措施：

（1）提高模樣組合黏結(jié)質(zhì)量 嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝三級(jí)檢驗(yàn)制度，做到每組模樣簇不漏檢，黏結(jié)縫隙嚴(yán)密，模樣與澆道連接處做到圓滑過(guò)渡，不存在尖角，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)入下道工序。

（2）保證模樣簇涂料層連續(xù)、均勻、完整 根據(jù)生產(chǎn)鑄件大小，使用的鑄造原材料、生產(chǎn)工藝和負(fù)壓澆注的實(shí)際情況，確定模樣簇涂層的厚度，一般控制在1～2mm為宜。澆注系統(tǒng)由于鐵液沖刷時(shí)間長(zhǎng)，沖力大，澆道涂層一般厚于鑄件涂層。

（3）提高涂料強(qiáng)度 選用合適的涂料強(qiáng)度，有利于抵抗鐵液的沖刷，減少夾砂缺的產(chǎn)生。如果是自配涂料，應(yīng)通過(guò)調(diào)整涂料中的硅溶膠、白乳膠或水玻璃等無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的配比，找到合適的涂料強(qiáng)度。

（4）埋模之前或埋模過(guò)程中及時(shí)對(duì)模樣簇露白出補(bǔ)刷涂料 模樣簇在搬運(yùn)過(guò)程中由于磕碰會(huì)使磕碰處涂料層掉落，造成模樣簇露白，因此在埋模前必須認(rèn)真檢查模樣簇的涂層是否完整，埋模過(guò)程中要隨時(shí)檢查模樣簇是否露白，發(fā)現(xiàn)露白應(yīng)及時(shí)補(bǔ)刷醇基涂料。

（5）使用合適的專(zhuān)用澆口杯 澆口杯和砂面之間的縫隙用密封泥密封：消失模采用的干砂造型需要用塑料薄膜密封砂箱上口，直澆道也將覆蓋于塑料薄膜之下，放置澆口杯時(shí)，澆口杯出鐵口與型腔直澆道中心對(duì)正，為避免澆注過(guò)程中高溫鐵液將干砂沖入型腔，要求澆口杯出鐵口必須小于直澆道，同時(shí)，用耐火泥條將澆口杯下面同塑料薄膜結(jié)合部位密封。

三、實(shí)施效果

根據(jù)制定的消失模鑄件夾渣和夾砂預(yù)防措施，我們對(duì)相關(guān)工序生產(chǎn)、檢驗(yàn)人員進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)，要求生產(chǎn)人員必須熟知本工序作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的生產(chǎn)要點(diǎn)及檢驗(yàn)要點(diǎn)，工序之間設(shè)置了專(zhuān)職檢驗(yàn)人員。通過(guò)一個(gè)季度的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，我公司消失模生產(chǎn)線生產(chǎn)的鐵座、鐵墊板等產(chǎn)品，因夾渣和夾砂缺陷造成的鑄件廢品率由原來(lái)的8%~10%下降到2%～3%，提高了鑄件成品率，降低了生產(chǎn)成本，保證了公司的經(jīng)濟(jì)效益。