淺析鑄鋼件消失模鑄造常見(jiàn)缺陷與防治措施

摘? 要：在生產(chǎn)消失模鑄鋼件時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷，如個(gè)別部位增碳、表皮增碳和體積增碳等，且同一鑄件不同部位的增碳量不一樣?；诖耍疚膶?duì)鑄鋼件的增碳原理和原因進(jìn)行歸納，總結(jié)了解決方案，以供實(shí)際生產(chǎn)使用。

關(guān)鍵詞：鑄鋼件;消失模鑄造;缺陷分析及預(yù)防

中圖分類號(hào)：TG249.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）07-0000-00

0引言

鋼水的化學(xué)成份和凈化程度以及鑄造工藝的優(yōu)化程度決定了鑄件質(zhì)量的好壞。為了確保鑄件質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制制造的全過(guò)程，從鑄造原料、工藝路線、型芯制造、合箱、澆注、落砂、鑄件清理到最終熱處理都要特別注意，否則會(huì)出現(xiàn)不同的缺陷。由于鑄件的許多表面不能加工，所以對(duì)表面質(zhì)量、形狀和尺寸都有非常嚴(yán)格的要求。鑄鋼件常見(jiàn)缺陷包括縮孔、縮松、空氣孔、冷熱裂紋、白點(diǎn)、偏析和缺陷斷裂等?；诖耍疚目偨Y(jié)了消失模工藝路線生產(chǎn)鑄鋼件特有的增碳缺陷，總結(jié)了消除增碳缺陷的若干經(jīng)驗(yàn)[1]。

1碳缺陷的過(guò)程分析

消失模鑄造的白模原料是苯乙烯（EPS）。EPS的基本元素是C和H，白模在鋼液高溫下會(huì)迅速分解為H2和元素C，如圖1所示。白模分解后發(fā)出H2首先與型腔中的O2結(jié)合生成H2O，以氣體形式逸出;在短時(shí)間內(nèi)供應(yīng)O2不夠時(shí)，元素C以黑煙的形式留在模具中，增加了鑄件中的碳。因此，消失模鑄鋼幾乎不發(fā)生氫增加現(xiàn)象，但是難以避免碳增加現(xiàn)象，并且頻繁地在鑄件的低溫區(qū)域或在凝固結(jié)束區(qū)不規(guī)則地且不均勻地發(fā)生碳增加，其中位于鑄件表面的滲碳缺陷最有可能發(fā)生。

2滲碳缺陷及處理措施

鑄件的碳含量不均勻，對(duì)于鑄件的結(jié)構(gòu)和加工性能都有很大影響，嚴(yán)重的碳增加會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。

目前，根據(jù)碳增加機(jī)理，采取以下措施來(lái)控制增碳。

2.1選擇高質(zhì)量的泡沫塑料

泡沫質(zhì)量直接影響氣化速率和裂化產(chǎn)物的形態(tài)。高質(zhì)量的泡沫在維持低密度的同時(shí)還能確保強(qiáng)度，二者兼?zhèn)?。鋼鑄件白模選材時(shí)首先選擇生珠，即不參合回收粉碎料或過(guò)期顆粒料的新料發(fā)泡，這是解決鑄鋼件增碳問(wèn)題的最有效途徑。

2.2選擇合理的鑄造工藝

為了防止白模氣化和燃燒速度過(guò)快，模型裝箱采取“能站不要躺”的原則，確保白模不會(huì)太快燃燒發(fā)氣。澆道安置盡可能從底部注入，合理選擇內(nèi)澆口位置，注流并平滑地填充型腔，以避免湍流和翻騰，使氣泡從底部到頂部以均勻的速度蒸發(fā)，同時(shí)在合理的位置設(shè)置出氣通道和集渣冒口，以此減少碳的增加。

2.3合理的澆注速度

白模模型以氣化和燃燒兩種形式消失。在沒(méi)有氧的條件下，白模遇到高溫的鋼水時(shí)，氣化的大分子會(huì)迅速分解為小分子被負(fù)壓抽出;在有氧條件下，氣泡完全燃燒后被負(fù)壓抽出，當(dāng)氧氣不足時(shí)，氣泡不能完全燃燒，形成游離碳進(jìn)入鋼水。所以，應(yīng)將白模盡可能在無(wú)氧條件下氣化，具體辦法是在澆注時(shí)將鋼水充滿澆道以起到密封作用，防止空氣帶入。澆注速度應(yīng)該合適，而不是速度越快效果越好，鋼水進(jìn)入型腔接觸泡沫模型，然后白模蒸發(fā)，如果鋼水的充型速率高于白模的氣化速率，則鋼水會(huì)因?yàn)榘啄](méi)有時(shí)間氣化，導(dǎo)致白模卷入鋼水發(fā)生局部增碳并且產(chǎn)生氣泡。

2.4鋼液凈化

必須注意鋼水的精煉，這是消失模鑄造的重要技術(shù)之一。在前面的步驟中應(yīng)考慮鋼液的凈化，這些步驟包括鋼液冶煉、過(guò)熱、去氧一直到澆鑄成形。

3涂料帶來(lái)的影響

涂料用于浸漬包裹白模外表，烘干后形成模殼。當(dāng)鋼液充入模殼替換白模具后形成鑄件。對(duì)涂料供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，鑄件表面粗糙度高、透氣性差和易粘砂等缺陷是涂料質(zhì)量反饋的常見(jiàn)問(wèn)題。其中涂料的透氣性能是消失模鑄件增碳的主要因素。

改善涂層的透氣性能夠盡可能多地排出氣體，可以減少涂料的增碳影響。此外在滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下，涂層越薄、透氣性越好。

4鑄鋼件夾砂的缺陷

在消失模造型的裝箱操作過(guò)程種，由于直橫澆道對(duì)接處、內(nèi)橫澆道對(duì)接處、直澆道與澆口杯對(duì)接處、以及頂部冒口出氣口周?chē)纳⑸肮潭ㄌ幚聿划?dāng)，會(huì)出現(xiàn)散砂鉆入對(duì)接縫隙，或者澆注操作途中有周?chē)⑸傲魅肽ば颓?，造成鑄件夾砂等問(wèn)題。這要求消失模裝箱操作要特別注意細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)模殼裂縫或者破皮要立即涂抹嚴(yán)實(shí);對(duì)接各段澆道要特別關(guān)注視覺(jué)死角處不能有裂縫遺漏;在砂箱頂部做覆膜密封處理時(shí)，澆口杯和冒口出氣孔必須用可快速硬化的砂做可靠穩(wěn)固，保證后工序不發(fā)生移位和砂粒潰散。

5裝箱改良措施

裝箱時(shí)需要仔細(xì)檢查模殼圖層是否有剝離、開(kāi)裂或裂紋，特別是直澆道和橫澆道接頭、橫澆道和內(nèi)澆道接頭、內(nèi)澆口和鑄型結(jié)點(diǎn)的地方，如果出現(xiàn)松動(dòng)、裂紋、連接不良等，則模具接頭可能會(huì)進(jìn)入砂子。這就要求具有高的粘結(jié)強(qiáng)度、較厚的涂層，并且澆口系統(tǒng)必須具有足夠的剛性，必要時(shí)可以使用支撐或加強(qiáng)套管。如果裝箱粘合后發(fā)現(xiàn)裂紋，則可以適當(dāng)增厚涂層，但是在增加涂層強(qiáng)度并進(jìn)行修補(bǔ)以防止砂子流淌時(shí)，有必要增加干燥措施。

白模模型放置在砂箱的底砂上時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定，并應(yīng)放置在合適的地方再撒砂振動(dòng)，以防止涂層的沖擊破裂，加砂操作應(yīng)盡可能順暢，在倒入砂子之前，可以使用軟管添加砂子，等穩(wěn)定振動(dòng)后再撒砂。最初，對(duì)于較小的振動(dòng)，僅需要一個(gè)或兩個(gè)振動(dòng)器，在完全干燥的砂型附著之后，對(duì)于較大的振動(dòng)，需要添加兩個(gè)振動(dòng)器。在整個(gè)裝箱、振動(dòng)和造型工作中，防止涂料的涂層掉落，以防止預(yù)膨脹裂紋和裂縫，對(duì)上穹部位必須特別注意砂子填充振實(shí)，避免出現(xiàn)間隙。

6負(fù)壓控制環(huán)節(jié)的改善措施

消失模鑄造澆注過(guò)程通常在負(fù)壓狀態(tài)下完成，負(fù)壓主要用于干砂的型腔保持和加速排氣。型腔負(fù)壓的程度對(duì)鑄件的質(zhì)量有很大影響，過(guò)大的負(fù)壓會(huì)增加鑄件的粘砂缺陷，在局部出現(xiàn)多余的鐵瘤難以清除?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，鑄鋼件控制負(fù)壓在-0.6MP上下比較合理，負(fù)壓值低于-0.25MPa時(shí)會(huì)有型腔塌陷危險(xiǎn)，一般控制在-0.4MPa以上可保證安全澆注[2]。

7其他因素的影響

如果在熔煉過(guò)程中鋼水碳含量處于上限，則澆出鑄件的碳含量將高于上限。解決此問(wèn)題的方法是中頻熔煉出爐前嚴(yán)格控制碳成份在中下限范圍，不可超出上限。

8結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前消失模鑄鋼正處于鑄造行業(yè)的蓬勃發(fā)展期，因此其有很大的發(fā)展空間。采用有效的生產(chǎn)控制措施來(lái)嚴(yán)格控制熔煉過(guò)程，并且在鑄造過(guò)程中減少和消除積碳，以上措施可以與實(shí)際生產(chǎn)條件相結(jié)合，同時(shí)考慮傳統(tǒng)問(wèn)題，嚴(yán)格控制每個(gè)步驟以防止出現(xiàn)鑄造缺陷，從而生產(chǎn)出質(zhì)量完美的鑄鋼件產(chǎn)品[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]高成勛.淺析鑄鋼件消失模鑄造常見(jiàn)缺陷與防治[C].2020重慶市鑄造年會(huì)論文集，2020.

[2]葉國(guó)華，葉金華.淺談消失模鑄造鑄鋼件常見(jiàn)缺陷及防治措施[J].科技與企業(yè)，2012（12）：322.

[3]高成勛，劉偉明.淺談消失模鑄造鑄鋼件常見(jiàn)缺陷及防治措施[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2011（3）：20-22.

收稿日期：2020-06-20

作者簡(jiǎn)介：趙文峰（1988—），男，江蘇徐州人，本科，工程師，研究方向：鑄造。

Analysis of Common Defects and Preventive Measures in Lost Foam Casting of steel Castings

ZHAO Wenfeng

（Ningxia Su Ning New Energy Equipment Co.， Ltd.，Shizuishan? Ningxia? 753000）

Absrtact： Different defects often occur in the production of vanishing die cast steel parts， such as individual site carbonization， epidermis carbonization and volume carbonization. The carbonation of the same casting is different in different parts. In this paper， the principle and reason of carbonizing steel castings are summarized， and the solution is summarized for practical production.

Keywords： steel castings; lost foam casting; defect analysis and prevention