熔模铸件缺陷分析及对策a-1

1、熔模铸件缺陷分析及对策熔模铸件缺陷分析及对策 前言前言 铸件质量铸件质量: 产品质量产品质量 (狭义的狭义的) 工程质量工程质量 (广义的广义的) 铸件质量标准铸件质量标准: 国标国标 (GB) 国际标准国际标准 (ISO) 行业标准行业标准(如如JB等等) 企业内控标准企业内控标准(如如Q/DFLCM) 铸件质量标准定量地表示铸件满足一铸件质量标准定量地表示铸件满足一定要求的适应程度。定要求的适应程度。 如成分、金相组织、力学性能、机械如成分、金相组织、力学性能、机械性能等，而热处理、熔炼条件和铸造方法性能等，而热处理、熔炼条件和铸造方法是参考条件。是参考条件。 1、铸件精度标准、铸件精度标

2、准 2、铸件表面质量标准、铸件表面质量标准 3、铸件功能质量标准、铸件功能质量标准铸件缺陷：铸件缺陷： 广义的铸件缺陷指铸件质量特性没广义的铸件缺陷指铸件质量特性没 有有达到等级标准，铸造厂质量管理和工艺水平达到等级标准，铸造厂质量管理和工艺水平差，差， 产品质量得不到有效保证。（工程质产品质量得不到有效保证。（工程质量量 问题）问题） 狭义的铸件缺陷是铸件可检测出狭义的铸件缺陷是铸件可检测出的：如尺寸和重量超差、材质不符合验的：如尺寸和重量超差、材质不符合验 收收技术条件技术条件。（产品质量）。（产品质量）熔模铸件质量检验：熔模铸件质量检验： 1.外观质量外观质量:包括尺寸、几何形状、包括尺

3、寸、几何形状、表面粗糙度、表面和近表面缺陷。今天表面粗糙度、表面和近表面缺陷。今天探讨的主要是此类检验所涉及的缺陷。探讨的主要是此类检验所涉及的缺陷。 2.内在质量：化学成分、力学性能、内在质量：化学成分、力学性能、宏观缺陷（金相、射线探伤等）、微观宏观缺陷（金相、射线探伤等）、微观缺陷（非金属夹杂物鉴定等）缺陷（非金属夹杂物鉴定等） 3.其它：如密封性、抗氧化性等。其它：如密封性、抗氧化性等。 熔模铸件缺陷分析及对策熔模铸件缺陷分析及对策 熔模铸造（又称失蜡铸造），它是一种近净形成形的先进工艺。熔模铸造的工艺特点归纳起来为三点： 使用可熔（溶）性一次模和一次型（芯），不用开型起模，无分型面。

4、 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。 因此,熔模铸造可以制造尺寸精度高(CT4-6)，表面粗糙度低（Ra0.8-3.2）的复杂铸件。熔模铸造工艺的局限性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、工艺过程复杂、工序多，影响铸件质 量的工艺因素多。量的工艺因素多。2、原辅材料种类多，不宜控制其质量的、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。好坏，不同程度的影响铸件质量。3、适宜中小型铸件，有一定的限制。、适宜中小型铸件，有一定的限制。4、生产周期长。、生产周期长。5、铸件的冷却速度较慢，易产生铸件晶、铸件的冷却

5、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粒粗大，碳钢件还容易形成表面脱碳 层。层。一、铸件尺寸超差一、铸件尺寸超差 铸件尺寸超出规定的公差范围称铸件尺寸超差。这是熔模铸件最常见的一个重要缺 陷。 在熔模铸造工序中影响铸件尺寸变化的因素归纳起来主要有五个方面： 、铸件形状、大小和结构； 、压型 、制易熔模 、型壳 、浇注工艺工艺过程工艺过程尺寸变化尺寸变化温度变化区间温度变化区间压压 型型20 -40 -20 蜡蜡 模模收缩收缩70 -20 型型 壳壳20 -30 型壳内腔型壳内腔（脱蜡并干燥（脱蜡并干燥24小时）小时）收缩收缩160 -20 96 -20 型壳内腔（焙型壳内腔（

6、焙烧后）烧后）膨胀膨胀20 - 1100 金属浇注金属浇注收缩收缩800 -1600 -20 熔模铸造生产铸件尺寸变化过程：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、模料及制模工艺对铸件尺寸的影响 .熔模（蜡模）尺寸精度对铸件精度有很大影响。 在铸件长度方向： 对长25mm尺寸，熔模偏差占铸件总偏差的50%以上； 对长250mm尺寸，熔模偏差占铸件总偏差的40%左右； 在铸件内孔，当平均总综合收缩率为0.8%时，熔模偏 差占铸件总偏差的2/3、3/4。 b.造成熔模尺寸偏差的主要因素： 合型力大小、压蜡温度、压注压力、保温时间、压型温度、 开型时间、 冷却方式、室温等因

7、素波动而造成。 c、为了减少熔模尺寸偏差对铸件尺寸的影响，、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：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。 根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理的压注工艺参数。 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，对有特殊要求的，取模后应置于胎膜中，待尺寸稳定后再取出. 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。2、制壳材料及工艺对铸件尺寸的影响 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。常用制壳耐火材料部分性能 性 能耐火材料名称 熔点（）耐火度（）密

8、度（g /cm3）膨胀系数10-7（1 / ）多晶转变石英171316802.65123有熔融石英17132.25电熔刚玉2030205020003.994.086莫来石18103.1654高岭石熟料170019002.622.6550有(轻)铝矾土熟料18003.13.55080锆英石19483.94.946 对熔模铸造型壳影响其热膨胀的首先是所用的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。石英砂粉系数大的，对铸件尺寸精度影响就越大。石英砂粉因其膨胀系数最大，故不易做尺寸

9、精度要求高的铸因其膨胀系数最大，故不易做尺寸精度要求高的铸件，而高岭石类耐火材料其膨胀系数小的多，故广件，而高岭石类耐火材料其膨胀系数小的多，故广泛采用，而锆英石及熔融石英因其膨胀系数小多，泛采用，而锆英石及熔融石英因其膨胀系数小多，所以被用做生产尺寸精度要求高的铸件的型壳。所以被用做生产尺寸精度要求高的铸件的型壳。 3、浇注条件对铸件尺寸的影响、浇注条件对铸件尺寸的影响 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。 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同造成铸件尺寸的波动。

10、相同铸件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，也会引起尺寸的动。 为防止铸件尺寸超差，生产精确的熔模铸件应对影响铸件精度的众多因素加以重视，严格控制原材料的质量和工艺，以稳定铸件尺寸。 二、铸件表面粗糙二、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。熔模铸件表面应光洁，表面粗糙度应为Ra12.50.8m。 在熔模铸造工序中影响铸件表面粗糙的因素在熔模铸造工序中影响铸件表面粗糙的因素归纳起来主要有四个方面：归纳起来主要有四个方面： 、熔模表面； 、型壳内表面 、金属液复型 、其它1、影响熔模表面粗糙度的因素、影响熔模表面粗糙度的因素 熔模表面粗糙度是影响铸件表

11、面粗糙度的最重要因素之一,熔模表面粗糙度不合格，必然做不出合格的铸件。根据经验，熔模表面粗糙度应比铸件表面粗糙度低两级，例如当熔模表面粗糙度为Ra0.8m时，一般铸件表面粗糙度为3.2m。 影响熔模表面粗糙度的因素 所用的压型表面粗糙度， 压制方式（糊状模料压制或液态模料压制） 压制工艺参数的选择 熔熔模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方式式 的关系的关系糊状模料压制液态模料压制压型表面粗糙度R(m)熔模表面粗糙度R(m)压型表面粗糙度R(m)熔模表面粗糙度R(m)0.0121.60.0120.0250.201.60.0250.0501.63.20.1000

12、.1003.26.30.200.20 压制工艺参数压制工艺参数 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。 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。要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个方面方面： 讲究压型制作质量，特别是压型表面粗糙度应尽量低.。 根据熔模结构，大小，形状的不同，合理选择压制工艺参数，对于中大件模料温度应低些，压注压力应大些，保压时间应长些。对于小件及薄壁件，模料温度应高些，压注压力应小些，且压型温度不易偏低。 注蜡道尺寸应根据

13、熔模大小合理设计，避免因蜡道尺寸偏小而使注蜡速度降低而造成熔模表面质量差。 2、影响型壳表面粗糙度的因素、影响型壳表面粗糙度的因素 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。 影响型壳表面粗糙度的因素: 面层涂料对熔模的湿润性，即复印熔模的性能； 涂料的粉液比要足够高，使制得的面层致密； 面层的干燥条件。 涂料的湿润性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: 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）保证面层涂料能很好的涂在熔模表面，加入的润湿剂为渗透剂和消泡剂两种 面层涂料

14、的回性,面层涂料配制好后，不能马上使用，新料要搅拌24h,新增料要5-12小时,使粘结剂与耐火粉料充分湿润后再用 面层涂料粉液比对型壳致密性的影响面层涂料粉液比对型壳致密性的影响 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，如配锆英粉涂料时粉液比可达4以上，配刚玉粉涂料时粉液比也可在3.2以上，配石英粉涂料时可达2.2左右。 水玻璃粘结剂因自身粘度高，故水玻璃涂料粉液比很低，配石英粉涂料时，粉液比常为：1.01.1。但也可以通过降低水玻璃密度：1.261.28g/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关于级配粉对面层涂料的作

15、用 熔模铸造用耐火粉的粒度分布对涂料的影 响很大，如果粉的粒度集中，会使涂料在低粉 液比的情况下，粘度就很大，造成型壳面层不 致密，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。 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： 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

16、溶胶型壳，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。保证面层中的溶剂缓慢均匀的挥发，以提高型壳的面层质量。 由于种种原因所致，水玻璃型壳表面粗糙度远高于硅溶胶及硅酸乙酯型壳，所生产的铸件在较好的工艺条件及各种措施下，铸件的表面粗糙度也仅达Ra6.3m，而其它两种工艺方法所生产的铸件表面粗糙度可达1.6m 0.8m。3、金属液精确复型的影响因素、金属液精确复型的影响因素 合适的型壳温度合适的型壳温度： 薄壁件及小件要求型壳经焙烧后，尽可能的保证有足够高的型壳温度迅速浇注。因为提高型壳温度对改善金属液流动能力、复型能力有良

17、好的效果。过高的合金熔炼温度常因增加金属液的吸气量，减少结晶形核基底等因素，而对材质产生不利影响。 厚大件要求型壳温度较低为好，冷却速度快，减少形成缩孔、缩松的缺陷倾向。 硅溶液、硅酸乙酯型壳的焙烧温度为1050-1100，水玻璃型壳焙烧温度为850,出炉后迅速浇注。 适宜的浇注温度：适宜的浇注温度： 一般情况下，在保证浇条件的前提下，浇注温度越低越好，高温金属液的吸气及氧化也随之增加造成铸件表面缺陷，钢质变差，所以，除保证合金熔炼后的脱氧除气处理外，应以提高型壳温度提高其流动性。4、其它影响铸件表面粗糙度的因素、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因素金属液凝固过程

18、中的二次氧化的影响因素: 浇注和金属液凝固过程中，因温度较高，铸件表面会氧化，且氧化层不均匀，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，也会显著地增高铸件的表面粗糙度。 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。常用的办法是铸件浇注后，马上撒上少许的废蜡或机油，迅速加罩密封，使铸件在还原气氛中冷却。 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 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： 喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙度好2级以上。 采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度较好的方法。 整组铸件组振壳后，

19、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。 三、铸件表面缺陷三、铸件表面缺陷 1、粘砂、粘砂 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。主要出现在水玻璃工艺生产的铸件中。 形成原因：形成原因： 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) （液、固） （气） （液、固） 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

20、+ SiO2 = 2FeOSiO2 (硅酸亚铁) 生成的硅酸亚铁(铁橄榄石)Fe2SiO4熔点1205，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，硅酸亚铁进一步渗入,凝固后将砂粒和铸件粘结在一起，形成了化学粘砂。 在用石英砂型壳浇注高锰钢或高合金钢铸件时, 会发生类似情况，金属液中镍、铬、钛、锰等元素易氧化。他们的氧化物在高温时与型壳中SiO2反应生成低熔点化合物，造成化学粘砂。当石英粉中存在金属氧化物Fe2O3等有害杂质时, 会显著降低型壳耐火度，使粘砂更为严重。 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

21、不合理，造成型壳局部过热，也会造成化学粘砂。 防止措施防止措施 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。 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。 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 特征特征: 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。 鼠尾 铸件表面呈现条纹状沟痕。

22、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。 形成原因形成原因: 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。 面层撒砂太细，过度层撒砂太粗，造成过度层与面层结合不好及砂中粉尘太多。 涂下层时，上层存在浮砂未清除。 涂料粘度过大，涂料流动性不好，产生局部堆积造成硬化不良。 残余硬化液作用在下层涂料上，使涂料两面硬化，但两面都硬化不透，使涂料本身形成未硬化的夹层。 防止措施防止措施: 面层型壳充分干燥，硬化。 降低第二层涂料粘度,防止面涂料堆积。 面层撒砂不易过细，层间撒砂粒度差不易过于悬殊。 砂中粉尘含量及含水量要尽量小，并注意涂料前的浮砂去除。

23、型壳过湿不宜高温入炉焙烧 尽量避免铸件的大平面结构平面向上或平面浇注。 必要时，在大平面结构的铸件上加设工艺筋、工艺孔，防止型壳分层导致铸件产生此类缺陷。 3、麻点、麻点 特征：铸件表面上有许多密集的圆形浅洼斑点，称为麻点缺陷。此类缺陷.常出现在含Cr20% Ni8%时，时，凝固时间延长，流动性又有所改善。凝固时间延长，流动性又有所改善。Ni、Mn、Cu都能降低熔点而提高流动都能降低熔点而提高流动性。加钛形成难熔质点，影响钢的流动性。加钛形成难熔质点，影响钢的流动性。性。2、由于含铬量高，在浇注过程中钢液表面容、由于含铬量高，在浇注过程中钢液表面容易生成氧化铬膜，使逐渐产生氧化斑疤、冷隔、易生成氧化铬膜，使逐渐产生氧化斑疤、冷隔、表面皱皮和夹杂等缺陷。钢液温度降低浇注温表面皱皮和夹杂等缺陷。钢液温度降低浇注温度越低，浇注时间越长