第五章消失模铸造质量控制、缺陷分析及防止
2022-03-2918:00
图1上表面大面积皱皮
1.产生原因：
当铁液（灰铸铁、球铁、合金铸铁）铸入型内时，EPS或EPMMA、STMMA料模急剧分解，在模样与铁液间形成空隙，料模热解形成一次气相、液相和固相。这当中往往会出现一种黏稠的沥青状液体，这种液体分解物残留在涂层内侧，一部分被涂层吸收，一部分在铸件与涂层之间形成薄膜，这层薄膜在还原（CO）气氛下形成了细片状或皮屑状、波纹状的结晶残碳即光亮碳，此种密度较低（疏松）的光亮碳与铁水的润湿性很差，因此在铸件表面形成沉积（皱皮）。
2、影响因素
（1）泡沫模样
模样EPS比EPMMA、STMMA更容易形成皱皮，因为EPS含碳量比后两者都高，EPS含碳量为92%，STMMA(苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚树脂）含碳量69.6%，EPMMA(可发性聚甲基丙烯酸甲酯），含碳量60%，模样密度越高影响越大，分解后液相产物越多，越容易产生皱皮。
（2）铸造材料成分的影响
含碳量地的铸铁件（合金铸铁），模样分解产物中的碳可以部分溶解其中，不易产生皱皮，含碳量高的铸铁（球铁）最容易产生皱皮缺陷。
（3）浇注系统的影响
图2浇注系统设计不合理，铸件薄5mm，一个浇口带的铸件太多
图3减少一个浇口所带铸件的数量，铸件质量很好
浇冒口系统对铁液充型流动场及温度场有着重大影响，直接决定着EPS(EPMMA/STMMA)模样的热解产物及其流向；加大直、横、内浇道截面积后，易产生皱皮（模样量增多）。顶注要比底注出现皱皮概率小，顶部冒口有利于减少消除皱皮。
（4）铸件结构影响
铸铁的体积与表面积之比（模数）有关，其比值越小，月有利于模样热解产物排出，皱皮缺陷产生倾向越小。
（5）浇注温度的影响
图4浇注温度低所致皱皮冷隔，浇注温度1340℃
图5浇注温度升高到1440℃，皱皮和冷隔的缺陷去除。
在各条件一样下，随着浇注温度的提高，皱皮缺陷减少或消除，因为温度提高模样热解更彻底，气相产物比例增加，液相、固相产物减少，有利于减少消除皱皮现象。
（6）涂料层及型砂透气性的影响
涂层及型砂透气性越高，越有利于模样热解产物的排出，减少形成皱皮的倾向，故涂层越薄涂料骨料越粗，型砂粒度越粗，越有利于排气，减少皱皮现象。
（7）负压度影响
负压度越高，越有利于模样热解产物通过涂料层向型砂中吸排，越有利于减少皱皮形成或出现。
2、防止措施
（1）采用低密度EPS或EPMMA作模样材料。
对于较大的铸件或直浇道，可采用空心的模样和直浇道（以减少发气量），模样密度16~18克为宜。
（2）设计合理的浇冒系统。
应保证铁液流动时平稳、平衡、迅速地充满铸型，以保证泡沫塑料残渣和气体逸出型腔外或被吸排入涂层和干砂空隙中，尽量减少浇注过程中铁液流热量的损耗，以利于加速模样气化。采用顶注和侧注虽然不易出现皱皮缺陷，但会产生内部富碳缺陷（因为下落的铁液流易将模样分解的残留物卷入）；底注能减少铸件内部富碳缺陷，易在顶面，特别是厚大部位造成皱皮。
图6阶梯浇注铁液流动时平稳、平衡、迅速地充满铸型
（3）提高浇注温度和浇注速度。
（4）合理的控制负压度。
由于负压，真空条件缺氧下，浇注时模样将主要发生气化，很少燃烧，使发气量大为降低（104g泡沫在空气中1000℃燃烧时生成1000L气体；在缺氧条件下只产生100L气体）。同时，该气体产物及时通过干砂型被抽去，铁液和模样之间的间隙压力降低，铁液充型速度加快，有利于模样分解。
（5）提高涂层的透气性，选择相应涂料。
5.1.2铸钢件增碳及防止
1、产生原因
泡沫塑料模料EPS（或EPMMA、STMMA）在高温钢液作用下发生分解、裂解其产物又与钢液作用，同时在涂料和干型砂的作用下是一个复杂的物理化学冶金反应过程从而形成渗碳（增碳）。
（3）适宜浇注温度和浇注速度。
负压度的控制必须与整个浇注过程速度相配合，负压度过大易出现粘砂及其他缺陷，负压度过小，热解的产物不易排出，产生增碳现象。
（6）在模样中加入添加剂（脱碳剂）防止铸钢件渗碳。
（7）使用防渗碳涂料。
在涂料中加入某些抗增碳催化剂如碱金属盐、石灰石粉，浇注后涂料能分解足够量的二氧化碳气体吸碳；在涂料中加入氧化剂，促使模样分解出的碳、氢气转变为中性气体，阻止或减少分解出的碳渗入铸钢件。
5.1.3反喷及防止
（1）负压度不够是产生反喷的根本原因。
而影响负压度的原因很多：模样密度过大；干砂透气性差；涂料透气性差；浇注温度太高和浇注速度太快；设计的浇冒口系统不合理等等。
（1）EPS模样密度控制在0.013~0.022g/cm3，模样要干燥，涂料要烘干透，减少含气量（水分），发气量。
（2）增加涂料透气性，调整好涂层厚度，以便模样裂解后气体及时逸出。
（3）控制干砂的透气性，切忌不同档次目数的干砂混用，阻碍其透气性。干砂的尘土要尽量除去。
（4）控制浇注温度和浇注速度，即充型速度来保证模样气化。
（5）设计合理的浇冒口系统，应保证金属液充型时流动平稳、平衡、迅速地充满铸型模样，以保证模样裂解气体逸出型腔之外而吸排出去。
5.1.4气孔及防止
消失模裂解时的发气过程，其气体进入铸件而产生气孔。
1、产生原因：
（1）充型过程中产生紊流，或顶住、侧注情况下，部分模样被金属液体包围后进行裂解（分解），产生的气体不能从金属中排出，就会产生气孔，此气孔大而多（丛生）且伴有炭黑。
（2）模样、涂料层干燥不良引起气孔。
（3）模样粘结剂过多引起气孔。
（4）浇注时卷入空气形成气孔。
（5）浇注温度太低，模样不能完全气化，形成的气孔。
图8浇注温度低，形成气孔。
（6）浇注时冲进渣子或涂料形成的渣气孔。
图9冲进砂子形成渣气孔。
（7）涂料原因（耐火度不够，和铁水中的成分反应等）产生的反应性气孔。
图10涂料耐火度不够
图11涂料耐火度不够
（1）合理的工艺，使浇注充型过程中逐层置换，不出现紊流，提高浇注温度，提高负压度（如果产生紊流引起气孔，可降低负压度）；提高涂层和型砂透气性。
（2）模型必须要干燥，涂层必须干透。
（3）选用低发气的模型粘结剂；在保证粘牢的前提下，用粘结剂越少越好。
（4）采用封闭式浇注系统，浇注时，保持浇口杯内有一定量的金属液，以保证直浇道处于充满状态。
5.1.5塌箱及防止
在浇注过程中或凝固过程中铸型一部分或局部塌陷、溃型使铸件不能成型或局部多肉称塌箱或铸型溃散。
图12塌箱
浇注的金属液浮力过大；铸型内气体压力过大；模样有空洞或强度不足；金属液内流和冲击；砂箱移动铸型局部破坏等。
（1）增加顶面的吃砂量或在铸型顶部放置压铁。
（2）选用低密度的模料制作模样，减少发气量。
（3）负压浇注下，选择合理真空度，与浇注速度加以配合。
（4）选用强度高，耐火度高，透气性好，涂料性能好的涂料，配合合理的涂料涂挂工艺。
（5）采用较粗的砂，及时除去型砂的灰尘。
（6）振动造型工艺参数要合理，以保证铸型各处干砂都均匀紧实。
（7）浇注系统和浇注工艺要合理。
5.1.6粘砂及防止
铸件部分或整个表面上夹持着有很难清理的型砂。
（1）涂层太薄、脱落或开裂；浇注温度过高；负压度太大等等。
图13高温过热区，涂料太薄，形成粘砂。
（2）填砂死角，或振不实导致的铁包砂。
图14铁包砂
2、防止措施：
（1）选用的涂料应具有良好的性能，能牢固粘接在模样上，有足够的强度、耐火度。
（2）造型紧实力不可过大，以免破坏涂层。
（3）选用合适的负压度。
（4）浇注温度不应过高。
5.1.7冷隔（对火）、重皮浇不足及防止
铸件上有未完全融合的缝隙，其交接边缘咬合是圆滑的这种缝隙为冷隔（对火），表面有一道较明显的对火痕迹，严重时形成重皮。局部未充满，铸件缺肉，末端呈圆弧状称浇不足。
图15浇不足
1、形成原因：充型温度太低；充型速度慢；浇注系统、结构、浇注操作工艺不当，充型过程中负压太大。
（1）提高金属液的浇注温度。
（2）改进浇注系统，提高充型速度。
（3）控制适当负压度。
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