消失模鋁合金鑄件缺陷分析及預(yù)防措施

鄭鐵利達實業(yè)開發(fā)總公司 （河南 450015） 張之衛(wèi)

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模樣粘結(jié)組合成模樣簇，涂刷耐火涂料并烘干后，埋在干燥的石英砂中振動造型，在負(fù)壓下澆注，使模樣汽化，液體金屬占據(jù)模樣位置，凝固冷卻后形成鑄件，又稱為干砂實型負(fù)壓鑄造。

一、消失模工藝的特性

消失模工藝最主要的一個特性是澆注過程中金屬液充型的特性。充型時首先需要金屬液強大的熱輻射將泡沫模樣汽化，而后金屬液充填泡沫模樣氣化后所形成的空間，這就造成金屬液前沿與泡沫模樣之間形成不規(guī)則的間隙層，其大小是鑄件成形后是否存在缺陷的一個主要原因。泡沫模樣汽化過快，造成間隙層過大，容易形成鑄型塌箱或局部塌箱，造成鑄件變形、澆廢，以及鑄件夾雜、夾砂等鑄造缺陷；間隙過小造成泡沫模樣汽化后的氣體無法及時排出型外，加上鋁合金澆注過程中產(chǎn)生的二次析出氣體無法及時排出，造成氣體侵入金屬液形成鑄件表層下氣孔、針孔等鑄造缺陷；另外，由于消失模工藝無法設(shè)置明冒口，澆注后無法用高溫金屬液進行補澆來抵消鑄件的收縮，同時泡沫模樣汽化過程中會吸收金屬液的熱量，降低了金屬液的溫度，不利于金屬液的自補縮，從而造成消失模鑄造工藝較傳統(tǒng)工藝的縮孔率增大。

二、消失模鋁合金鑄件常見缺陷分析及預(yù)防措施

1.成形不完整和變形

（1）原因分析 由于三維振動的振幅設(shè)定不合理（一般是因為振幅過大），或是由于白模強度不夠，造成埋模過程中模樣發(fā)生變形，致使?jié)沧⒑箬T件產(chǎn)生變形。鑄件不完整主要是澆注過程中鑄型發(fā)生塌箱或局部塌陷所造成的，其原因如下：①澆注系統(tǒng)和真空系統(tǒng)設(shè)計不配套，澆注過程中真空負(fù)壓不穩(wěn)定，金屬液前沿與模樣之間間隙過大造成鑄型塌陷。②澆注過程斷流，致使鑄型局部砂型強度突變，造成鑄型局部塌陷。③澆注過程中，鑄型表面密封大面積損壞，真空度急劇下降，造成鑄型局部塌陷或塌箱。

（2）預(yù)防措施 ①根據(jù)工件的大小，通過不同的發(fā)泡粒度，找出合適的白模密度（0.016～0.028g/cm3），并達到合適的白模強度。②通過試驗找到與工件合適的真空負(fù)壓，澆注過程中，通過真空負(fù)壓調(diào)節(jié)閥保證真空負(fù)壓的穩(wěn)定。③加強操作工的培訓(xùn)，保證生產(chǎn)工藝的嚴(yán)格執(zhí)行。④增加密封塑料薄膜上覆蓋砂層的厚度，保證澆注過程中密封包膜不被破壞。

2.表面針孔或氣孔

（1）原因分析 由于鋁是活潑元素，易與氧元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋁合金液在熔煉和澆注過程中與輔助材料、熔煉設(shè)備、空氣中的水氣或鑄型中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)溶解氫氣和氧氣；澆注工藝設(shè)計不合理，澆注過程中形成卷入性氣體，凝固時無法及時全部排出鑄型，這類氣體在鑄件凝固過程中聚集到鑄件表面，形成鑄件表面針孔或氣孔。

（2）預(yù)防措施 ①設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)：采用封閉式澆注系統(tǒng)，在保證金屬液利用率的前提下，盡可能縮短澆注時間。②在保證涂料層強度的前提下，提高涂料層的透氣性。③保證泡沫模樣以及涂刷涂料后模樣的干透性，減少澆注過程中的水氣發(fā)生量。④選用低發(fā)氣量的粘結(jié)劑，在保證模樣簇強度的前提下，盡量減少粘結(jié)劑的使用量。⑤原輔材料、熔煉工具在使用前必須按工藝要求進行烘干。⑥嚴(yán)格執(zhí)行熔煉工藝，特別是鋁合金液的精煉工藝（除氣、除渣），并保證澆注溫度。

3.夾渣

（1）原因分析 鋁合金鑄件夾渣的來源主要有兩個途徑：一是鋁合金熔煉、澆注過程中，由于工藝控制不嚴(yán)，金屬熔渣或其他熔渣（原輔材料、熔煉工具的銹渣等）進入到鑄型的鋁合金液中沒能排出，留在鋁合金液內(nèi)而形成的夾渣；二是模樣簇中的泡沫在澆注過程中燃燒不完全，進入到鋁合金液中沒能排出，留在鋁合金液內(nèi)部形成的夾渣。

（2）預(yù)防措施 ①對于金屬熔渣或其他熔渣沒有更好的措施，只有加強操作工的培訓(xùn)，制訂完善的工藝，保證熔煉、澆注工藝的嚴(yán)格執(zhí)行，從而減少鋁合金液凝固時的夾渣。②針對消失模工藝生產(chǎn)鋁合金鑄件，可以采取以下措施，以減少夾渣的產(chǎn)生：第一，模樣選用低揮發(fā)物的模料，在保證澆注系統(tǒng)強度、鑄件補縮等工藝要求的前提下，減少澆注系統(tǒng)的重量，如采用空心澆注系統(tǒng)。第二，內(nèi)澆道增加擋渣和集渣設(shè)計。第三，適當(dāng)提高澆注溫度，保證澆注過程中模樣簇能夠充分燃燒。第四，提高涂料的透氣性，保證澆注過程中負(fù)壓真空度的穩(wěn)定。

4.夾砂、粘砂和結(jié)瘤

（1）原因分析 夾砂是型砂進入到金屬液內(nèi)，鑄件凝固后形成夾砂；粘砂是金屬液滲入到型砂中，形成金屬液與型砂的機械混合物；結(jié)瘤是金屬液透過涂料層，在型砂內(nèi)形成細(xì)小的粒狀金屬。這三種缺陷都與模樣簇的涂料層、填充砂的粒度、埋模緊實度、負(fù)壓真空度和澆注溫度，以及澆注系統(tǒng)設(shè)計等因素有關(guān)，主要表現(xiàn)如下：①澆注系統(tǒng)的尖角、拐角在金屬液過度沖刷下，涂料層脫落，型砂容易被沖到金屬液中。②涂料層強度低、厚度過厚或是埋模過程中涂料層脫落。③填充砂粒度過大或尖角形砂粒比例過大，埋模振動過程中易使涂料層脫落。④埋模過程中，砂型的緊實度不均勻，緊實度不夠，澆注過程中金屬液易從涂料層開裂處滲入。⑤澆注過程中真空度不穩(wěn)定，使涂料層開裂、脫落，金屬液與型砂接觸。⑥澆注溫度過高，易使金屬液從涂料層滲入到型砂內(nèi)。

（2）預(yù)防措施 ①設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)，在方便工藝實施的前提下，加大澆注系統(tǒng)的拐角，減少或避免澆注系統(tǒng)的尖角出現(xiàn)。②加強模樣簇涂刷涂料環(huán)節(jié)的控制，保證涂料層的均勻性、完整性，涂料層厚度一般控制在0.6～1.0mm，埋模時必須保證模樣簇干燥，涂料層完整，若發(fā)現(xiàn)涂料層脫落，可用配制的快干涂料進行補刷。③填充砂粒度可根據(jù)工件的大小進行選用，尖角形砂粒的比例不應(yīng)超過20%。④控制每層填砂的厚度（一般不超過300mm），選用合理的振幅，保證填充砂緊實度的均勻性。⑤設(shè)計真空度調(diào)節(jié)裝置，保證澆注過程中真空度的穩(wěn)定性。⑥依據(jù)工件大小，選用合理的澆注溫度、澆注速度。

5.冷隔

（1）原因分析 消失模鋁合金鑄件產(chǎn)生冷隔的原因，除了傳統(tǒng)工藝中的澆注溫度偏低、澆注中斷流、澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理產(chǎn)生紊流等因素外，另外一個重要原因是澆注過程中，砂箱內(nèi)真空負(fù)壓過大，模樣簇靠近涂料層部位燃燒快，造成金屬液沿型腔壁的充型速度超過內(nèi)部金屬液的充型速度，同時由于靠近型腔壁的金屬液冷卻較快，如果內(nèi)部金屬液充型后沒能將靠近型腔壁的金屬熔融到一起，鑄件凝固后會產(chǎn)生冷隔（若面積較大也叫重皮）。

（2）預(yù)防措施 ①設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)，避免澆注過程中紊流的產(chǎn)生。②保證合理的澆注溫度。③加強操作工的培訓(xùn)，保證澆注工藝的執(zhí)行。④根據(jù)工件的大小、結(jié)構(gòu)，選用合適的真空負(fù)壓，保證模樣簇汽化速度與金屬液充型速度的協(xié)調(diào)。

6.皺皮

（1）原因分析 皺皮（水紋）主要是澆注過程中模樣簇汽化速度過慢，金屬液不能平穩(wěn)充型，表面殘留液與固相碳形成皺皮，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有：①真空負(fù)壓偏小。②澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理。③涂料層透氣性偏低。④白模密度過大。⑤填充砂粒度偏小，或填充砂中粉狀物過多，造成填充砂透氣性偏低。

（2）預(yù)防措施 ①依據(jù)充型工件需求金屬液的用量合理設(shè)計澆注系統(tǒng)。②加大澆注時的真空負(fù)壓，并保持穩(wěn)定。③提高涂料層的透氣性。④加大模料預(yù)發(fā)泡的粒度，在保證白模強度的前提下，將白模密度降到最低。⑤定期清理填充砂中的粉狀物，補充新砂，保證填充砂的透氣性。

7.縮孔、縮松

（1）原因分析 與傳統(tǒng)工藝相比，消失模工藝的補縮冒口內(nèi)金屬液溫度偏低，壓力偏小，無法通過補充高溫金屬液來增加工件的工藝補縮性能，因而容易產(chǎn)生縮孔、縮松。

（2）預(yù)防措施 根據(jù)工件產(chǎn)生縮孔、縮松的具體情況，依據(jù)消失模工藝的凝固特性，通過改進澆注系統(tǒng)，提高澆注系統(tǒng)的補縮能力來防止鑄件縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生。

三、結(jié)語

消失模生產(chǎn)工藝雖以其生產(chǎn)周期短、成本低、精度高、靈活、環(huán)保，以及占地面積小、節(jié)約能源等優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，近年來在我國得到了快速發(fā)展，但由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)研究，設(shè)備、輔助材料的發(fā)展滯后，使生產(chǎn)存在嚴(yán)重的不穩(wěn)定性，特別是消失模鋁合金鑄件的生產(chǎn)。另外，由于缺乏統(tǒng)一的生產(chǎn)技術(shù)，每個生產(chǎn)廠家都有各自的生產(chǎn)特點，甚至同一種產(chǎn)品不同廠家的生產(chǎn)工藝參數(shù)都存在差異，也使消失模工藝生產(chǎn)存在重復(fù)浪費的現(xiàn)象。

以上是筆者在消失模鑄造生產(chǎn)中，通過解決不同鑄造缺陷總結(jié)的一些體會，希望給同行起到借鑒作用。