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

一、概述

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，使模樣氣化，液體金屬占據(jù)模樣位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法，又稱為干砂實型負(fù)壓鑄造，國外稱之為EPC（Expendable Casting Proces），是目前較為先進(jìn)的鑄造工藝之一。

我國消失模鑄造始于20世紀(jì)80年代，在借鑒國外消失模鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了幾十年的研究、發(fā)展，逐漸形成了具有鮮明中國特色的消失模鑄造技術(shù)和生產(chǎn)格局，發(fā)展的道路雖然歷經(jīng)曲折、反復(fù)，但在眾多科研人員的不懈努力下，消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展還是極其明顯的，特別是在2009年前后，由于消失模裝備技術(shù)和原輔材料國產(chǎn)化的實現(xiàn)，并形成了系列化和產(chǎn)供銷一條龍的生產(chǎn)格局，從而加速了消失模鑄造工藝在我國鑄造行業(yè)的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2009年，我國消失模鑄件的產(chǎn)量已達(dá)到42.7萬t，最大的單件消失模鑄件達(dá)到12t。雖然消失模鑄造得到了飛速發(fā)展，但由于各個生產(chǎn)廠家技術(shù)封閉，以及未能像傳統(tǒng)鑄造技術(shù)形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而造成各消失模生產(chǎn)廠家各有特色，這在一定程度上限制了消失模鑄造的發(fā)展，與國外的消失模生產(chǎn)水平存在一定的差距。

雖然消失模鑄造同傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，減少了混砂、起模、修型、下芯及合箱等工序，避免了所述工序?qū)ぜ斐傻馁|(zhì)量問題，大幅度提高了鑄件的尺寸精度，降低了表面粗糙度值；同精密鑄造相比，生產(chǎn)工序、生產(chǎn)環(huán)境相對簡單，成本低，但是由于消失模鑄造采用實型模樣澆注，充型過程中存在復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，同其他工藝生產(chǎn)的鑄件一樣，消失模鑄件不可避免地將產(chǎn)生各類鑄造缺陷，其中由于顯微夾渣存在于鑄件基體內(nèi)部，不易被直觀地檢驗發(fā)現(xiàn)，而是需通過較復(fù)雜的檢驗手段或破壞鑄件才能發(fā)現(xiàn)，所以消失模鑄件顯微夾渣成為消失模鑄造的難題。

二、消失模鑄鐵件顯微夾渣的存在形式

夾渣是鑄件缺陷的一種，俗稱渣眼，傳統(tǒng)鑄造工藝鑄件的夾渣一般因為熔煉鐵液不純凈而形成的。消失模工藝鑄件除了鐵液不純凈形成夾渣外，還會因工藝不完善，以及澆注過程中模樣的殘渣而造成鑄件夾渣，且夾渣一般多集中在鑄件的表皮下和過渡圓角處，形狀有線條狀、片狀、塊狀等，顏色為黑色。由于非加工面的夾渣難以發(fā)現(xiàn)，所以對鑄件質(zhì)量的危害性也較大。

我公司采用消失模工藝生產(chǎn)鐵路用ⅢB型鐵座的初期，由于鐵座為非加工鑄件，為保證鐵路運輸?shù)陌踩?，我們做了大量的破壞性檢驗，將鐵座的各部位進(jìn)行切割檢驗，發(fā)現(xiàn)鐵座尾部與工作面的連接處靠近邊緣部位A（見附圖）不是光滑潔凈的金屬面，而是有不規(guī)則黑色物體，通過顯微鏡觀察，判定為夾渣。由于夾渣極微小，如不仔細(xì)觀察難以發(fā)現(xiàn)，在顯微鏡下觀察，所占比例在10%左右。

根據(jù)鐵座的使用狀況，A處為鐵座使用過程中的主要受力部位，由于夾渣缺陷的存在，會使夾渣處的力學(xué)性能大幅降低，從而無法保證線路的安全性。因此，夾渣缺陷成為鐵座是否采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的一個重要決定因素。

三、消失模顯微夾渣分析

消失模鑄造工藝的主要工序為：模樣簇的制作（模樣制作→模樣組合→涂刷涂料→模樣簇烘干）、埋模、熔煉和澆注等4道工序。依據(jù)夾渣缺陷生成的機(jī)理，我們認(rèn)為造成夾渣缺陷的原因主要有三個方面：一是熔煉后鐵液內(nèi)部的熔渣未能清理干凈，特別是球墨鑄鐵的熔煉，由于球化處理完畢后，鐵液內(nèi)部會存在部分球化反應(yīng)的殘留物；二是澆注過程中，工藝控制不嚴(yán)，鐵液表面的浮渣隨鐵液進(jìn)入型內(nèi)；三是在消失模工藝特有的充型過程中，高溫鐵液與模樣之間產(chǎn)生強烈的化學(xué)反應(yīng)，通過鐵液的熱量，使模樣熱解氣化，再通過真空泵將模樣氣化產(chǎn)生的氣體抽出，而如果模樣氣化不完全，模樣氣化產(chǎn)生的氣體不能及時抽至型外，型內(nèi)產(chǎn)生的氣體壓力會使模樣殘渣滯留在鑄件表皮下，從而使鑄件產(chǎn)生夾渣缺陷（消失模行業(yè)內(nèi)稱為模樣殘渣缺陷）。

由于金屬熔渣和模樣殘渣顏色非常相近，都是黑色，并且留在鑄件內(nèi)形成夾渣的部位相同，所以消失模鑄件夾渣缺陷從顏色和部位上很難分清是金屬熔渣，還是模樣殘渣。但是，由于金屬熔渣一般體積較大，肉眼可以看見，而且形成的比例較小，而ⅢB型鐵座的夾渣體積微小，形成比例較大，因此我們制訂了在嚴(yán)控熔煉、澆注工藝的前提下，主要以消除模樣殘渣為主的解決方案。

四、顯微夾渣預(yù)防措施

1.嚴(yán)格鐵液的熔煉和處理工藝

（1）為減少熔煉過程中由于原材料的銹蝕造成過多的熔渣，我們嚴(yán)格規(guī)定了原材料使用前的表面清理標(biāo)準(zhǔn)，通過采用振動、拋丸、加熱等處理手段，將原材料表面的銹蝕、油污等雜質(zhì)處理干凈。

（2）熔煉后期，利用聚渣劑將熔煉產(chǎn)生的熔渣盡可能地清除干凈，同時在鐵液出爐前，提高鐵液溫度100℃左右，用聚渣劑清理熔渣2～3次，再將鐵液溫度降低到出爐要求的溫度后出爐。

（3）將球化包內(nèi)清理干凈，球化處理用的球化劑、孕育劑使用前進(jìn)行烘烤，對覆蓋用的鐵屑在使用前進(jìn)行加熱，以清除油污。

（4）球化處理反應(yīng)完畢后，靜置3～5min，并用聚渣劑除渣2～3次。

2.澆注工序

（1）澆口杯使用水玻璃砂制作，嚴(yán)禁使用其他方式的澆口杯。

（2）澆注過程中，安排專人進(jìn)行擋渣。

（3）澆注時鐵液必須充滿澆口杯，要求鐵液連續(xù)，流速平穩(wěn)。

（4）通過人工控制，保證澆注時砂箱內(nèi)的真空度在一定范圍，上下波動在0.05MPa左右。

3.模樣制作工序控制

（1）在保證模樣強度的前提下，通過調(diào)整發(fā)泡時間、蒸汽壓力，來控制加大模料發(fā)泡后的顆粒度，最大可能地降低模樣（白模）的密度。通過多次的試驗，我們將ⅢB型鐵座模樣的密度控制在0.018～0.026g/cm3。

（2）在保證澆道強度要求的前提下，最大可能地降低澆道模樣（白模）的密度。通過試驗，我們將澆道模樣的密度控制在0.016～0.022g/cm3。

（3）通過調(diào)整涂料中耐火材料的粒度和比例，在保證鑄件表面粗糙度的前提下，使涂料的透氣性達(dá)到最大，以利于澆注過程中模樣產(chǎn)生的氣體順利排出。

（4）模樣組合時，通過鑲嵌方式，在使用少量粘結(jié)劑的情況下，達(dá)到保證模樣簇強度的目的。

（5）控制填充砂的粒度比例，加強填充砂的除塵，保證澆注過程中填充砂的透氣性，以利模樣產(chǎn)生的氣體排出。

五、實施效果

我們對第一爐試驗的ⅢB型鐵座進(jìn)行了全部破壞性試驗，對工件的重要受力部位進(jìn)行切割檢驗，未發(fā)現(xiàn)夾渣缺陷。隨后，按照第一爐試驗過程中各道工序的控制措施，我們又連續(xù)試驗了5爐，以50%的抽檢比例對每個砂箱內(nèi)的鑄件進(jìn)行切割檢驗，共抽檢960件。抽檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有兩件ⅢB型鐵座孔的端壁有夾渣缺陷（肉眼可以看見），而通過顯微鏡檢驗，ⅢB型鐵座過渡圓角處，未發(fā)現(xiàn)夾渣缺陷。依據(jù)試驗過程中制定的預(yù)防措施，我們對ⅢB型鐵座的消失模鑄造工藝進(jìn)行修訂、補充后，進(jìn)入批量生產(chǎn)。

（20120820）