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： ① 使用可熔（溶）性一次模和一次型 （芯），不用开型起模，无分型面。
② 采用涂料浆制型壳，涂层对蜡模(易熔 模)复印性好。 ③ 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（Ra0.8-3.2μ）的 复杂铸件。
① 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。 ② 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：1.0—1.1。但 也可以通过降低水玻璃密度：1.26—1.28g/cm3，模数
3、金属液精确复型的影响因素
⑴ 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。
罩密封，使铸件在还原气氛中冷却。
⑵ 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： ① 喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙度 好2级以上。
② 采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度较
好的方法。
③ 整组铸件组振壳后，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
② 对于硅溶胶型壳，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 Ra6.3μm，而其它两种工艺方法所生产的铸件表面粗 糙度可达1.6μm — 0.8μm。
⑶要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个
方面：
①讲究压型制作质量，特别是压型表面粗糙度应尽量低.。 ②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。 ③注蜡道尺寸应根据熔模大小合理设计，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。
前言
铸件质量: 产品质量 (狭义的) 工程质量 (广义的) 铸件质量标准: 国标 (GB) 国际标准 (ISO) 行业标准(如JB等) 企业内控标准(如Q/DFLCM)
铸件质量标准定量地表示铸件满足一 定要求的适应程度。 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 是参考条件。 1、铸件精度标准 2、铸件表面质量标准 3、铸件功能质量标准
2、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: ①面层涂料对熔模的湿润性，即复印熔模的性能； ②涂料的粉液比要足够高，使制得的面层致密； ③面层的干燥条件。
⑴ 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:
②压制方式（糊状模料压制或液态模料压制）
③压制工艺参数的选择
⑴ 熔模表面粗糙度与压型表面粗糙度及压制方 式 的关系
糊状模料压制
压型表面粗糙度 Rα(μm) 熔模表面粗糙度 Rα(μm)
液态模料压制
压型表面粗糙度 熔模表面粗糙度 Rα(μm) Rα(μm)
0.012
0.20 1.6 3.2
1.6
1.6 3.2 6.3
清理。
④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。
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三、铸件表面缺陷
1、粘砂
⑴ 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。
⑵ 形成原因：
① 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 + SiO2 = 2FeO· SiO2 (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。
⑵ 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
⑴ 金属液凝固过程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
0.012
0.025 0.100 0.20
0.025
0.050 0.100 0.20
⑵ 压制工艺参数
① 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。
② 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。
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：
①、铸件形状、大小和结构；
②、压型
③、制易熔模
④、型壳
⑤、浇注工艺
熔模铸造生产铸件尺寸变化过程：
工艺过程 压 型 蜡 模 型 壳 型壳内腔 （脱蜡并干燥 24小时） 型壳内腔（焙 烧后） 金属浇注 尺寸变化 — 收缩 — 收缩 温度变化区间 20 ℃ -40 ℃ -20 ℃ 70 ℃ -20 ℃ 20 ℃ -30 ℃ 160 ℃ -20 ℃ 96 ℃ -20 ℃
1、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Ra0.8μm 时，一般铸件表面粗糙度为3.2μm。
影响熔模表面粗糙度的因素 ①所用的压型表面粗糙度，
c、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：
① 采用线收缩小的模料，且注意保持模料的工艺性能。
② 根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理的压注工 艺参数。
③ 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. ④ 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。
M3.0—3.2及采用级配石英粉来提高粉液比。
③ 关于级配粉对面层涂料的作用 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
1713 1713 2030~2050 1810
1680 2000 1700~1900
2.65 2.2 3.99~4.0 3.16 2.62~2.65 3.1~3.5 3.9~4.9
~123 5 86 54 50 50~80 46
1800 ＜1948
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 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，故不易做尺寸精度要求高的铸
铸件缺陷： 广义的铸件缺陷指铸件质量特性没 有 达到等级标准，铸造厂质量管理和工艺水平 差， 产品质量得不到有效保证。（工程质 量 问题） 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 收 技术条件……。（产品质量）
熔模铸件质量检验：
1.外观质量:包括尺寸、几何形状、 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。 2.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 缺陷（非金属夹杂物鉴定等） 3.其它：如密封性、抗氧化性等。
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， 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。
① 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%。 ② 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。 ③ 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。
膨胀
收缩
20 ℃- 1100 ℃
800 ℃ -1600 ℃ -20 ℃
1、模料及制模工艺对铸件尺寸的影响
ａ.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、室温等因素波动而造成。
比的条件下，仍有适宜的涂料粘度和良好的流 动性。
⑶ 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： ① 对于水玻璃型壳，面层制好后，硬化前应先进行 1—2 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.
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 量的工艺因素多。 2、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。 3、适宜中小型铸件，有一定的限制。 4、生产周期长。 5、铸件的冷却速度较慢，易产生铸件晶 粒粗大，碳钢件还容易形成表面脱碳 层。
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。
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
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 Ra12.5~0.8μm。 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： ①、熔模表面； ②、型壳内表面 ③、金属液复型 ④、其它
①对熔模表面应清洗干净，去除油等物质。
②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 ③ 面层涂料的回性,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
⑵ 面层涂料粉液比对型壳致密性的影响
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
耐火材料名称
能
熔点
（℃）
耐火度
（℃）
密度
（g /cm3）
膨胀系 数×10-7
（1 / ℃ ）
多晶转 变 有 — — — 有 (轻 ) — —
石英 熔融石英 电熔刚玉 莫来石 高岭石熟料 铝矾土熟料 锆英石