铸造缺陷(3)

二次渣滓，是指金属液在浇包内挡住或除去一次渣滓 后，进行浇注直至充型过程中，由于金属液的二次氧化或其 它各种原因而形成的渣滓。
图10－12为球铁曲轴在上型中的上表面产生的夹渣，这
种夹渣声称为“黑渣”。黑渣由多种氧化物组成（MgO、 FeO、Al2O3、SiO2稀土氧化物），是一种二次渣滓的夹 渣缺陷，实际上是氧化膜的夹杂类缺陷。
3）解释“膨胀缺陷”的“膨胀-应力理论”认 为：膨胀缺陷经过三个阶段。即：
a.砂型表面受热迅速膨胀，
b.砂型表层脱离砂型本体而凸起，
c.砂型表层（干砂层）破裂、金属侵入而造成夹 砂。
夹砂产生倾向 = 铸型表层膨胀力/高湿度弱砂带 强度。
高湿度弱砂带的热湿拉强度越低，产生夹砂的 倾向越大。
提高型砂热湿拉强度的作用对防止夹砂，效果 好。
1）控制细粉含量，使之低于8%~12%； 2）加木屑1~2%； 3）对水分和型（芯）砂混碾质量应严加控制；等等。
4、充填缺陷
金属液充填铸型型腔时，充填得不完整，或金属液机械 冲击或冲刷而导致铸型损坏所产生的铸件缺陷，称为充填缺 陷。
充填缺陷可分为：金属液流动缺陷、金属液机械致损缺 陷两类。
（1）金属液流动缺陷 流动缺陷是指：金属液充填铸型型腔不完整，造成的铸 件缺陷。 流动缺陷主要包括：冷隔、皱皮与皱纹、浇不到、飞翅 等。
砂眼缺陷形成的主要原 因是：
金属液充填型腔的冲 击力和紊流液流的冲刷作用，砂 型的紧实度不足，砂粒间的孔 隙大，金属液就易钻入；砂粒 间结合力弱，钻入砂粒间的金 属液就会把砂粒挤出来形成砂眼。
4）氧化膜夹杂：铸件表面或内部有金属液充型时形成 的氧化膜。易生成氧化膜的铝合金、纯铜、球铁（二次渣 滓）。
（4）鼠尾
鼠尾的形成过程如图8-7所示。它常出现在铸件的平面 上，特别是铸件的下平面上。
消除鼠尾的根本措施是：减少膨胀力，可在型砂中加入减 少砂型膨胀量的附加物，最有效的是加入纤维物和木屑。
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（5）毛刺
由于砂型（芯）受热膨胀导致开裂成缝，金属液渗入缝 中所形成的刺状金属突起物，称为毛刺。砂型（芯）的工作 表面开裂缝呈网状时，所形成的网状金属毛刺称为脉纹。
铸钢薄壁件表面上易出现的这种皱纹缺陷，其防止的根 本措施为：提高钢液在型腔内的上升速度（不低于 18mm/s）；采用还原性气氛保护上升的金属液面，使型腔 中CO/CO2、H2/H2O的比值增大。
3）浇不到：铸件不完整（如图9-10所示），有 停止流动的流头残迹。
浇不到缺陷形成的主要原因是：浇注温度不够、浇道过 小，金属时排气孔数量不够。
（2）金属液机械致损缺陷
金属液机械致损缺陷，是指液态金属对砂型型腔表面的 冲击、冲刷，造成砂型被损坏而产生的铸件缺陷。
金属液机械致损缺陷主要包括：冲砂、胀砂、抬箱、跑 火、钻芯等。
1）冲砂：是指充型金属液将砂型或砂芯表面砂粒或局 部砂块冲刷掉。
冲砂引起的缺陷，通常位于铸件的浇口附近。引起冲砂 缺陷的首要原因是型砂的干强度太低、浇注时间过长。
2）胀砂：是指铸件形状与图样不符，铸件外表面、内 表面局部胀大的多肉缺陷，同时伴随缩孔、缩松、重量超差 等缺陷。如图9-12所示。
胀砂是砂型不能抵挡金属施加的压力，发生二次紧实而 产生的缺陷。如铸铁件凝固时，共晶转变产生的共晶膨胀压 力，在这种压力下，砂型被二次紧实发生型腔整体扩大。
紧实度或硬度较大的铸型，如高压造型、干型、化学粘 结剂砂等有较高的抗胀砂能力。
防止措施：浇注时，金属液应避免液流表面发生二次氧 化；对于球铁，过高的残余镁量，会增大氧化膜夹杂形成的 倾向。
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3）抬箱：铸件在分型面处存在着极为严重的飞边，即 有厚片状的、表面光滑的、周边不规则的金属凸出物，其厚 度有时与铸件所增加的高度相等，这种缺陷称为抬箱。
抬箱缺陷产生的原因是：砂型的压铁重量太轻；或上、 下型夹紧不当，液态金属静压力过高等。
4）跑火：又称型漏，“火”代表金属液，是指金属液 充型 超过分型面进入上砂型后，分型面处，由于种种原因有泄漏 口使金属液决口流出型外。
正确设计浇注系统、控制湿度过高、浇注时不发生飞溅 等，可克服冷豆缺陷。
2）内渗豆：铸件的内部孔洞类缺陷（气孔、缩孔）的 孔壁上，有金属珠，即金属豆附壁而生。其目视特征与冷豆 相似，主要差异是：内渗豆的化学成分与铸件本体的不一 致，是一种低熔点的熔体成分。灰铸铁件最容易产生内渗豆 缺陷。
其形成的原因，同冷豆的形成相反。它是铸件内部，在 凝固时期，先形成孔洞类缺陷（如气孔、缩孔等）；再在铸 铁件凝固时，在共晶团晶间的含磷量高的低熔点共晶成分熔 体，在铸铁内、外压力作用下，被挤入气孔或缩孔的孔洞 中，渗在孔壁上，形成金属豆。即先有孔洞，后有金属豆。
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有色金属铸件中，常出现金属夹杂物缺陷。主要防止措 施是：保证金属炉料的纯净度，防止混入外来金属。
2）夹渣：是指铸件内部或表面有外来的非金属夹杂 物，统称为“渣滓”。
夹渣的目视特征是：形状极不规则的孔穴内，包容着渣 滓。
按形成时间的先后，有一次渣滓和二次渣滓两类：
一次渣滓，是指合金冶炼或熔炼时的冶金熔渣（氧化渣、 还原渣、酸性渣、碱性渣等）或熔剂所形成渣滓；或金属 液同炉衬、包衬相互作用生产的渣滓；或金属液炉前处理 （孕育或变质等）生成的渣滓。
跑火缺陷的主要原因是：砂型浇注前泥封分型面不严、 压铁太轻、落砂太早等。
5）钻芯：型腔内金属液钻入砂芯内的通气道流入砂芯 内部。
钻芯缺陷的主要原因是：砂芯头与砂型芯座之间，或砂 芯顶面与型壁之间的装配间隙太大、内浇道直冲砂芯，产生 偏芯等。
5、夹杂类缺陷
（1）定义：在铸件内部或表面存在着化学成分、物理 性能不同于基体金属的组成，这种组成物称为夹杂。
消除浇不到缺陷的措施有：提高浇注温度、加大浇道尺 寸、改进排气系统。
4）飞翅：垂直于铸件表面上的薄片状金属突出 物，称之为飞翅，或称披缝。
飞翅缺陷形成的主要原因是：上、下分型面或铸型芯座 与砂芯芯头之间的装配间隙过大，浇注时造成液态金属钻入 缝隙中。
消除飞翅缺陷的措施有：控制上、下分型面或铸型芯座 与砂芯芯头之间的装配间隙，对工艺缝隙进行填补等。
防止夹渣缺陷的措施为：
i. 金属液的过滤，净化金属液； ii. 在熔炼工艺，控制金属炉料，尽少带入夹杂物。 iii. 合理设计浇注系统，具有挡渣功能，使金属液平稳充 型。 iv. 提高浇注温度，良好地挡渣，可有效防止球铁黑渣。
3）砂眼：铸件表面或内 部包容着砂粒的孔穴，称之 为砂眼。如图10－13所示。
硅砂的受热膨胀，是产生毛刺与脉纹的根本原因。 型砂组成不合理（如颗粒筛号比较集中）会增加砂型的 宏观膨胀量；铸铁的碳、硅和磷含量高，金属液的流动性 好，都会加剧铸件表面的毛刺量；砂型局部过热，冒口太 接近砂芯头部位等都易使砂型（芯）开裂成缝而形成毛刺。
为了防止毛刺，要求浇注时，芯砂或型砂有较高的热变 形量。砂型热变形量过低时，可采用下列措施改进：
主要类型有：冷豆、内渗豆、外渗豆等。
1）冷豆：铸件内部或表面有气孔，孔中有金属珠粒， 豆与铸件本体不熔合但相连。如图10－1所示。
其形成的原因主要是：浇注充型时，发生飞溅，形成金 属液珠，液珠表面氧化，有氧化膜；再发生反应： Fe+C→Fe+CO，形成包围着液珠的气孔、液珠凝固后，成 为气孔中的金属豆。铸铁铸钢中称为“铁豆”。冷豆形成过程 是：先为豆、后有气孔。
消除铸铁件凝固时形成内部自由表面的孔洞类缺陷―― 气孔、缩孔等，可以防止内渗豆缺陷。
（3）夹杂缺陷：
夹杂缺陷可分成：金属夹杂物、夹渣、砂眼、氧化膜夹 杂等。
1）金属夹杂物：主要是熔炼时中间合金未熔尽以小颗 粒形式存在于合金熔液中；或炉前孕育或变质处理用的中间 合金颗粒，未熔化浇注随着液流进入型腔而形成金属夹杂物。 图10－7是灰铸铁件断口中的金属夹杂物。
由尺寸大小分类，可分为宏观夹杂物和微观夹杂物。由 夹杂物不源分类，可分为内生夹杂物和外来杂物。由夹杂物 成分分类，内生夹杂物主要是氧化物、硫化物、氢化物和低 熔点渗出物，外来夹杂物主要是渣滓、型砂、芯砂、涂料等。
（2）豆类夹杂物：铸件内部或表面有孔洞（气孔或缩 孔），孔洞中有金属珠；或铸件表面有金属珠，这些金属珠 类夹杂物，形似豆，统称为豆类夹杂缺陷。俗称“铁豆”。
合金中有易氧化的元素，如Mn、Si且含量较高时（象硅 锰低合金钢ZG20、MnSi），极易形成皱纹，又称水平流痕。
其形成过程为： a.在钢液的充型过程中，随着型腔内上升液面温度的降低液面
形成氧化膜，液面继续上升使氧化膜粘附于型壁上，钢液面 漫过氧化膜留下痕迹； b.当液面温度下降到凝固温度范围时，液面结壳，更严重地阻 碍型腔内液面的上升运动，但型腔内液面克服阻力，突破液 面壳之阻力漫过它继续上升，结果在“金属/铸型”界面上 留下痕迹，即：皱纹。
1）冷隔：冷隔呈“裂纹”状缝隙，但缝隙带有 圆角的棱边，如图9-5所示。
产生冷隔的原因是：金属液流动能力弱、浇注速度过慢、 型腔内空气未驱赶尽。
消除措施包括：提高浇注温度、增加金属液的流动性、 改进浇注系统和排气能力。
2）皱皮与皱纹：铸件整个表面布满绵延不绝的皱纹， 这种表面缺陷称为皱皮。如图9-8、图9-9c所示。
3、膨胀缺陷
（1）定义：浇注金属时，砂型（芯）表面层受热而发 生膨胀和强度的变化，因此而引起的铸件缺陷，统称为膨胀 缺陷。
（2）分类：湿砂型时，主要产生夹砂、结疤和鼠尾缺 陷；有机物粘结剂的砂型或砂芯中产生的毛刺缺陷。
（3）夹砂
夹砂缺陷在类型上有两种：夹砂与结疤，如图8-4所示。
型砂的膨胀与其矿物组成及紧实程度有关： 1）硅砂的膨胀随温度的升高而不断增大，在573℃温度 时，发生β-石英向α-石英的转变，线膨胀总量达1.375%， 这种膨胀又称“低温膨胀”。 2）型砂紧实度不太高时，砂粒间孔隙大，砂型受热砂 粒“低温膨胀”时可以无阻地自由微观膨胀，砂型的宏观膨 胀 就小，犹如砂型能自行适应和吸收“低温膨胀”；如型砂的 紧 实度较大，砂型的受热膨胀受阻，会导致砂型宏观膨胀增 大，出现膨胀缺陷的可能性增大。