消失模铸造气孔问题

消失模铸造，因其多快好省绿色环保而且有强大的生命力，特别是进入新世纪以来，发展更有破竹之势，国内到底有多少家铸造企业采用该技术组织生产，谁也无法做出准确的统计，我们山东省不应低于200家，江苏一个县级市就有30多家简易消失模企业，东北三省、河南、河北、湖南、湖北等铸造大省有很多砂铸企业、精铸企业，也上马了消失模铸造，更有一些新上企业。上述多数企业没有通过规范的铸机公司和专业化的技术公司指导，也未与学会及协会有任何联系，简单上马，埋头苦干，使消失模铸造众多的技术优势得不到发挥，有的消失模铸造企业五年搞不定一个粘砂问题，清理人员占生产人员的1/3以上，产品粗糙，效率低下，浪费人财物力。消失模铸造精确成型，近无余量，附合铸件轻量化、精确化、复杂化的历史趋势。其知识涵盖机械、化工、冶金、铸造、计算机等多学科。由于干砂造型、实型气化型壁负压等客观条件的改变，大大减化了生产工序，缩短了工艺流程，极大地便利了生产，提高了生产效率，改善了劳动环境，减轻了劳动强度，其优势显而易见。由于生产界对其深层规律的认识尚不彻底，管理不太到位，新技术的应用带来了方便，也带来了麻烦，有些铸造缺陷层出不穷，防不胜防。今天，我就消失模铸造现实生产中大家比较头痛的三孔缺陷与在座的学术技术专家和企业家共同探讨。

这里所讲的消失模三孔缺陷是气孔、缩孔、渣孔的统称。非加工类铸件，如高锰钢、耐热钢铸件，大都是铸态使用，对三孔的要求很少，只要材质合格、尺寸合格、表面光洁就可以交付使用，一般用户也没有特殊的要求。然而碳素钢、不锈钢、铸铁铸铜件大都需要机械加工，有些特殊铸件还要进行解剖，压力极限爆破等破坏性试验，重点部位不允许焊补及组织偏析。我们的消失模铸造企业，在生产全加工铸件及有以上特殊要求的铸件时纷纷受阻，既使最终得以解决，也要付出很大的代价，一定程度上影响了消失模铸造的应用范围。

消失模铸造极具特殊性，干砂造型无任何粘结剂，实型及浇注统无需取出，极大地改善了铸件设计自由度，提高了铸件的表面光洁度及尺寸精度。负压的引入控制着干砂的硬度及退让性，排除裂解气体的同时提高了液态合金的充型能力，群铸工艺有利于提高工艺出品率，这些都是对传统铸造颠覆性的革命，很多深层次的规律要靠产学研各界通力合作多年才能逐步得以认清，各类铸造缺陷与传统铸造在形成机理方面大有不同，我以下就结合生产实践与诸位交流。

消失模的充型过程中，强大的热辐射作用，使金属前沿与泡沫间形成不规则的间隙层，以底注为例，金属充型前沿呈“凹”字型，对应的泡沫端呈锯齿型或指型。合金前沿漂浮着未能彻底清除的固体渣质及未充分气化的液相泡沫，由于间隙内是正压，涂层外呈负压，气压差迫使固态渣质及液相泡沫随气体的逃溢方向流动，气体以小分子状态存在容易被负压排出型外，而固体杂质被挡在了涂层内壁，亦即铸件的表面形成表面渣坑，这是消失模铸造较传统铸造内部渣孔减少而外面渣孔突出的主要原因；液相泡沫同样也被排挤在金属一涂层界面，部分被涂层吸附，部分二次气化，二次气化的气体大部分溢出型外，少量侵入金属形成表层气孔。铸件的冒口一般设计在顶端，而且是暗冒口，无法通过补浇的方式得到高温金属，聚集的金属全是被汽化吸热降温后的金属，补缩效果不佳，缩孔机率增大。气孔、渣孔、缩孔、炭缺陷在消失模很多的工艺控制方面有雷同之处，且不互相矛盾，所以在此以消失模铸造气孔的防治为主线，一同阐述防治措施。

气孔的术语定义：金属液在凝固过程中，陷入金属中的气泡在铸件中形成孔洞，称之为气孔。

气孔分侵入气孔、裹携气孔、析出气孔、内生反应气孔、外生反应气孔，气孔的形成机理极为复杂，还存在着地域特点和季节特点，与合金的凝固形式有很大的关系。各类气孔在传统铸造中的形成机理及预防措施这里不再多讲，只是结合消失模铸的工艺特性本身作简明的阐述。

消失模铸造的充型过程中，泡沫模型在强大的热辐射作用下，发生巨烈的裂解、气化、融

化，产生大量的小分子气体和部分液相泡沫及少量灰份，随液态合金前沿的推进而退让，合金逐层置换泡沫模具所占的空间。消失模铸造的充型速度既受重力影响，又受负压的影响，而且负压的引入极大地提高了合金的充型能力和充型速度，所以我们消失模铸造要用比较大的浇口杯及采用比较快的浇注速度，如果浇注过程中浇口杯未能充满，那么，渣质及空气随浇注系统进入铸件，轻则气孔夹渣，重则塌箱溃型。以上只是对消失模浇注和充型过程的基本描述，那么消失模铸造的三孔缺陷如何形成，何时形成，我们又将如何防范呢？

一、消失模铸造产生气孔的原因大致如下：

1、泡沫模型气化分解生成大量的气体及残留物不能及时排出铸型，泡沫、涂料层填充干砂的干燥不良，在液态合金的高温包围下，裂解出大量的氢气和氧气侵入铸件是形成气孔的主要原因。

2、钢水脱氧不良、炉台、炉内、包内除渣不净，镇静时间过短，浇注过程中挡渣不力，浇注工艺不合理造成渣孔。

3、由于浇注系统设计不合理，金属液的充型速度大于泡沫气化退让及气体排出速度，造成充型前沿将气化残留物包夹在金属液体中再次气化形成内壁烟黑色的分解气孔。

4、浇注温度低，充型前沿金属液不能使泡沫充分气化，未分解的残余物质来不及浮集到冒口而凝固在铸件中形成气孔。

5、内浇道开设位置不合理，充型时形成死角区，由于型腔内气体压力作用，使气化残留物积聚在死角处形成气孔，内浇道截面积过大，使充型速度大于泡沫气化退让速度，吞食泡沫，在合金内部分解气化，而气体无法排出形成气孔。

6、涂料的透气性差或者负压不足，充填砂的透气性差，不能及时排出型腔内的气体及残留物，在充型压力下形成气孔。

7、浇注速度太慢，未能充满浇口杯，暴露直浇道，卷入空气，吸入渣质，形成携裹气孔和渣孔。

8、浇口杯容量太小，金属液形成涡流，侵入空气生成气孔。

9、浇口杯与直浇道以及浇注系统之间的连接处密封不好，尤其是直浇道与浇口杯的连接密封不好，在负压的作用下很容易形成夹砂及气孔，这种现象可以用伯努利方程计算和解释。

10、型砂的粒度太细，粉尘含量高，透气性差，负压管道内部堵塞造成负压度失真，使型腔周围的负压值远远低于指示负压，气化物不能及时排出涂层而形成气孔或皱皮。

二、控制气孔缺陷的工艺措施

1、选择适宜的模型材料

采用共聚泡沫作模型材料，由于共聚物是拉链式分解，一次性气化程度高，液相比例小，小分子气体很容易从涂层溢出。白模密度在强度和光洁度保证的前提下尽可能小一些，减少发气总量，浇注系统采用空心直浇道并加设过滤器，对液体合金进行机械挡渣、吸附梳流，使充型更平稳。

2、浇注系统的及保温冒口的使用

内浇道的开设要有利于合金的顺利平稳快速充型，不形成死角区，在铸件的顶部设置大气压力保温冒口，集渣补缩于一体，相关部位设置随形隔砂冷铁，实现铸件的顺序凝固，把合金内的气体、渣质及气化残留物上浮到冒口部位，减少气孔、渣孔、缩孔产生的机率。实践证明，纸浆冒口、漂珠冒口的补缩效果优于泡沫球形冒口，并可以综合使用冒口覆盖剂。 3、提高涂料的透气性

耐火骨料的粒度要适宜，骨料中70－100目砂状物质要含10－15%，采用复合悬浮剂粘结剂，配制的涂料具有高低温强度好，耐磨损，易涂刷，不开裂，排气能力大，透气性好，烧结均匀，开箱易脱落剥离，不与合金润湿及化学反应，一般铸件涂刷2遍，涂层厚度1－1.2mm 。