熔模铸件缺陷分析--粘砂

熔模铸件常见缺陷分析及处理

——表面缺陷类之一

化学粘砂与机械粘砂

潘玉洪

摘要：机械粘砂和化学粘砂是熔模铸件常见的铸造缺陷之一，它是指在铸件的表面上牢固地粘结着一层金属与型壳材料结合物。本文重点阐述熔模铸件化学粘砂和机械粘砂的外部特征，产生的部位、机理以及主要原因，同时提出了从熔模铸造的选材、制壳工艺、焙烧工艺、熔炼工艺等方面采取实用、有效的对策，从而提高熔模铸件的合格率。

关键词：熔模铸件；粘砂缺陷；分析与处理

1.引言

在熔模铸造生产中，当灼热的金属液浇入型壳中，金属液与型腔表面就发生极为复杂的、物理的和化学的相互作用，往往导致铸件产生各种类型的铸造缺陷，机械粘砂和化学粘砂就是其中之一。

如果铸件局部产生粘砂，还不至于使铸件报废；但它影响了铸件的外观，增加了清理铸件的工时和劳动量；尤其对于需要机械加工的铸件，粘砂会给切削加工带来很多的麻烦，提高了生产成本，甚至影响正常的生产进度和交货期。所以，熔模铸造工作者必须在生产中尽量减少，甚至消除铸件的机械粘砂和化学粘砂缺陷。

目前，国内外一些资料把粘砂分为两种、三种或四种，作者认为分为化学粘砂和机械粘砂两种比较合适。

2．化学粘砂

2.1概述

2.1.1特征

金属液在高温下与型腔表面发生相互作用，冷凝后在铸件的表面上牢固地粘结一层难以清除的金属液与型壳材料之间化学反应生成粘砂。如图1：

图1 化学粘砂

左A-化学粘砂右－正常

2.1.2 部位

常常产生在大型铸件、铸件的厚大部位，铸件浇注部位的下端，靠近内浇口或冒口等部位。

2.1.3 机理

按照化学粘砂产生的主要原因，把化学粘砂的形成过程分为三种情况，如图2：

图2 化学粘砂形成过程的示意图

A型：a—金属液浇入型腔中；

b—金属液被型砂中的空气或水分氧化，生成低熔点的、与石英砂浸润能力很强的氧化铁：

2Fe ＋O2＝2FeO

（液、固）（气）（液、固）

c—氧化铁与石英砂（粉）作用：

2FeO＋SiO2＝2FeO ·SiO2

生成液态的铁硅酸盐（也称铁橄榄石），因为其熔点低（为1205℃）、流动性好、

浸润能力强，所以渗入型砂孔隙中的能力增强；

d——铁硅酸盐渗入型砂的孔隙中，与石英砂化合而成粘砂。

B型：型砂因耐火度低而熔融生成的粘砂。

C型：金属液中的氧化物（如Cr2O3Mn2O3等）或进入冒口中的氧化渣与石英砂作用而生成的粘砂。

当熔炼高锰钢铸件时，也会发生类似A型粘砂。

2Mn ＋O2＝2MnO

2MnO与型壳中SiO2在高温下发生相互作用后生成低熔点的化合物：MnO ·SiO2（1270℃），2MnO ·SiO2（1320℃），3MnO ·SiO2（1200℃）。

2.2 产生化学粘砂的主要原因

2.2.1 型壳焙烧不充分或浇注前型壳返潮

焙烧工艺不当，如焙烧的温度低或时间短，使型壳中残留水分；或焙烧后存放时间长返潮。浇注时，金属液与型壳中的水分作用生成的氧化铁就多，进而生成铁硅酸盐也就多，也就容易产生化学粘砂。

2.2.2 型壳材料选用不当或质量不符合要求

选用耐火度低的型壳材料，有利于金属液与型砂作用，易产生化学粘砂。型壳材料中含有较多的碱性氧化物，同样有利于金属液与型壳作用，生成铁硅酸盐增多，易产生化学粘砂。

2.2.3 金属液中含有较多的氧化物

金属液不仅与型壳中的水分或型腔中的空气作用生成氧化铁，而且，在熔炼或浇注的过程中，也不可避免的产生氧化物；再加上脱氧不充分，都增加了生成氧化铁的机会，从而增加了产生化学粘砂的可能性。

2.2.4 金属液和型壳的温度过高

浇注时金属液和型壳的温度过高，使型壳的局部散热条件差或铸件的局部热节过大，这些因素都增加了金属液与型壳材料相互作用的时间，从而增加了产生化学粘砂的可能性。

2.2.5 产生机械粘砂的主要原因，对产生化学粘砂也有同样的影响。

2.3 防止化学粘砂的主要措施

2.3.1 选择正确的型壳焙烧工艺，并严格执行

焙烧型壳的目的是从型壳中除去挥发性的物质（如残留的水分、盐分、模料等），进一步提高型壳的质量。生产中常采用的型壳焙烧工艺：温度为850~900C，时间为3~4h（时间与装炉量有关）。总之，型壳焙烧质量的好坏可以从型壳外观的颜色判断；如果型壳呈深灰色，则说明焙烧不充分；如果型壳呈白色、粉红色或蓝色，则说明焙烧的质量好。

另外，焙浇过的型壳应及时进行浇注；如果存放时间过长，在浇注前应再次进行烘焙。

2.3.2 合理选择型壳材料并保证质量

由于型壳材料直接与金属液接触，因此要求它必须具有合理的质量指标。熔模铸造常选用石英砂（粉）。其耐火度较高，熔点为1713℃；其化学成分：S i O2≥98%，RO≤1.0%，R2O3≤1.5%，粘土≤0.4%；水浸液反应：中性。对于投产前的石英砂（粉）应检验合格后方准用于生产。

另外选用不与金属液发生化学反应的型壳材料。如烧注高锰钢熔模铸件时，不宜采用石英砂（粉）作为型壳材料。因高锰钢液中含有较多的氧化锰，容易与S i O2发生作用产生化学粘砂；应选锆英石砂（粉）。

某公司采用水玻璃型壳、石英砂（粉）为耐火材料，浇注不锈钢熔模铸件；由粘砂缺陷产生的废品约为50%～60%，严重时高达80%。该公司改用硅溶胶粘结剂，锆英石砂（粉）后，并且对进厂的锆英石砂（粉）严格按照标准检验，粘砂缺陷大幅度减少，约为15%以下（因其他影响因素）。

2.3.3 尽量降低金属液中的氧化物

采用合理的熔炼和浇注工艺参数（如降低浇注时金属液与型壳的温度等），尤其是充分脱氧，尽量减少金属液的氧化，并清除已产生的氧化物。

2.3.4 改善熔模铸件热节处的散热条件

在可能的条件下，对铸件易产生粘砂的热节处应设置在浇注系统的边缘；同时铸件间也应保持适当的距离，以利于散热；改进铸件的结构，尽量使壁厚均匀，避免过大的热节。

3.机械粘砂

3.1概述

3.1.1 特征

金属液渗入型砂的孔隙中，冷凝后在铸件的表面上粘附一层不易清除的金属和型壳材料的机械混合物。如图3：

图3 机械粘砂

3.1.2 部位

机械粘砂常常产生在铸件的内角、窄槽、小孔、厚壁、表面、浇冒口附近或铸件的下部等。