柴油机汽缸体缩松问题的消除

第三章　孔洞类缺陷

孔洞类缺陷（Cavities）是指在铸件表面和内部产生的不同大小、形状的孔洞缺陷的总称，包括气孔、气缩孔、针孔、表面针孔、皮下气孔、呛火、缩孔、缩松、疏松、渗漏等。

第一节　孔洞类缺陷的产生机理及防治理论

这里只对孔洞类缺陷中几种难以防治的缺陷重点介绍。

一、气孔缺陷

侵入气孔或析出气孔是铸件内部的一些孔洞，气孔的形状有球形的、扁圆形的或长条形的。气孔形成的原因基本上是由于在金属液凝固时铸件上某一部位的局部气体压力超过了金属液的压力。气体总是顺着阻力最小的通路流动，因而，它通常都朝着铸件的上部移动。浸入气孔或析出气孔也会使铸件的表面呈现凹囊状孔洞或形成皮下气孔。

针孔、气疱和气疤以及某些形式的疏松都是侵入气孔或析出气孔的变态形式。

识别气孔比较容易，而阐明气孔的成因较为困难。即便如此，由于气孔和缩孔在外表上往往极为相似，故经常容易混淆。一般认为，气孔的内壁是平滑的，而缩孔的内壁则呈枝状结晶的末梢状。这种简单的鉴别方法，尽管在大多数情况下是可行的，但也容易引起误解，致使判断错误而蒙受经济损失。有两种情况可能产生混淆，需要进行细致的分析。其一，气孔出现在产生缩孔的部位；其二，缩孔或气孔往往出现在相同的部位，二者都容易发生在铸件最后凝固的部位，即铸件截面最厚处或厚薄截面交接处。

认定气孔是铸件上部的缺陷未免过于简单化了，而把铸件下部的类似缺陷又断定为缩孔也是错误的。诚然，气体要往上升，而流向上部。另一方面，如果气体产生在下型，很可能来不及上升。在这种情况下，气孔也就成了铸件下部的缺陷。

气孔虽然有多种不同形态，但仍可将其归并在一起讨论。各种特殊形态的侵入气孔，其成因大同小异，但其中必有一个起主导作用的主要原因。而且，有的时候，这些缺陷和所罗列的现象都有联系。例如，离心铸管上出现的气疤，就是侵入气孔的一种特殊形式。其中起主导作用的主要原因必定与离心铸造工艺有关，有可能是铸型的转速太低，这与一般重力浇注时上型太浅、静压头不够的后果是一样的。

按照铸造工艺顺序，阐述气孔缺陷成因如下。

1. 铸件和模样设计

对所有的气孔缺陷来说，有两种可行的解决方法。一是改变某些因素，以减少发气量或气体压力；二是在发气量不变的情况下，采取措施使气体容易溢出，或提高压力，在气体构成缺陷之前，使气体从原有的出气孔排出。有时，气孔问题十分严重，必须同时采用上述两种方法。

如果铸件或模样的结构，妨碍造型工采取上述措施而产生了气孔缺陷，则应归咎于模样或铸件的结构设计不当。

（1）芯头或出气孔不足。芯头设计太小，使砂芯排气不畅，会造成气孔。制模工可能未在模样的芯头上做出合适的砂沟（可在芯头周围形成砂封，以防止金属液流入芯头），结果，芯头上的出气孔被金属液堵塞而出现气孔。

（2）铸件设计不良造成金属液压头不够。显然，在厚薄不均的铸件中，因为厚截面处有出现补缩不良的危险，所以会出现压头不够的问题。

在铸件设计时，不同的金属材料应区别对待。例如，铜的凝固，在截面变化处更容易出现缩孔而选用浇口和冒口时，铸造人员很自然地想到要提高对金属液的压力，从而减少了产生气孔的倾向。反之，对像铜那样凝固区间宽的金属，在铸件设计和模样制作上稍有疏忽，就非常容易产生气孔。

（3）分型面处的气孔（气体汇聚在分型面上）。这是一种发生在分型面上的形式特殊又相当少见的气孔，是由于铸件结构和模样引起的。这是因为气体汇聚在上下型之间，使其不能很快从分型面处排出的缘故。人们可以在分型面上开出几条通气槽，以便使气体溢出砂型，这是补救这类缺陷的一种老办法。

最难处理的是，如果在设计铸件或模样时，把厚截面（最后凝固）放在分型面上或在一个砂箱里安置过多的模样，以致个别铸件除了向旁边的铸件排气体，就无从排气。

2. 砂箱及其准备

（1）箱带距型面过近。若箱带距型面过近，会使靠近箱带处型腔表面的排气能力降低，致使出现气孔。如果箱带是潮湿的或刷过泥浆水，则问题就更为严重，因为在箱带处会产生大量的气体，同时却降低了排气能力。凝固区间窄的金属，例如钢，其产生的气孔缺陷比凝固区间宽的金属要少一些。

（2）箱壁距型面过近。与上述的箱带距型面太近的情况相似，箱壁距型面过近也会产生类似问题。这种情况十分普遍，因为人们都希望在砂箱里尽可能多布置些铸件。然而，铸件排列过密，会妨碍气体流动，从而带来麻烦。因此，无论砂型硬或软，都会产生气孔缺陷。首先，铸件排列过密，使大量气体都聚集在靠近箱壁的型腔内。其次，这些气体又都要通过靠近箱壁的型腔的砂层外溢。第三，热砂与冷砂箱相遇会产生水汽凝聚，造成该部位砂型中的水分过多。因此，铸造操作人员应力求减少型砂的发气量或者提高砂型的排气能力。

另一种情况是铸型合型时，在刚出烘干炉或用热型砂造的热砂型中，安装了冷的砂芯、芯撑或内冷铁。或反之把热砂芯安装到冷砂型中，并且合型后等待较长时间才进行浇注。在上述两种情况下，热组元（如热砂型、热砂芯）或其附近大气气氛中含有的水蒸气，同低温度的冷组元（如冷砂芯、芯撑、内冷铁等）相遇或相接触，就会在冷组元的冷壁面上凝结成水分。此水分成水膜或水珠，依附于冷组元的冷壁面上，造成冷壁面上的水分局部集中而极易使铸件产生侵入气孔。

（3）上箱太浅。产生气孔缺陷的一个常见原因是上箱高度不够。这是属于砂箱和砂箱准备方面的问题。金属液在凝固时对铸型和型芯的压力与补缩铸件的金属液柱高度成正比，即与直浇道或冒口的高度成正比。如金属液的压力小于型壁气体压力，就可能产生侵入气孔。这就是侵入气孔和缩孔易于混淆的一个原因。在这种情况下，消除侵入气孔和消除缩孔的措施是完全相同的。

（4）直浇道和冒口距箱带或箱壁过近。这会产生如上述（1）和（2）同样的问题。

（5）离心铸造用砂箱箱壁上的出气孔不够。气疤是金属液压力低于气体压力而形成的一种特殊形态的气孔。这里的金属液压力与转速（离心力）有关。离心制造用砂箱的出气孔不够，会产生气孔，不然需要采用更高的转速以迫使气体排出。

3. 浇冒口系统

（1）压头太低。假如造型准备工人已选好了高度适宜的上箱，即能满足直浇道和冒口的高度要求，同样会存在金属液压力太低的问题。例如，如果内浇口的设计不合理，在铸件完全凝固之前，内浇口先凝固了，这样，尽管直浇口高度适宜，还是不能维持液体金属的静压力。所以，在设计浇口时，最重要的是应使浇口始终保持足够的金属压力，直到铸件的硬壳有了一定的强度，足以抵挡气体的压力而不致受到破坏，或者，气体通过正常的排气道排出口，其压力已显著下降为止。

（2）引起湍流的浇注系统。应避免使用无锥度的和没有浇口窝的直浇道以及急转弯的横浇道和内浇口系统。在透明的塑料模型浇注系统中注水，证实了上述各种情况都能造成湍流，并将空气卷入金属液流。卷入的空气随后被带入型腔而在铸件中形成气孔。

（3）能造成断流的浇注系统。倘若直浇道和/或横浇道的截面太小，就不能使所有的内浇口都始终保持充满状态，这样便会造成断流。

（4）冒口的高度或尺寸不够。冒口高度或尺寸不够，便不能保证足够的静压力，而使铸件产生各种气孔缺陷。当金属液流经冒口或由冒口注入时，这部分液流就决定了静压头的大小。此外，只有当金属呈液态时才能维持静压头。

因此，如果直浇道的入口处很快凝固（如压边浇口），那么，冒口便成了在静压力下补充液体金属的唯一来源。因此，冒口的高度和尺寸对金属液阻止型壁材料析出气体的能力有影响。

（5）直浇道或内浇口设计不良，致使空气或型腔中的气体卷入金属液流。应避免设计圆形的外浇口，圆形的浇口杯或圆形的明浇口，因为这种浇口会产生旋涡。外浇口或浇口杯的底孔直径，至少应和直浇道的顶端直径一样大。直浇道下面应有浇口窝，横浇道上应避免急转弯。上述各点掌握不好均会使空气卷入金属液中。

4. 型砂

（1）湿型型砂中的水分过高。湿型型砂中的水分过高，可能是铸件产生气孔缺陷最主要的一个原因。过高的水分是指超出某一种型砂所需的水量。水分在湿型中是必不可少的，但必须严格控制以免产生大量的蒸汽，蒸汽的压力，绝不允许超过金属液的压力。

（2）造型材料的透气性差。

①型砂颗粒太细和/或粒度分布不良。

②含碳或发气物质过多。

砂型的透气性不良，通常是由于型砂中细砂太多或粒度分布不良而造成的。就每一种具体情况而言，必须确定是什么原因造成了透气性不良。如果原砂的粒度分布比较分散，那么其透气性一定会比一般的低。原砂中加入细砂会降低透气性。如果筛除细砂后还不能增加其透气性，那就应该加入大量（10%～30%）颗粒均匀的砂子，以获得比较集中的粒度分布。

型砂中若具有数量较多的煤粉、沥青或其他发气材料时，就需要较高的透气性，以使增多的气体能排除出去。

在型砂中添加沥青、煤粉、淀粉、油脂、树脂、水或在金属熔融温度时能形成气体的任何物质，将会在型面上造成较高的气体压力。金属液的压力一定要高于型面上最大的气体压力。所以，型砂中这种发气物质的加入量要尽可能地减少。

湿透气性的上、下限值，应根据具体生产情况而定。一般来说，铸铁件湿型湿透气性的上限值可定为100，其下限值为50或稍高于50。高压造型（压实比＞0.69MPa）的湿透气性控制范围偏高些，一般是上限值为140，下限值为70，有的为100。

在手工造型条件下，壁薄、重量小的湿型铸铁件，只要用混砂机混制型砂，能保证混砂质量，造型时型砂紧实均匀，湿透气性甚至可定为30，也不会由于湿透气性而出现问题。

湿型面砂的湿透气性可控制得偏低些，而背砂的湿透气性应偏高，可高于100。湿透气性低些的面砂，铸件不易产生机械粘砂；湿透气性高些的背砂，则可以保证湿型型壁有良好的通气能力。

（3）型砂中混有外来杂质，如冷铁豆、铁钉、焦炭块、煤渣块等。型砂中的外来杂质，如果与熔融金属相接触便会产生气体，就可能在铸件中形成局部气孔。对所有的原砂都应检查有无草根、树叶、焦炭、煤渣、锈钉、冷铁豆以及类似的外来杂物。不应把旧砂堆放处当做垃圾堆。

砂型的紧实程度称之为紧实度。紧实度以砂型的单位体积的质量来表示，其单位为g/cm3。砂型应有足够的紧实度，以能搬运和翻转。砂型的紧实度同铸件产生机械粘砂、胀砂、铸件尺寸和重量超差、缩孔、缩松等缺陷的形成有密切的关系。紧实度越高，砂粒间的孔隙就越小，浇注时砂型的通气能力就越差，就越容易使铸件产生侵入气孔。

（4）型砂中有小团块状的黏土。黏土小团块中含水量高，因此，当接触到金属液时，就会产生大量气体。湿型型砂的混砂操作一般是先干混，即先将回用砂、新砂、干粉料（黏土粉、煤粉等）混匀，然后再加水湿混。这种先干后湿的混砂操作，在干混时容易使混砂机碾盘边缘有一圈干粉料未被混合，并且在湿混时水是直接加在干粉料上的，干粉料吸水，很容易成为小粉团。特别是黏土粉，更易成为含水高的，即发气物质局部集中的小黏土团。在后续的湿混过程中，这种小黏土团亦很难再展开成膜包覆在砂粒上，均布于型砂中。特别是当湿型型砂中要加入少量渣油液（即重油液，由重油和轻柴油配制而成，它们重量配合比为重油∶轻柴油=90∶10至60∶40）等液体附加物时，按先干后湿的混砂操作则更会形成真实发气性很大的小黏土团。比较合理的混砂操作应是先将砂和水或还有液体附加物进行湿混，以使砂粒上形成液膜。然后，再加入干粉料进行混辗，由于砂粒上已有液膜，干粉料能很快地均布于砂粒上。这种先湿混，再加干粉料的混砂操作不仅型砂有较好的性能，并能防止干粉料的飞扬，而且亦有利于防止型砂中形成小黏土团。

（5）型砂混制不良。型砂混制不良也会使局部砂型产生集中的气体。不论采用什么型号的混砂机，都应该规定一个最佳的混砂时间。型砂中的液体附加剂不能直接加在干的粉末状的附加物上。

有时，混砂工不用定时器或钟表来计时，而是依靠估计，以致混砂时间太短使型砂未能充分混合，混砂机刮板或辗轮磨损也会引起混制不充分，型砂混制周期太短，使黏土不能充分增塑，混砂机部件磨损也将使型砂混合不良。

（6）发气材料的颗粒太粗。颗粒粗大的发气材料会造成砂型某一部位气体高度集中。铸件落砂清理后的植物油砂或树脂砂砂芯的废砂不要混杂在湿型型砂的回用砂中，以免它们的废砂成为型砂中局部集中的发气源而导致铸件产生侵入气孔。

（7）涂料中发气材料的含量过多。不论是在型砂中或涂料中，只要能产生气体的无机物过多，就会在铸件中形成气孔。对过量的油、糖浆或树脂一类的有机物是不难测定的，但是，黏土中的结晶水，在正常的烘干温度下不会失去。未硬化的树脂砂会污染回用砂，而使铸件产生针孔。

浇注时，砂芯由于金属液的包围而被剧烈地加热，黏结剂分解产生大量气体，并且砂芯仅有芯头同砂型芯座相连通，使得排气系统通道在此变得狭窄，形成瓶颈似的通道。因此，采取措施增加砂芯本身从工作表面（即与金属液接触形成铸件内腔的表面）到其中心的排气能力，保证砂芯—砂型排气系统通道的畅通，就极为重要。

（8）表干型的过高透气性会引起返潮。透气性过高的表干型在浇注前会返潮，因而就造成了水分高度集中。透气性是否过高，在很大程度上取决于烘干温度和烘干时间以及从烘干到浇注的时间。

总之，只要存在发气问题，就不应忽视烘干的时间—温度曲线。总发气量当然是重要的，但更重要的则是发气速度与浇注时间和浇注温度以及发气速度与凝固时间和凝固温度的关系。

5. 制芯

最大的问题是砂芯引起的气孔，容易同砂型引起的气孔相混淆。由于气体在型腔中总是向上移动，所以气泡很可能是从砂芯表面开始形成，然后向上型腔表面方面移动，最后出现在湿砂型型壁上或其附近。有时会发生这样的情况，即一连串的气泡缺陷会在铸件上留下轨迹或又返回其发源处。这样，产生缺陷的真实原因就非常清楚了，但不是在所有情况下都能提供这种线索。

还有一种砂芯引起的气孔是来自局部刷涂料的砂芯，这种浸过或刷过涂料的砂芯，整个表皮或表面都不透气。倘若这层涂料在湿态下搬运或烘干时受到破损，于是，砂芯内部产生的所有气体，必定会从涂料破损处或薄弱部位溢出。在一个部位集中这么多的气体，很可能超出了砂型的排气能力。这样，气孔便会从该处发生，散布在整个铸件的截面上。

（1）砂芯未烘干或未硬化。未烘干或未硬化的砂芯，包括油砂芯、树脂砂芯和热芯盒砂芯，都会放出大量的气体，在正常情况下，这部分气体应该在烘干过程中予以排除。如果壳芯或空腔砂芯的中心部位未倒空或未清除干净，就会是砂芯的空腔部位烘烤不干。

酚醛树脂壳芯和呋喃树脂芯从芯盒中顶出时，尽管只是外表硬化了，一般可不必再进行烘烤。截面厚度超过13mm的砂芯，除在热芯盒中受到烘烤外，还需要另行烘烤。制壳芯时，应将芯部的砂子倒空，如果芯部砂子不倒空，则还应在另外的炉中彻底硬化。

采用呋喃树脂砂、二氧化碳砂和氧气进行硬化制芯，在反应过程中生成的水分足以引起气孔缺陷。因此，砂芯还必须在炉中干燥，以除去水分。

自硬砂的硬化与硬化时间、气温和所采用的化学催化剂有关。若三者关系失调，就会造成硬化不足，但从外表面上来看，这些砂芯似乎可以交付使用。

（2）黏结剂加入量过多。在所有的制芯方法中，若芯砂中含有黏土和有机杂质，就要增加黏结剂用量，而黏结剂含量高，产生的气体量也大。

浇注时，应在砂芯—砂型排气系统的气体出口处引火，点燃砂芯中的溢出气体，这对于应用有机黏结剂的砂芯尤为重要。引火和点燃的作用是增强气体出口处的“抽力”，增大砂芯气体的溢出速度，并且可以防止砂芯气体达到爆炸气体成分而振坏砂芯，或由于爆炸气体使铸件产生大的异形的侵入气孔（呛火）。

对于植物油砂来说，桐油加入量一般为2%～3%。如用亚麻油代替桐油，亚麻油加入量一般为1.5%～2.5%。桐油砂或亚麻油砂中往往还加入1%～2%的糊精，以提高植物油砂的湿强度和砂芯的表面硬度，因为加入糊精后易使砂芯表面风干。但糊精不宜多加，因为它的发气量很大，高达850mL/g，以免过分增大植物油砂芯浇注时的真实发气量。

（3）砂芯排气不畅。这可能是由于出气孔距砂芯表面太近；出气孔的数量太少或尺寸太小；就芯砂透气性而言，出气孔太小；出气孔在芯砂黏合时被堵塞；出气孔被砂芯涂料堵塞；出气孔相互间未贯通。

当形成铸件内腔的砂芯，其芯头数目、大小或部位不能满足砂芯浇注时的排气要求，可以在铸件壁的合理部位增设通孔，以增添砂芯上的芯头，加强砂芯的排气能力。这种增设的通孔谓之工艺孔。有时为了砂芯的紧固或为了防止细长砂芯浇注时的变形等目的，亦可以增设工艺孔。但增设工艺孔，事先应同铸件使用和设计单位磋商。

（4）砂芯黏合膏用量过多或水分过多。

（5）砂芯的涂料层太厚，有破损或未烘干，因砂芯涂料层表面损坏致使气体滞留在铸件的厚截面中。下芯之前，砂芯涂料层已破损，未及时修补，干燥或浇注时，涂料层耐热性不良而剥落，则铸件很容易在这些部位产生侵入气孔。其原因是当金属液淹没砂芯时，涂料层背面是砂芯气体压力最大，形成气浪的区域。涂料层破损处就成为该区域，砂芯过滤气流流动路程最短的“出口处”，故砂芯气体极易在这些部位侵入金属液中，形成侵入气孔。

（6）芯砂或涂料中的发气材料太多。应在砂芯中开设排气道和排气支道，埋设过气蜡线或可弯曲的有机纤维网管（透气绳），填充炉渣块或焦炭块等措施，其作用是：当金属液淹没砂芯，砂芯中过滤气流由非定向气流转变成定向气流危险时刻，缩短过滤气流在砂粒孔隙中的流动路程，进入阻力小的砂芯排气道或炉渣块间大孔隙中而使过滤气流成为“管道气流”。这样，再通过芯座通气孔，可使浇注时砂芯气体迅速溢出芯外，显著提高砂芯气体溢出速度，降低危险时刻的砂芯工作表面的气体压力。

为了使砂芯本身增强通气能力的措施有效，芯座应有通气孔，以构成完整的砂芯—砂型的排气系统。

砂芯芯头和砂型芯座之间的配合间隙，应既便于下芯、合型，又要防止金属液钻入砂芯本身的排气道中而使砂芯增强通气能力的措施失效。过大的配合间隙，应在下芯后用石棉绳等充填料塞住或用石棉绳、泥条、工艺设计措施（如压紧砂环等）围封砂芯芯头，拦阻金属液，防止它钻入砂芯的排气道中。

（7）砂芯在贮存过程中会在砂型中吸湿返潮。某些类型的制芯材料有吸水（吸湿）的倾向。如果能硬化的黏结剂（油类或树脂）含量低，则吸湿返潮更为严重。如不含树脂的二氧化碳砂芯就是吸湿的，若要它不吸湿，就得加一些像沥青那样的含碳物质。砂芯在使用前的贮存期间或在砂型中等待浇注时就已吸收了水分。多数砂芯黏合膏都是吸湿的，而且比砂芯本身的吸湿更严重。

（8）吊钩、铁丝或吊具暴露在砂芯外，砂芯中的冷铁或填缝材料未干，砂芯吊钩处或吊架处填砂后未烘干。

（9）砂芯中混入诸如草根、树叶、焦炭、煤块等外来物质。这些来自于回用砂或原砂的杂物，会成为湿型局部集中的发气物质。

6. 造型

（1）冷的和热的材料相遇。砂型、砂芯、砂箱、冷铁、砂钩、芯撑、金属的冒口盖板和芯骨，只要其中的一种是热的，而另一种是冷的，就会因水汽凝结而产生气孔。砂芯和冷铁最容易出现这种问题，但是所用的任何材料，只要比砂型热或比砂型冷，就会出现返潮现象，若不立即进行浇注，则这一现象就更会加重。

（2）湿砂型或干砂型的通气不良。在某些情况下，由于砂型的透气性不佳，尤其是对大砂型而言，就不能迅速地把气体排出。为了弥补这一缺陷，必须在砂型中能够做出足够的通气道。带挡块的通气棒或通气针能防止扎穿型腔，其通气效果有时可能比与型腔相通的出气孔的通气效果要好。因为出气孔若与型腔相通，则一旦金属液流入气孔后，就会把气孔堵塞。

砂型的通气能力差，就会在砂芯或型砂中形成背压。砂芯中放出的气体，必须有一条引出型外的畅通的通道，否则，形成了背压会把气体逼入金属液中而造成气孔。

出气孔扎得深，距表干型型面太近，会造成返潮。

（3）砂型未干透。为使铸件表面光洁，便于清除表面砂子以及对型面的一般保护，尤其是对于大砂型，要在型面上喷刷涂料。作为保护型面的材料，多半能悬浮于水或其他液体中，而后者会产生气体。除非把砂型彻底烘干，否则就会产生气孔。对型面较深的砂型在采用表干或焰枪烘干时，会发生干燥不匀。

应严格控制湿型的水分含量，一般控制的范围为4.5%～6%；高压造型的湿型，其水分含量控制范围为3%～4%。湿型的水分含量超过其上限值时，浇注时型壁中的水蒸气就可能连续地侵入金属液中，形成大量的气泡，又从型腔中自由液面溢出，使金属液面产生“沸腾”现象。金属液面长时期的“沸腾”，会加剧金属液的氧化，黏度增加，使后续侵入金属液中的气泡难以溢出而极易形成侵入气孔。当然，如果全部气泡能顺利地从金属液面溢出，亦可能不产生气孔。用干型或表面干燥型浇注铸件，可以有效地防止侵入气孔。干型或表面干燥型的干燥层中的残余水分含量，应小于0.5%。

CO2硬化的钠水玻璃砂型或砂芯，由于水分仍然存在于网状结构的硅酸钠凝胶孔隙中；硅酸钠凝胶本身仍有大量未被蒸发的水分和未起作用的原始状态的硅酸钠中所含的水，因此仍然会有很高的残余水分，有时甚至可高达5.5%。所以对于这类硬而不“干”的钠水玻璃砂型或砂芯，仍然要控制其残余水分含量以防止铸件产生气孔。可以采用短时吹CO2，再吹热空气或只是吹CO2使砂型或砂芯能够起模或脱掉芯盒，再烘干等方法，来减少CO2硬化的钠水玻璃砂型或砂芯中的残余水分。CO2硬化的钠水玻璃砂型或砂芯的抗吸湿性很差，因此砂型或砂芯应尽快合型、浇注，以免砂型、砂芯在贮存时期吸湿而使强度急剧下降和残余水分含量增加。

（4）在特定条件下紧砂方法不当，会在砂型中形成硬块。过分的舂紧或压实，会在模样的隆起部位形成硬块而导致局部透气性降低。这种情况会使铸件产生气孔。

（5）砂钩、固砂木片、芯骨或箱带距模样太近，有可能产生气孔，这是因为在这些东西的周围有水汽凝聚的原因。当砂钩距模样过近时，砂钩下面的型砂可能舂不实，这样金属液就会直接与砂钩接触，而在铸件表面产生凹坑或出现气孔。

（6）砂钩上浸涂的泥浆过厚。砂钩上涂的泥浆太厚，泥浆中的水分会转移到型砂中，使该部位砂型中的水分过多而造成气孔。

（7）湿型修型或修补过度。过度的修型会使型面过硬，并不让水分移向表面，使该部位的透气性降低，因而产生气孔。用水分过高的型砂进行修补或在修补时使用水笔蘸水，也是产生气孔的根源。

（8）封箱泥条太湿或距型腔太近。在分型面上用的泥条、湿黏合膏或湿黏土，尤其当用量过多时就如同在砂钩上多刷泥浆的效果一样。此外，泥条也可能在合型时被挤入铸型型腔。

（9）浇口杯和浇注系统太潮湿。如果浇口杯舂得过硬或过于潮湿，会使进入其中的金属液沸腾，把气体卷入型腔而使铸件产生针孔。

（10）砂箱中填砂不足。有时型砂和砂箱均合适，就是造型过程中有问题。例如，砂箱中的型砂不足，就可能产生气孔。加高砂箱中的型砂可建立较高的静压头，使金属液的压力稍稍超过气体的压力。

（11）脱模液用量过多。脱模液是产生气体的一个来源，如用量过多就会造成气孔。多余的脱模液可用抹布或压缩空气吹管将其从模样上除去。

（12）砂型的涂料或涂膏抹得过厚或未烘干。涂料涂刷次数太多或涂膏抹得过厚均会引起气孔，因为有过多的水分和/或挥发物留在型面上。砂型浇注后，型壁中温度场分布特点是型壁工作表面温度最高，随着距离的增加，型壁中温度降低。从型壁工作表面至型壁中达到黏结剂或添加剂的临界发气温度等温面这一距离，即为它们的发气区域厚度。黏结剂或添加剂的临界发气温度越高，则其发气区域就越薄，即使发气量很高，它们的真实发气量也不会很大；反之，该材料的临界发气温度越低，则其发气区域就越厚，即使发气量不高，它们的真实发气量也不会很小。

7. 金属成分

凡能改变金属液中气体溶解量的因素，都是与气孔缺陷有关的主要因素。金属液中的气体溶解量比在固体金属中的溶解量要大得多。当金属凝固时，这部分气体要从金属中溢出或以过饱和状态留存在金属中。在正常情况下，这部分气体向外溢出是不成问题的，但是，如果砂型产生的外部压力过高，从金属中溢出气体就会受到限制，这样，气体就会以气泡的形式留在铸件里面产生针孔。金属中的金属杂质、炉料中未经处理的废钢、钢中硅与铝的残留量不当，都影响气体在熔融金属中的溶解量。水分、油脂、铁锈、铝锈等含氢材料都不允许通过入炉材料（炉料、熔剂、合金料等）的携带，进入熔炉。要求入炉材料干净和干燥。可以说，金属液中溶解氢主要来自于水汽。各种油脂都是碳氢化合物，铁锈则是不同水化程度的氧化铁的混合物。油脂在高温下会释放出氢，铁锈在高温下可分解出水汽。

去除金属液中的气泡、夹杂物可采用溢流冒口。容纳混有气泡、夹杂物的冷金属液并设置于冷而脏的金属液汇集处的冒口，称为溢流冒口。这种冒口的补缩作用较差，但它主要起着排除金属液中夹杂物、气泡于型腔外的作用。例如，将铸型有直浇道的一端作为底边，把相对的另一端支起，使铸型倾斜的倾斜浇注法（坡浇法），总在其支起的一端处，即在冷而脏的金属液汇集处设置溢流冒口。倾斜浇注法可使金属液通过处于底边的直浇道，自下而上平静地充填型腔，并且使金属液中的夹杂物、气泡不会停在倾斜的上型顶面下，而是使它们随同上升的金属液一起进入设置于顶端的溢流冒口，排出于型腔外。倾斜浇注法特别适用于平板类铸件，使这类铸件浇注时可以有较高液面上升速度，又配置了溢流冒口，就有利于防止侵入气孔，并且还可以有效地防止平板类铸件产生夹砂缺陷。

灰铸铁件常在上型最高部位设置明的通气孔（出气孔、排气道、出气冒口），即铸型中连通型腔和外界大气的、穿透的竖直孔道。其作用除掉在浇注时，排除型腔中的气体外，还具有排出通过整个上型型腔而混有气泡、夹杂物的冷铁液的作用。为了能排出较多的冷而脏的铁液，又要避免这种铁液在上箱顶面四处溢流，可设置与明的通气孔相连通的，或就在明通气孔上放置容纳冷铁液的溢流杯。设置溢流杯是防止明通气孔的根部出现气孔的有效措施。

8. 熔化

在熔化过程中，会有大量的气体进入金属液，增加了产生气孔缺陷的倾向。

（1）钢。金属液在炉中进行长时间和剧烈的沸腾，能使金属液中的气体溢出。溶解于金属中的各种气体，在沸腾期以扩散方式进入一连串向液面上升的一氧化碳和二氧化碳气泡流中，从而把气体排除。由于氧气的扩散速度最快，它第一个就被排除，其他气体则按其扩散速度的顺序，相继溢出。除气不当的钢液，会造成针状微气孔。

（2）铸铁。因气孔而报废的铁铸件，其中大多数是由于浇入砂型的铁水温度过低。在铸铁车间中，熔化工艺是引起铸件缺陷的主要原因之一。可是，这些气孔大多位于铸件的表皮下，加工前不能发现。这种缺陷通常是由于浇注温度低所造成的。低温铁水和流动性下降可能表示铁水已氧化或铁水从耐火材料中吸收了氧化物。

（3）有色金属。大多数有色金属都很能吸气，而大部分铸造车间在明焰炉中熔化有色金属，火焰直接接触金属液，而使金属液进一步吸气。熔炉炉气中水汽分压力越大，则金属液的含氢量就越高。

有色合金铸件先使金属液缓冷至冷凝温度，大部分溶解气体，由于降温溶解度随之减少而析出，脱气。然后再迅速加热至浇注温度，进行浇注。含气量高，夹杂物多的低质量铸锭（铝锭、铸铁锭）可以多次重熔以改善其质量。这实际上是由多次冷凝脱气的结果。但多次重熔铸锭，会增加铸件成本，必要时才使用。

（4）除了入炉材料携带含氢材料的影响外，空气湿度对炉气水汽分压力有重要影响。空气湿度大，炉气水汽分压力就大，金属液含氢量就高。空气湿度对炉气水汽分压力的影响大，因此使得易于产生析出气孔的铝合金铸件，表现为地区性和季节性。

一般熔炼设备用的熔炉是在大气下进行熔炼的，其炉气成分会受到大气的影响，从而影响了所熔炼的金属液的含气量。采用真空熔炼炉，如真空感应电炉、真空电弧炉等，或采用真空脱气装置（例如将盛金属液浇包放置于真空室内进行脱气）熔炼或精炼金属液，可以显著减少金属液含气量。但这些真空冶炼设备或真空脱气装置，比较复杂，铸件成本增高，一般情况下很少采用。

为防止在金属及铸件中产生微气孔（疏松），一定要注意配制好附有多种除气剂的覆盖剂。也可以加入特制的除气剂，有时，可向金属液中吹入惰性气体，如氮气，以扩散方式除去卷入的气体。

9. 浇注

（1）使用冷的、潮湿的或未烘烤过的坩埚或浇包（浇包嘴、包衬）。

（2）浇注出炉温度低的金属液。对于灰铸铁件而言，提高浇注温度，降低铁液黏度是使气泡从铁液中排走，防止侵入气孔的有效措施。但应注意防止由于提高浇注温度而易产生的其他铸件缺陷，如缩孔、缩松、热裂、粘砂和析出气孔等。铁液中含硫量偏高时，为了防止铸件产生侵入气孔，也需要提高铁液浇注温度。

（3）浇注时断流。对于形状简单、容易设置排气系统的砂芯，浇注速度可以快些；对于形状复杂，体积细薄，难以设置排气系统的砂芯，浇注速度应该慢些。这样可以使砂芯中过滤气流处于非定向流状态的时间长，使得砂芯气体的大部分能从砂芯的自由表面（即未被金属液淹没的表面）溢走。

（4）浇注时浇包或坩埚抬得过高。

（5）浇注缓慢。浇注和气孔之间的关系与熔化大致相同，这里所述的气孔缺陷是指在浇包中或因浇包的问题而产生的，不是只在熔炉中因熔炉的问题而产生的。

断流与把浇包抬得过高的浇注方式，会把能溶解于金属的各种气体引入型腔。此外，断流浇注和浇注低温铁水或浇注缓慢的后果一样。缓慢浇注使金属液在砂型中冷却，其产生的影响与低温浇注相同。

10. 其他

（1）使用生锈、镀锌不良、已氧化和吸湿返潮的冷铁、芯撑、芯铁丝，会产生气孔。

（2）离心力不够——转速低。

造成气孔的其他原因，多数是因为有某些外来物质紧贴在型壁上或与其相距过近。这些外来物质在检查时很难被发现，因为这些异物在落砂时被倒掉了而未受到注意。当然，这类物质有时会牢牢粘在铸件上，这就一目了然了。

（3）对熔模铸造来说，防止气孔的措施如下。

①脱蜡时应将模料排除干净，残余模料应尽量少。

②型壳焙烧要充分，应有足够高的温度；硅溶胶和硅酸乙酯型壳950～1100℃，水玻璃型壳850～900℃保温时间大于1h，以保证型壳焙烧透，发气物质被充分排除。焙烧完全的型壳为白色或淡灰色，不应有黑斑。

③对复杂的薄壁铸件，为提高型壳透气性，在可能情况下，在最高处可设排气孔。

④合理设置浇注系统，防止浇注卷气，并有利于型腔中气体排出。

⑤适当提高浇注温度，尽量降低浇包嘴至浇口杯距离，降低浇注速度，使金属液能平稳充型，防止卷入气体，使型腔中及液体金属中气体能顺利排出。

⑥用清理干净的炉料。炉料应无锈、无油污和黏附的残留型壳，并应干燥。需注意炉料的保管和清理。

⑦配料时多次重熔的浇冒口和废品所占比例不可过高。

⑧熔炼过程中在金属液面上要加覆盖剂，尽可能缩短熔炼时间。

⑨金属液脱氧、除气要充分，浇包要烘干。

⑩浇前金属液应适当静置，便于气体溢出。

11浇注过程要防止金属液氧化，必要时可采用真空熔炼、真空浇注。

（4）对金属型铸造的气孔缺陷，防止措施如下。

①尽量减少金属液溶解气体的含量。所使用的金属原材料及回炉料应干燥、无铁锈、无油污等，使用前要预热；熔炼温度不宜过高，金属液熔炼温度越高，则溶解在其中的气体量就越多，应严格控制熔炼温度，对有色合金尤为如此；熔炼时金属液应充分脱氧，要选择脱氧效果好的脱氧剂，严格执行脱氧工艺，使金属液中含气量尽量低。

②尽量减少涂料、砂芯、金属型（芯）等的发气量，金属型（芯）喷涂涂料种类应选择合适，涂料发气量不能高，在喷涂料后要彻底烘烤。涂料喷刷后不能抹光。凡涂料脱落处，应立即补喷。砂芯必须彻底烘干才能使用。金属型（芯）表面不应有锈，外冷铁应清洁、平整。

③金属型应设有合理的排气系统。金属型材料本身无透气性，因此在设计金属型时，应考虑合理的排气系统，使型腔中气体能顺利排出型外。可利用金属型的明冒口排气，或在型腔上部型壁上开直径为3～4mm的排气孔，或利用分型面和金属芯、顶杆与金属型配合面上的间隙排气。也可在分型面上开排气槽，槽不能太深，否则金属液会流出型外。也可使用排气塞排气，排气塞常设置在型腔中易聚集气体的部位或大平面上。排气塞用钢或铜合金制作。

④采用反向倾斜浇注。在开始浇注时将金属型反向倾斜一个角度（一般为45°），随着浇注过程的进行逐渐将金属型放平。倾斜浇注可以有效地防止铝合金铸件产生气孔、夹渣等缺陷，在金属型铸造中运用较多。

⑤严格金属型工艺，如金属型温度应控制在工艺规定范围内，不能过低等。

（5）为防止离心铸件出现气孔，应从下列各方面加以注意。

①严格遵守熔炼工艺，注意除气。

②铸型内表面要干净，无油、无锈、无裂纹。

③铸型在使用前应进行预热（120～300℃），以去除水、气。

④浇注锡青铜件时铸型型温不应过高，以40～90℃为宜。铸型上应钻排气孔，排气孔径为φ5～φ6mm，孔间距50～60mm。排气孔可用水玻璃砂或黏土砂填塞，或用石棉绳填塞。

⑤涂料要充分干燥，如上涂料后铸型较低，涂料未完全干燥，则应再加热使其干透。

⑥涂料发气量应小，特别是生产大型长钢管时，必须使用发气量小的涂料。耐火材料应经过高温焙烧去除发气物质及结晶水，并要尽量降低涂料中黏结剂用量。

⑦金属液浇注温度要适当，不得过高或过低。浇注方法正确，防止气体卷入。

⑧当铸件内部气孔较多时，可适当提高铸型转速。

二、皮下气孔缺陷

皮下气孔缺陷是位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型之间发生化学反应产生的反应性气孔，形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等，大小不一、深度不等，通常在机械加工或热处理后才发现。生产上，湿型皮下气孔还有“壁厚效应”特征，即这种气孔缺陷对铸件壁厚有一定的敏感性，也就是它的形成同铸件的凝固速度有一定的联系。一般来说，中等壁厚的湿型铸钢件、灰铸铁件和球墨铸铁件容易出现皮下气孔。

此外，皮下气孔在生产上常表现为是一种流行性缺陷，即某一时期内甚至长时期内所生产的铸件都有皮下气孔。这种皮下气孔流行性缺陷，除具有同液性、地区性、季节性特点外，有时还同造型材料所用的黏结剂有关。

严重的皮下气孔缺陷，会使铸件报废。在加工面上的皮下气孔，无法根除情况下，不得已只好增加机械加工余量绕开问题，只能治表。解决皮下气孔的措施如下。

（1）钢液要脱氧良好，其FeO量超过0.001%，就容易产生皮下气孔。试验证明壁厚10mm湿型铸钢件其残留铝量为0.041%时，有皮下气孔；为0.099%时，可消除皮下气孔。但残留铝量亦不能过高，以免奥氏体晶界出现AlN，断口呈岩石冰糖状或玻璃状，而使铸钢件易冷裂、脆断，为此残留铝量不宜大于0.065%。

熔炼时，防止钢液熔入过多的氢、氮（同氢一样，会扩散气泡核）而易产生皮下气孔。

（2）一般要用铝进行终脱氧，铝的加入量应在1kg/t钢液以上。

（3）钢液中加入0.05%～0.1%的铈，有利于防止长针形皮下气孔。但在柱塞包中，采用冲入法添加稀土元素铈时，应防止柱塞包柱塞孔砖处产生“积瘤”而关闭不严漏钢液。

（4）湿型方面应严格控制型砂水分。可用有铝粉的快干可燃涂料涂敷于湿型工作表面上，来防止铸钢件的长针形皮下气孔。例如，可在溶有合成树脂的甲基醇酒精或异丙醇中，加入1/8～1/5的铝粉悬浮物作为快干可燃涂料。涂敷后就点燃，湿型工作表面就覆盖了薄铝层涂料。浇注时，涂料中的铝抑制了金属—铸型界面水汽的氧化作用，显著降低界面钢液层中的FeO浓度，遏制了钢液层凝固时的碳氧反应，不易产生CO气核而有利于防止长针形皮下气孔。涂料中的铝只能使界面水汽无害，对于劣质的脱氧不良的充型钢液就无能为力，起不了镇静作用。浇注后涂料中的铝就成为Al2O3膜包覆于砂粒上，有利于防止粘砂而使铸件表面光洁。

（5）在灰铸铁铁液中加入稀土元素能脱氧、脱硫，提高铁液表面张力，因此能有效地防止湿型灰铸铁件产生皮下气孔。湿型灰铸铁6～19mm厚的对比试块，皮下气孔严重；在浇包中往铁液中添加铈0.001%和0.08%，所浇注的试块不产生皮下气孔。我国球墨铸铁件一般用稀土镁硅铁合金作为球化剂，由于它有稀土成分，因此有利于防止湿型球墨铸铁件产生皮下气孔。

浇注前在浇包铁液中添加Te，可防止湿型铸件产生皮下气孔，并且Te的加入量极少，即可奏效。例如灰铸铁件，Te的添加量为0.002%～0.003%；球墨铸铁件为0.002%。

（6）浇注温度类似于铸件壁厚对皮下气孔的影响，亦存在一个易发生皮下气孔的、危险的浇注温度范围。例如某厂生产的球墨铸铁件，浇注温度大于1310℃时，不易产生皮下气孔；浇注温度小于1250℃（以不产生冷隔、浇不足等缺陷为前提），皮下气孔减少；容易产生皮下气孔的危险浇注温度范围为1310～1250℃。为了防止湿型灰铸铁件、球墨铸铁件产生皮下气孔，应正确确定浇注温度，避免落入危险浇注温度范围内。

（7）根据某厂统计，湿型型砂水分从4.5%增至6.5%，球墨铸铁件皮下气孔缺陷率相应地从3%激增至25%。死黏土是指膨润土被加热至600℃以上，失去所有水分（吸附水、结晶水和晶格内部的结构水）而被烧枯，再无黏结能力的失性黏土。型砂中死黏土越多，湿型铸件越容易产生皮下气孔。天然黏土砂（红砂）所配制的湿型砂，也容易使铸件产生皮下气孔。无论湿型灰铸铁件还是球墨铸铁件，在型砂中添加煤粉（4%～6%）、赤铁矿粉2%，球墨铸铁件湿型面砂中加入而氟化铵（2%～2.5%）等附加物都有利于防止皮下气孔。

（8）机器造型流水线生产铸件时，特别是对于皮下气孔非常敏感的湿型球墨铸铁件，不能用烫手、冒热气、温度超过35℃的热型砂造型，否则极易在铸件过热部位出现皮下气孔。这时皮下气孔缺陷表现为典型的流行性，不解决热型砂造型问题，其他防治措施（例如型砂中添加煤粉，降低球化剂加入量以减少残留镁量等）亦收效甚微，甚至无效，表现为生产中总是出现皮下气孔缺陷。因此，在砂处理系统设计上旧砂回用的砂冷却装置，容量足够的贮砂斗等技术设施，工艺上定时添加新砂制度及合理的湿型型壁厚度（吃砂量，铁砂比因素）等应保证生产时不出现热型砂造型问题。热型砂招致皮下气孔产生的机理，还不清楚。可能与浇注时扩大了型壁厚度中的发气区，即水汽区，增大了水汽分压力，加剧了界面水汽的还原反应有关。

（9）热芯盒法和自硬砂用的呋喃树脂砂中添加赤铁矿粉（2%～5%），能有效地防止氢氮混合皮下气孔。

（10）呋喃树脂自硬砂砂型或砂芯涂敷水基涂料（砂型、砂芯固化后，即一般在造型、造芯6h后涂敷），再进炉干燥（干燥温度120～150℃，干燥时间0.5～1.5h）能显著减少氢氮混合皮下气孔。同样砂型设置通气孔，砂芯有良好的排气系统，也有同样的减少这种皮下气孔的效果。

（11）铸钢件用呋喃树脂自硬砂时，钢液原始含氮量和含氢量要低，否则极易诱发氢氮混合皮下气孔。经验是电弧炉炼钢钢液含氮量（表示含氮量）60～140mg/L，含氢量1～2 mg/L，对于这种树脂自硬砂而言危险的是原始含氮量和含氢量。在这种情况下，用钛对钢液进行终脱氧，钛既能脱氧，又能同氮形成TiN起了固定氮的作用，因此这种钢液所浇注的铸件不容易产生氢氮混合皮下气孔。终脱氧加入Ti量为0.5kg/t钢液（钢液含氮量为52 mg/L）；钢液含氮量为200mg/L时，则加入Ti量增至1kg/t钢液，仍有遏制氢氮混合皮下气孔的效果。

三、缩孔缺陷

铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位，广义的缩孔包括缩松。

造成缩孔缺陷的原因如下。

1. 铸件和模样设计

（1）铸件截面尺寸变化过大，在一些设计中，由于片面追求的铸件的重量轻、外观美，铸件截面尺寸的变化过大，是完全是没有必要的。和相邻的较厚截面相比，薄截面的冷凝速度要快得多，这样就难以实现铸件的顺序凝固，同时难以进行补缩。

（2）不能得到补缩的孤立的厚截面。如果在设计中未能考虑采用某种措施对孤立的厚截面进行补缩，这些厚截面就很容易会出现问题。

（3）圆角太小。有时会通过减薄铸件截面，使之和小圆角更相适应。解决此种缩孔的方法是加大圆角半径。

（4）孤立的厚截面不能从具有足够尺寸的相邻部分得到补缩，或对其未采取激冷措施。

2. 浇冒口系统

如果其他方面的条件都一样，在出现缩孔缺陷时，理应从浇冒口系统方面去寻找问题。缩孔就是个补缩的问题，虽然设计良好的浇注系统，会因为其他方面的问题而不能发挥其应有的效果，但是设计较差的浇注系统却肯定会重复出现铸造废品。在采用同一个模样进行铸造的情况下，若报废铸件的百分比很高，通常是浇注系统有问题。

（1）浇冒口设计不能形成顺序凝固。必须根据铸件截面的不同情况，来考虑浇冒口的位置和大小，即在不考虑浇冒口因素情况下哪些截面最先冷凝，哪些截面最后冷凝。对最后冷凝的截面必须有仍处于液态的直浇道或冒口进行补缩。

（2）浇冒口数量不足或与铸件连接不当。每一个冒口的补缩距离和范围都是有限的。这一补缩范围的大小，取决于铸件截面的厚度、金属液的温度和金属成分。较薄的截面冷凝最快，从而也就切断了原本可以进行补缩的通道。浇口设计不当，例如浇口的节流断面太小，就会导致过早的冷凝，使其不能满足补缩的要求。

（3）冒口太小。除非是采用合适的发热材料以提高冒口的补缩效率，在一般情况下，冒口的截面尺寸都应该大于需要补缩的铸件截面尺寸。某些冒口需要依靠其发热材料所提供的额外热量才能进行有效的补缩。理想的冒口应该是球形的，因为其单位金属的散热冷却面积最小。

（4）冒口颈和铸件比例不当。对于冒口的补缩效率来说，冒口颈的尺寸常常是非常关键的。经常会出现这样的情况，即总是倾向于把冒口颈以下的冒口尺寸减小。假如冒口颈以下部分太浅，冒口颈就会冷凝，这样冒口里的金属液也就无处可去了，不能起到补缩的作用，冒口颈应该把金属液引至铸件厚截面的中心，而不是引向其底部。

（5）内浇口太大。有时在内浇口入口处或内浇口上会产生缩孔，这通常是因为内浇口太大所致。因为内浇口入口处被包围在热砂之中，如果其尺寸太大，那么入口处的金属液就要一直保持到最后才会凝固。如果这种状态保持的时间过长，由于此时已没有其他熔液能对其进行补缩，所以浇口入口处就会产生缩孔。在正确设计的浇冒口系统中，最先凝固的应该是铸件，其后，应该是冒口颈或内浇口，最后凝固的则是应是冒口。如果破坏了这种顺序凝固的先后次序，就会形成缩孔缺陷。

3. 金属成分

金属的化学成分与铸件的壁厚不适应。合金成分对于缩孔缺陷本身的直接影响，例如，和高碳钢相比，低碳钢的总收缩率量比前者要大；在有色金属铸造中通过改变金属结晶温度宽度，促进顺序凝固，可减少缩孔缺陷。在铝合金中加入晶粒细化剂，例如钛和硼，能够减少缩孔缺陷；如果铝合金的流动性较差，可以添加硅加以改进；有时，降低铝合金中的铁含量也能改善其流动性。

合金成分对于型壁位移的间接影响，因为金属熔液的推力，使型壁产生退让，金属熔液推力的大小或对型壁压力的大小各不相同，这和金属成分有关。例如，不同石墨化金属，因为石墨化铸铁在二次石墨化时，会产生很大的压力作用到型壁上，各种石墨化铸铁对于型壁的压力各不相同。灰铸铁最小，合金铸铁、孕育铸铁和球墨铸铁较大。

4. 浇注工艺

对冒口设计或位置而言，浇注温度太低会造成收缩缺陷，因为冒口系统通常是以金属熔液具有足够的流动性和温度为前提来设计的。温度低的金属液会降低冒口系统的补缩效率。

在补缩措施不足的情况下，浇注温度过高容易出现缩孔缺陷。因为增加了传到型砂的热量，会使型砂产生塑性滑移，所以过热会加剧型壁的位移。

没有用金属液适当地对冒口进行补浇。在生产大型铸件时，如果需要，可用发热冒口或加大冒口来代替补浇。

（1）对于熔模铸造来说，防止缩孔缺陷产生的措施如下。

①改进铸件结构，力求壁厚均匀，减少热节，或使壁厚变化有利于造成顺序凝固。

②合理地设置浇冒口系统，造成顺序凝固。对有多个热节的复杂件浇冒口系统更应考虑周到。

③合理组装模组，使铸件间有一定距离，防止局部散热困难。

④型壳和金属液浇注温度要合适，浇注温度不可过高。

⑤浇注时要保证直浇道和冒口充满金属液，或在浇口杯和冒口上加发热剂、保温剂。

⑥改进熔炼工艺，减少金属液中气体及氧化物，提高其流动性和补缩能力。

（2）防止金属型铸造缩孔的措施如下。

①正确设计浇冒口系统在铸件厚实处设冒口，并可采用各种方法使冒口缓冷，以提高冒口补缩效果，防止缩孔、缩松。

使用保温冒口套；在冒口内壁贴石棉板；在冒口部位喷绝热性好的涂料，增如涂料层厚度；在冒口部分放砂套等，以使冒口缓冷，提高冒口补缩能力。

铝合金和镁合金因密度小，暗冒口的静压力与大气压力相比是很小的，为提高冒口的补缩效果，应尽量采用明冒口。

②使用冷铁。凡是铸件上不宜安放冒口补缩的部位，或需要更强烈的补缩作用，仅靠冒口达不到目的时，可使用冷铁或将冷铁与冒口联用，以防止缩孔、缩松。

不同金属材料其热导率差异很大，一般金属型选用铸铁或碳素钢制作，所以可使用铜质冷铁或在热节处镶铜块激冷，以提高其激冷作用。冷铁可做成拆卸式，多做几块，轮流安放在型腔内，避免连续生产时冷铁本身冷却不充分。

③对金属型局部加热或冷却防止缩孔、缩松，可对铸件薄壁处的金属型局部加热，使用电阻丝、管状加热元件等加热，或在金属型局部设计散热片，或通水加速冷却。

④采用不同涂料及涂层厚度来调节金属型各处的冷却速度，防止铸件缩孔。用不同耐火材料配成的涂料导热性能差异很大。涂层厚度同为1.5mm，石墨粉涂料比热流为0.95J/（cm•℃），而硅藻土为0.35J/（cm•℃）。故可在金属型不同部位喷涂不同涂料，不同涂层厚度来调节金属型的冷却速度，防止缩孔，这在生产中是常使用的一个措施。

⑤严格控制金属型有关工艺参数控制好金属型温度和浇注温度。浇注温度不可过高，以避免铸件产生缩孔和缩松。为使金属液有好的流动性，防止冷隔、浇不足缺陷，可适当提高金属型温度。

（3）消除离心铸造缩孔缺陷的措施如下。

①加速铸型冷却。使用水冷金属型等加强铸型冷却。

②涂料金属型的涂层不可过厚。做铸态球墨铸铁管时，涂层厚以0.5～1mm为宜，做钢管时，涂层厚以1～1.5mm为宜。

③对凝固温度间隔宽的合金，可适当提高铸型转速。

④生产钢背锡青铜轴瓦时，可适当降低钢套出炉温度，降低过热度，以提高冷却速度。对壁厚大于15mm的钢背套可加大冷却水压力，加强水雾冷却。

⑤浇完金属后，在内表面挂渣或加些草灰，以减缓内表面冷却速度。

四、孔洞类缺陷的防治措施总结

各种孔洞类缺陷的名称、定义和特征、鉴别方法、成因及防治补救措施总结见表3-1、表3-2、表3-3、表3-4、表3-5、表3-6、表3-7。

表3-1　反应气孔缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表3-2　卷入气孔缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表3-3　侵入气孔缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表3-4　析出气孔缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表3-5　疏松缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表3-6　缩孔缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

表3-7　缩松缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

续

第二节　孔洞类缺陷的防治实例

案例1　“首流”铁水对铸件气孔的影响及解决措施

生产条件及存在问题　在铸造生产中，有的铸件在远离直浇道的底面和侧面，经粗加工后发现有气孔。气孔形状为不规则的圆形，直径在3～6mm之间，有些孔洞内有粒状或粉状渣。为解决这类气孔缺陷问题，工艺上常采用平做立浇、平做倾斜浇注、多留出气冒口、表干砂型改为干砂型等措施，但仍不能消除这类缺陷。

产生缺陷原因分析　铁水中含有大量低熔点金属夹杂物，这些夹杂物上浮到铁水表面，浇注时随首股铁水流入型腔。所以，首股铁水流黏度高、流动性差，不易随后进入型腔的液流上浮。

解决措施

（1）在不降低铸铁强度的前提下，尽量降低炉料中Mn的加入量。

（2）当不能降低Mn含量时，适当提高浇注温度。

（3）在横浇道末端设置集渣包，排出首流铁水。

（4）在铸型死角处设置集渣包，使首流铁水进入集渣包内。

案例2　采用外冷铁和低温浇注的方法防止磷青铜的“发胀”和“冒汗”

生产条件及存在问题　磷青铜发胀是液体内部压力不平衡的表现，在冷却凝固时，析出气体形成气泡，当析出气体达到一定程度不能外溢时，铜液内部压力增大而形成发胀现象。经过分析，发现析出的物体为锡和磷的低熔点混合物。我们认为，发胀和冒汗是同一回事，只是冒汗析出的气体较少而已。

解决措施　经多次试验，采用低温熔炼（紫铜熔化后立即出炉）低温浇注（浇注温度在960～980℃），很好地解决了这个问题。如果用焦炭坩埚炉熔炼，先将坩埚预热到600～800℃，把预热好的紫铜加入坩埚内，等紫铜全部熔化，立即出炉，并将事先预热好的磷铜及锡块加入到坩埚内，进行充分搅拌。当磷铜加入后，一旦铜液表面结膜，这时应立即进行浇注，否则会产生粘包现象。浇注时，必须平稳，浇包口离浇口杯愈近愈好。

案例3　195T活塞燃烧室缩孔问题解决方法

生产条件及存在问题　195T活塞是农用柴油机的常用活塞。其顶部有一球形燃烧室且壁厚差较大，最大处壁厚在25mm以上，最小处壁厚仅5mm左右，是典型的厚大顶部活塞。起初，在燃烧室顶部发现了大面积的缩孔，缩孔废品率在70%左右。195T活塞结构如图3-1所示，箭头所指位置为产生缩孔的位置。195T活塞毛坯的生产以金属型为主，采用底注、上抽芯浇注工艺。这种工艺弊端很多，它不能实现顺序凝固，也不利于铸件的补缩，所以不能满足产品品质和节能降耗的要求。

图3-1　195T活塞结构示意图

1.销孔；2.环槽；3.燃烧室

改进措施

（1）改造底模。针对底模水冷却效果不佳的情况，对其进行了改进。195T活塞原水冷底模如图3-2所示。为了增强冷却效果，将厚壁底模改为薄壁底模，同时考虑到产生缩孔部位散热的实际情况，在底模顶部钻了1个φ10mm的孔，并直接将进水管接长到φ10mm孔的入口（图3-3），使冷却水首先直接冲刷φ10mm孔的壁，同时适当开大冷却水进水管的阀门，加大冷却水的压力和流量。这样不仅可以直接对缩孔部位进行强制冷却，使其较先凝固，同时对整个活塞顶部的热量散失也起到了很好的作用。实践证明，底模工作温度由原来的120℃下降到60℃左右，大大加快了活塞顶部厚大部位的冷却速度。

（2）内芯温度的控制。产生缩孔的位置离模具内芯的距离较近，所以内芯的冷却效果对是否产生缩孔也有重要影响。内芯的冷却是通过人工直接将内芯插入冷水中实现的，所以要求操作人员注意内芯的冷却效果，适当延长冷却时间。

（3）合理的浇注工艺参数。拟定了合理的浇注工艺参数，铸件浇注温度为720℃，根据季节不同可允许在±10℃范围内波动。要确保外模工作温度在220～350℃之间，并且要求上部温度高于下部温度80～130℃，补缩冒口处的外模工作温度高于350℃等。

图3-2　原来的水冷底模

图3-3　改进后的水冷底模

案例4　采用溢流技术消除铸钢件驱动桥壳体气孔缺陷

生产条件及存在问题　驱动桥壳体是SJ-1204拖拉机上的1级铸件，材质为ZG310-570，轮廓尺寸750mm×342mm×330mm，壁厚15mm。湿型砂2B/410微震压实造型机造型，水玻璃砂手工制芯；采用3t碱性电弧炉熔炼。原生产铸造工艺及存在问题：采用中间分型，钢液从浇注系统两端经冒口引入，如图3-4所示。用此工艺生产铸件，经机械加工发现在两端沿内腔表面出现气孔缺陷，气孔表面光滑，呈针状，分布密集，深度不等，深者达10mm左右，废品率占40%。

解决措施　通过分析，解决气孔的思路有两点：一是处理好最初进入型腔的钢液，使其处于流动状态，不造成滞留；二是较少热量损失，对于上述铸件来说，流距较长是自身工艺特点决定的，解决问题的关键是处理好流头钢液问题。新工艺方案，如图3-5所示。主要特点：在横浇道两端头设置溢流冒口，使流头液进入型腔被溢流。将内浇口位置改到距断面20mm处，并将分型面水平引入钢液改为底注式，便于气体在钢液的搅拌作用下溢出。采取新工艺后，气孔缺陷明显降低，取得显著效果。

图3-4　原浇注工艺

图3-5　改进后的浇注工艺方案

案例5　柴油机汽缸盖渗漏缺陷消除

生产条件及存在问题　大马力高负荷190柴油机汽缸盖为一缸一盖，铸件尺寸为420mm×290mm×205mm，材质为HT250铜铬钼合金铸铁，本体硬度要求HB180～230，毛坯重80kg，结构复杂，铸件壁厚悬殊。汽缸盖在生产中废品一直比较高，其主要致废缺陷为渗漏，轻微渗漏会影响到发动机的正常工作，严重的会导致缸盖成批量报废，并且渗漏检测通常在缸体加工全部完成后进行，这样就给柴油机生产厂造成相当大的损失。

解决措施

（1）适当提高原铁液碳当量，一方面增加了凝固时的石墨化膨胀，另一方面降低了炉前孕育量，避免造成过孕育而引起的共晶团数急剧增加，因此，能够降低缩松渗漏倾向。但碳当量过高容易造成孕育量不足，石墨粗大，降低铸件力学性能。因此，对原铁液的化学成分必须严格控制。

（2）不同类型的孕育剂对渗漏的影响是不同的，Si-Ba孕育剂加入量对渗漏的影响要大于普通75Si-Fe孕育剂，采用Si-Ba孕育剂加普通75Si-Fe补充，效果最好，渗漏率最低。这是因为少量Si-Ba孕育剂对共晶团数的增加要比75Si-Fe少，同时少量Si-Ba孕育剂还能起到增强孕育效果、延缓孕育衰退的作用，避免在浇注过程中因孕育衰退造成铁液白口倾向增加而增大缩松倾向。但Si-Ba孕育剂加入量过大时，由于造成了过孕育而使共晶团数大量增加，反而加大了缩松倾向，75Si-Fe的影响则远远小于Si-Ba，因此，在加入少量Si-Ba孕育剂的基础上，再加入适量75Si-Fe补充，目的是为了调整铸件的终硅质量分数，使其控制在1.7%～2.0%范围内。

（3）因水道芯或油道芯发气量大形成局部过热、排气不畅而造成气孔、冷隔和缩松引起渗漏。当型芯边角为直角或锐角时，由于散热慢，金属凝固晚，补充相邻的先凝固部分的收缩而出现了缩松。针对这种情况，对树脂砂发气量进行严格控制，扎通了个别气眼孔和气冒口，使排气顺畅。

（4）浇注温度越高，渗漏倾向越大，反之渗漏倾向越小。这是因为浇注温度的提高既增大了铸件凝固时的液态收缩，同时也加剧了铁液对型芯、型腔的过热，降低了铸件的冷却速度，不利于实现同时凝固，因此增大缩松渗漏倾向。事实上，在一定范围内，浇注温度对渗漏的影响不是很明显，而且如果浇注温度过低，还容易造成冷隔及气孔等其他铸造缺陷。因此，将浇注温度控制在1380～1420℃比较适宜。

案例6　柴油机汽缸盖缩松的控制

生产条件及存在问题　某柴油机的汽缸盖铸件是典型的薄壁高强度铸件，采用湿型铸造，材质牌号为HT250。铸件加工后最小壁厚仅为4mm，最大壁厚为13mm。不铸出螺孔搭子处厚度达φ32mm，与底板关联形成热节，如图3-6所示。该位置离浇注系统最远，铁液流程最长，在凝固过程中，很难得到补缩，容易产生缩松。缸盖加工后经水压试验发生漏水而导致报废。有的生产厂家因无法控制高达10%～20%的喷油嘴漏水而取消该位置的铸造，采用镶铜套的办法或在加工后采用防渗漏技术加以补救。这样既增加了生产成本，解决问题的周期也较长，是不可取的。

解决措施

（1）必须严格控制铁液的碳当量、硅碳比。一般来说，含碳量要控制在3.35%～3.45%，以确保铁液的流动性；同时，还需要控制铁液的含硅量在1.60%～2.20%，以达到其碳当量为4.0%～4.2%，硅碳比为0.5～0.6。当然，铁液的含硫、磷量也不可忽略，这两种元素属铁液中的有害元素，会影响铁液的流动性和收缩率。为此，一定要控制生铁和焦炭质量，使其含S≤0.08%，P≤0.10%。

（2）必须严格控制铸件的力学性能。只要化学成分得到有效控制，铸件力学性能基本上就会得到确定，但二者之间不完全是一一对应，因为还存在着铁液温度、冷却速度等因素的影响。铸件抗拉强度越高，铁液的流动性越差，收缩率越大，就会增加缩松机会；相反，抗拉强度越低，不但达不到使用性能要求，而且还会导致材质疏松，同样也会引起渗漏。因此，力学性能是一个相当关键的因素，必须严格控制。经过验证，抗拉强度控制在230～290MPa比较合理。

（3）必须严格控制铁液的孕育。若孕育过大，则会引起铁液在喷油嘴位置产生偏析，导致缩松；若孕育量过小，则达不到孕育效果，不但影响力学性能，而且还影响加工性能。因此，孕育量一定要加以控制，一般来说，孕育剂量需要控制在0.2%～0.4%。

（4）微量元素的影响。在实际生产过程中，我们发现钛、铝元素特别易导致缩松，必须控制含钛量小于0.4%，含铝量小于0.02%。一般来说，这两种元素来源于生铁和废钢，若发现其含量超标导致缩松，就应更换生铁和废钢。

图3-6　喷油嘴搭子热节示意图

案例7　柴油机汽缸体缩松问题的消除

生产条件及存在问题　汽缸体是发动机的主要部件，其内腔结构复杂、尺寸精度要求高，属薄壁、高强度铸件。在汽缸体的生产中我们所遇到的一个突出问题就是铸件缩松。WD615汽缸体缩松缺陷常见的有两种情况，一种是轻微缩松，另一种是严重缩松。在第一种情况下，经精加工、清洗工序自然干燥后，在缸孔或挺杆孔内表面可见缩松区域，颜色发暗，类似“渗油”现象，范围φ5～φ10mm，通常有1～2处。解剖缺陷部位，断口呈枝晶状缩松，颜色发亮，缺陷在壁厚的中间，没有穿透壁厚。在压力为400kPa，持续时间1min的条件下进行气密试验不漏气。在第二种情况下，在加工面可见明显的缩松区域，解剖缺陷部位，呈粗大的棱晶状缩松，断口颜色发黑，缺陷穿透壁厚与大气相通并发生氧化，气密试验有明显的漏气现象。

经过大量的解剖分析，发现汽缸体的缩松缺陷部位很有规律，主要集中在汽缸体的缸壁、挺杆孔内以及挺杆孔与主油道的交接处三个部位（图3-7）。

解决措施

（1）大缸芯内置冷铁。铸件的凝固速度主要受砂型的散热条件制约。在砂型散热条件一定的情况下，为加快铸件的冷却，减轻热节部位的热节倾向，我们采用在大缸芯内置冷铁的工艺措施以加快汽缸体缸壁的冷却。砂型合箱时将冷铁置于六颗大缸芯内。冷铁的尺寸为80mm×150mm，重约5.5kg。

（2）改变砂芯用砂。铬矿砂和耐火熟料砂与硅砂相比，不仅具有较高的耐火度，防止粘砂、降低铸件清理劳动强度、提高铸件表面质量，而且具有较高的蓄热系数和热导系数。耐火熟料的蓄热系数为硅砂的1.5倍，热导率为硅砂的2.3倍。蓄热系数反映材料的冷却能力，使用蓄热系数大的芯砂，铸件的凝固和冷却速度相对加快，有助于晶粒的细化，提高缸体组织的致密性。同时，热导率高，有利于热量的快速传递，加快冷却速度。某水套芯热芯盒树脂砂的工艺配比：30%铬矿砂（55/100目），70%耐火熟料砂（47/75目），2.9%～3.2%热芯盒酚醛树脂，35%固化剂（占树脂）。

（3）使用碲涂料。因汽缸体结构要求和生产工艺的制约，挺杆孔部位是热节区域，缩松缺陷较为严重。为解决此缺陷，试验在挺杆孔芯热节区域刷碲涂料工艺，目的在于在缩松部位造成急冷以加快该区域铁液的凝固速度，防止缩松的产生。碲涂料的工艺配比如下：150g碲（过70目筛），400g黄糊精，45g膨润土，涂料密度为1.35～1.40g/cm3。

（4）改进熔炼工艺。

①熔炼设备的改进。原奥地利斯太尔工厂熔炼工部采用德国KGT公司制造的KGT10～14t/h热风水冷冲天炉。该炉采用水冷富氧送风，熔炼出的铁液温度高达1500℃，铁液净化好，而且原材料以废钢为主，获得铸件组织致密，力学性能高。采用冲天炉与工频炉双联熔炼工艺，冲天炉改造前为7t/h的中央送风多排小风口。熔炼用焦炭主要为冶金焦，固定碳低、灰分高、强度低。铁液出炉温度达1450℃左右，铁液净化差，石墨遗传性强。铁液孕育采用普通75SiFe。

②铁液的孕育处理。目前主要以Si-Ba孕育剂为主，同时加入少量的稀土硅铁合金，起净化铁液并减少炉料遗传因素不良影响的作用。选用的Si-Ba孕育剂，主要由Si和活化元素Ba、Ca、Al组成。

③炉料的质量控制。加强对炉料的质量控制是保证铸造产品质量的重要环节。在生产过程中有时会遇到异常的情况，如由于某种炉料进货渠道的改变，使得汽缸体的缩松缺陷明显增多。在汽缸体的生产中发现，炉后加入硅铁和炉前孕育硅铁的质量变化对铸件的质量影响较敏感。由于缺少对进厂材料中微量元素影响缩松的定量分析，所以它们对铸件质量的影响就不能做出正确的判断，待缩松出现后再查找原因，造成不必要的废品损失。因此，对炉料的选用应尽可能地固定供货厂家，定点采购。

图3-7　汽缸体缩松位置示意图

案例8　工作台铸件缩孔的消除

生产条件及存在问题　工作台材质为HT200，铸件不允许有砂眼、气孔、缩孔等缺陷。原工艺方案如图3-8所示，采用机器造型，铸件位于上箱，除两燕尾处结构尺寸不同，其余结构均对称分布。在两燕尾顶端设置冒口，两燕尾外侧放置边芯，其中一侧燕尾尺寸比另一侧燕尾尺寸大。该工艺方案的不足之处是在厚壁燕尾处出现缩孔，废品率在30%以上，是该铸件废品的主要缺陷。

解决措施　改进后的工艺方案如图3-9所示。在征得设计部门的同意后，在尺寸大的燕尾一侧放置了3号芯，使两燕尾的凝固结构均衡，凝固模数相同，且小于冒口的凝固模数，冒口尺寸结构不变。减小了厚壁一侧燕尾被补缩部位的凝固模数，提高了被补缩部位的冷却速度。在铸件材质不变的前提下，冷却速度加快，组织致密，石墨化程序减轻，故其强度得到了提高。因此，增加了3号芯，并没有影响到铸件的使用性能。改进后的工艺方案经实际生产证明是行之有效的，消除了铸件缩孔这一缺陷，使该铸件的一次性浇注合格率达92%以上。

图3-8　原铸造工艺简图　

图3-9　改进后的铸造工艺简图

案例9　紫铜熔铸中吸气问题的防止

生产条件及存在问题　紫铜熔炼方法（不同于黄铜）的核心是防止吸气。熔铸生产中某个环节的局部吸气往往是铸锭产生缺陷的重要原因，其缺陷的表现特征以及危害程度是大家所熟知的。但是，在多个环节对防止吸气失去控制的情况下，会表现怎样的情况和造成怎样的后果，这是鲜为人知的。

防止吸气的措施　铜锭中含气过高是由于生产操作不符合紫铜熔铸工艺要求以及原料、覆盖剂、保护气体等多种因素综合造成的。所有不利因素均应尽力予以排除，才能确保生产建立在安全、优质的基础之上。改进过程表明，熔池（一次吸气）吸气影响最大，在这个环节基本解决之后铜管起泡即明显减轻（泡较少亦较小），只有二次吸气和引锭座、垫料问题同时解决之后，铜管起泡才可能得以彻底消除。

防止吸气的关键在于堵住“气源”。主要措施如下。

（1）电解铜质量必须符合标准：起泡管的回炉料不用于生产紫铜，只作黄铜生产用。

（2）装料（原料应无混杂、表面无水、无油污）。必须一次多装，装满，集中2～3次装完一炉，以充分驱除炉料吸附的水分；不得多次少装。

（3）木炭必须干燥（应完全碳化）。首次装料后必须立即加入木炭，覆盖厚度100～150mm，以满足防止吸气、脱氧和保温的要求。

（4）装料熔化后必须及时关上炉门。

（5）煤气发生系统的干燥器内装入氯化钙（脱水剂），并及时更新，以便吸收煤气中的水分。煤气罩要罩好，放流前5～10min提前通上煤气，充分驱除罩内原有空气。

（6）引锭座要用煤气加热烘干、预热，用干燥的铜块（试样块）垫底，不得使用锯屑垫底。

此外，熔炼温度不过高、熔炼时间不过长，雨季中对电解铜以及停炉后砌体的防潮等均应予以重视。

案例10　硅黄铜铸件的渗漏缺陷防止

生产条件及存在问题　硅黄铜ZCuZn16Si4的主要特点是在大气、海水中有较高的抗腐蚀能力，比一般黄铜抗应力腐蚀性好，具有较高的硬度和优良的铸造性能，因此，成为冷却器盖材质的首选。冷却器盖铸件采用黏土砂干型，造型完成后需在600℃下进行烘干，在烘干后4h内必须进行浇注。型砂配比为：旧砂60%，锯木屑0.5%，黏土6%，余为新砂（20～40目天然石英砂）。熔炼：采用0.5t中频感应电炉内衬石墨坩埚进行熔炼。配料化学成分为：3.5%Si，16.5%Zn，余为铜，回炉料小于等于40%。原材料铜为标准阴极铜或含铜量不低于99.5%的紫铜类报废铸件及其浇冒口；锌为纯锌锭；硅为结晶硅。采用水平分型浇注系统，浇注系统增设过滤网和集渣包，砂型上扎暗出气孔。在热节及重要加工面处放置冷铁。根据冷却器盖铸件的质量和尺寸大小，确定铸件最小铸出壁厚、最小铸出孔、尺寸公差和机械加工余量、铸造收缩率、铸件的开箱时间。

冷却器盖铸件的废品主要来自于压力测试中发生的渗漏，其数量接近该类铸件总产量的60%。

改进措施　在保证冷却器盖铸件铸造工艺设计、配砂及造型等方面基本正确并实施到位的前提下，主要在以下两方面进行了改进：一是配料时适当降低了硅的含量，由原来的3.5%降为3.0%左右；二是加强了ZCuZn16Si4的一次熔炼法的熔炼控制。铜与硅全部熔化后，升温至1120～1150℃，仔细搅拌。在1100～1150℃时逐块加入经预热的锌锭，边加边搅拌。在锌全部加完后，将合金迅速加热至锌沸腾。一次熔炼的合金容易造成偏析，应注意充分搅拌。硅全部熔化后再搅拌，如有硅上浮应压下。做到高温快速熔化，低温快速浇注。

在采取上述措施后，冷却器盖铸件渗漏问题基本解决，力学性能完全符合国家标准要求。改进后累计生产冷却器盖铸件246件，不合格件数为22件，铸件成品率达到90%以上。

案例11　激冷铸铁凸轮轴气孔缺陷防止

生产条件及存在问题　汽车用凸轮轴质量3.5kg，材质为无合金化灰铸铁，化学成分（质量分数，%）为：C3.2～3.7、Si1.7～2.2、Mn0.6～1.1、P≤0.15、S≤0.18。在1t或500kg中频炉内熔炼，包内硅铁孕育，铁水出炉温度（1500±10）℃，浇注温度1360～1400℃，采用壳型浇注，每型两件，浇注系统布置见图3-10，铸件凸轮部位采用分块冷铁360℃激冷。批量生产中，常因在凸轮（激冷面）处出现气孔，造成铸件大量报废。

解决措施　对于反应性气孔，首先要净化炉料，并严格按配方加入各种炉料。加强扒渣，不允许用带有炉渣的铁水浇注铸件。其次，清除冷铁表面锈蚀或氧化皮，同时严格冷铁管理，冷铁使用50频次后作报废处理。还有，将浇道由下型改为上型，增加阻流搭接，便于气体上浮和除渣。在横浇注末端增加通气针，将首股铁液流中的气体引出型腔。

对于侵入性气孔，措施如下。

（1）降低覆膜砂的发气量。如使用GDD覆膜砂，其850℃时发气量由20mL/g降低至16mL/g。

（2）改进制型工艺。如果制型时壳型未充分固化，这样在铁水作用下，其内层的发气量就会增大，形成气孔的可能性也增大。例如，在冬季气温低时，制型时常常出现固化不充分和粘模现象，铸件气孔废品上升。为此，冬季将制型温度适当提高（由260～300℃调整到300～320℃）和延长硬化时间（由90s延长110s），保证壳型内腔表面致密和壳型内部固化透彻，可以减少发气量和增加气体侵入铁液中的阻力。

（3）调整覆膜砂粒度。覆膜砂所用原砂粒度越细，单位体积的比表面积越大，需要的树脂加入量也越大，发气量也越大；另一方面覆膜砂粒度越细，透气性越低。但粒度太粗会引起铸件表面粘砂，因此粒度以控制在50～100目较适宜。

（4）增大型腔排气能力。原工艺设计时，没有排气针和排气片，浇注时整个型腔为一个封闭的型腔，浇注后型腔内产生的大量气体形成一个高压气场，极易产生气孔废品。在横浇道末端加通气针，将首股铁液流中卷入的气体排出，冒口顶部加通气针将冷铁液中的气体排出，冷铁顶部加通气针将凸轮部位由冷铁间隙中浮出的部分气体排出型腔。改进后气孔废品率显著下降。

（5）缩短浇注时间。缩短浇注时间实现平稳快浇，可以保证金属液在型腔内的上升速度，使铁液快速充满整个型腔，增加气体进入金属液的阻力。为此，适当加大浇注系统截面尺寸，浇注时间由原来的8～10s缩短至5～7s，每包浇注时间由原来的4～5min缩短至3.5～4min，首末箱温降由50～80℃下降至20～40℃。

（6）适当提高浇注温度。侵入的气体能否上浮溢出，决定于铁液的黏度、冷却速度、铸件的壁厚和形状等因素。浇注温度越低，铁液的黏度越大，气泡越不能上浮溢出而滞留在铸件中。因此，适当地提高浇注温度，将浇注温度控制在1370～1420℃，生产经验证明，低于此温浇注，气孔废品会大量增加。

通过以上措施，目前凸轮轴铸件气孔废品率已稳定在3%以下。

图3-10　凸轮轴浇注系统布置简图

案例12　金属型铸造铝合金壳体缩陷的解决措施

生产条件及存在问题　壳体铸件结构见图3-11（铸件轮廓尺寸为240mm×190mm× 166mm），最小壁厚6mm，最大壁厚15mm，起初，在壳体铸件圆筒上部位壁厚较厚，凝固过程中散热较慢，形成局部热节，在生产过程中产生了缩陷。

解决措施

（1）装配水冷系统。使用设备为国产J1130A型重力金属铸造机，其中有4路水管可用于冷却模具。经分析可用设备上的冷却水对模具的该部位加强冷却。通常，重力铸造在模具上设置水冷通道，将增加模具结构的复杂程度，一般只用于铜、钢、铁合金铸件，在铝合金铸件生产上应用并不多见。用水作为冷却载体来加强热节部位的冷却力度，是因为水冷有如下特点：a.冷却效率高，能有效降低型腔表面温度，且可调节范围较大，生产中要通过试验控制水流量；b.冷却位置比较准确；c.对水冷管道的内径尺寸要求较低。

装配水冷系统方法：在型芯上开设水道，内孔直径为16mm；植入内径为5mm金属软管，型芯端头用铜焊焊牢；将出入水口分别与重力金属铸造机的出入水管路相连。

（2）控制型芯温度。产生缩陷的位置在内孔上部，所以型芯的冷却效果对是否产生缩陷有重要影响，要求操作员工在生产过程中注意型芯的冷却效果，适当控制循环水流量，每件浇注前控制型芯温度为80～120℃之间。

图3-11　壳体铸件结构简图

案例13　精铸球墨铸铁缸体件皮下气孔的防止

生产条件及存在问题　用熔模铸造批量生产的球墨铸铁体件（QT40-10）经机械加工后，缸体端部表面（图3-12）出现了大量的孔径为0.5～2mm（也有大到3～4mm）的皮下气孔，大部分呈球状或雨滴状。

解决措施

（1）改变浇注位置，缸体易产生皮下气孔的端面，由朝上改为朝下（图3-13）。

（2）浇注系统由顶注改成底注，避免了卷入气体或涡流的产生，也有利于进入型腔内的气体自下而上顺利地排出。

（3）浇注温度提高至1320～1360℃，低于1320℃不予以浇注。型壳焙烧温度控制在（900±20）℃范围内，保温时间约1.5h。

（4）在型腔中撒冰晶石粉，浇包需烘烤至发红，浇注前金属液需适当静置。

采取以上措施后，有效地防止了皮下气孔的产生。

图3-12　缸体皮下气孔处　

图3-13　改进后的缸体铸造工艺示意图

案例14　铝合金壳体针孔问题的消除

生产条件及存在问题　某壳体系铝合金铸件，铸造工艺简图见图3-14，采用差压铸造工艺成型，因针孔超标报废达废品的30%。针孔多发生在铸件的上部区和浇口根部。

改进措施

（1）改变冷铁的设置：①将1号和3号环状冷铁原铜冷铁改为铝冷铁。②将原3号冷铁只加在两浇口之间，浇口处不放冷铁。两种方案都能够将金属液补缩通道打开，使压力在铸件凝固时得到传递。

（2）采用窄缝隙浇口，避免宽缝隙浇口造成的铸件热节增大。

（3）采取措施对造型过程中的浇道位置进行定位，使铸型上下箱的浇道对应准确。

（4）严格控制回炉料使用的比例，坚决杜绝使用炉底水合成锭。熔化前对炉料进行喷砂处理，去除油污、水汽。

图3-14　铸造工艺简图

案例15　熔模铸件气孔的防止

生产条件及存在的问题　熔模铸造中气孔缺陷属于主要缺陷，生产中许多环节都可能产生气孔。

解决气孔缺陷的措施

（1）在生产中要选用含锈、含水、含油少的原材料。必要时，要将废料进行表面处理，如在抛丸机中进行表面处理。

（2）生产中对耐火材料要严格管理，防止混入其他杂质。

（3）型壳的焙烧温度要达到800℃以上，最好在850℃左右，保温两个小时，使型壳颜色呈白色，粉白色或粉红色。热壳浇注，一般质量均能保证。若型壳颜色为深灰色，说明焙烧不良，易发生气孔、呛火、漏钢等现象。

（4）生产中，除严格控制NaCl的含量外，型壳的存放时间最好不要超过24个小时就进行焙烧，同时要把好焙烧这一关。

（5）为了消除钢水中的气体，除采用常规的物理办法如：加强原材料管理，造好炉渣，控制炉温等外，还必须进行钢水净化处理，常采用的办法是使用Mn、Si、Al铁进行脱氧处理。

案例16　使用压边浇冒口消除铸件的缩孔缺陷

生产条件及存在的问题　砂型铸造生产铸铁件经常会出现缩孔、缩松问题。

采用压边浇冒口解决缩孔缩松问题　压边浇冒口以一条狭长的缝隙与铸件相连，铸件所需的全部铁水从这条缝隙中注入。金属液的流动使缝隙处的砂型受热而保持高温状态，在浇注完毕后的一段时间里，仍能保证铁水通过缝隙对铸件进行补缩，由于压边缝隙只有长度和宽度，而没有厚度，所以浇注过程中，低温铁液不会在缝隙处凝固，但到型腔充满后流速减慢，越接近补缩后期越慢，当铸件不要求补缩时，缝隙截死，停止补缩。铸件凝固到一定体积百分数时，石墨化膨胀。铸件自补能力加强，其单位时间内产生的石墨化体积膨胀能抵偿单位时间内产生的体积收缩，这样维持到铸件凝固完毕，从而保证了铸件的致密完好。

对于外形简单的板类铸件，采用普通分散性内浇道浇注系统，也能浇出合格铸件，但对型腔上下平面有吊砂或凸砂（或型芯）的板类铸件，采用普通分散性内浇道浇注系统，则最容易在内浇道对面吊砂或凸砂处产生夹砂、粘砂等缺陷。而采用压边浇口系统，利用压边浇口铁水流股顺型壁而下，充型迅速而平稳的特点，即能避免上述缺陷，浇出合格铸件。

对于中小型实块类铸件，使用压边浇冒口是较为理想的，在不使用冷铁的情况下，也能浇出合格铸件。

对于中小型轮形铸件，特别是轮缘较厚的轮形铸件，可采用随形压边浇冒口，对厚大的轮缘及其他部位，进行直接补缩，如图3-15所示。

压边浇口应有一定的体积容量，如果压边浇冒口体积小、数量少，铸件易形成缩孔，表面缩凹缺陷，这是由于压边浇冒口的补缩量不够，引入过分集中，横向（或纵向）补缩不足引起的。通常应增加压边浇冒口的数量和增大体积。在压边浇冒口体积已定的情况下，尽量增长压边缝隙的长度，或在铸件另—侧加设压边冒口，在局部安放冷铁激冷等措施，来提高压边浇冒口的补缩能力。

造型时，如果压边缝隙处的型砂捣得不紧实、均匀，压边浇冒口与铸型形成类角缝隙；或者铁水的引入方向正冲压边缝隙，都容易冲坏压边缝隙，使得铸件形成夹砂、砂眼等缺陷。因此，把压边缝隙处的型砂捣得紧实、均匀，并尽量采用随形压边冒口；铁水引入流股背向压边缝隙等，这些均是克服上述缺陷的有效措施。

图3-15　用压边浇冒口解决缩孔问题

案例17　铸造下心盘气缩孔缺陷的对策

生产条件及存在的问题　铸造下心盘属铁道机车车辆重要件，材质为ZG230-450，铸件重65kg，如图3-16所示。长期以来，下心盘工作面φ410mm、φ360mm尺寸根部存在较多气缩孔，补焊量大，缺陷严重的清除后内外贯通，造成报废。且该缺陷的存在，对行车安全造成隐患。

防止气缩孔的对策

（1）减少发气量，提高铸型的排气能力。严格控制型砂和黏结剂本身的水分含量；严格控制脱模剂用量，用喷枪（液化气）对砂型进行烘烤等。这些措施对减少气孔起到了一定效果，但由于涉及环节较多，效果不明显，只能作为辅助措施，不能从根本上解决问题。

（2）将外侧未注圆角半径增加到R7～R8mm，采用φ14～φ16mm成形圆钢外冷铁，内侧4根，外侧4根，间距15～30mm。内外交错均匀布置，如图3-17所示。外冷铁表面必须干燥，无油污、锈蚀、污物和水分。使用表面刷锆石粉涂料且及时点燃烘干，浇注后易于清理且避免冷铁原因导致气孔。冷铁一方面加快了下心盘铸件该部位的凝固速度，配合冒口形成有利于补缩的温度梯度，扩大了冒口有效补缩的应用，气泡难以生成或生成的气泡无法侵入到金属液内，只能从上部冒口、出气孔和型腔溢出。综合这两个方面，从源头上避免了气缩孔的产生。

图3-16　下心盘气缩孔示意图

图3-17　解决气缩孔的工艺图

案例18　改进冒口解决球墨铸铁件的缩孔问题

生产条件及存在的问题　屏模圈铸件重65kg，铸件结构见图3-18。所用材质为QT450-10，采用500kg中频感应电炉，型砂为CO2水玻璃砂，涂料用醇基铸铁件专用涂料。采用的浇注系统见图3-19。生产中，冒口根部和内浇道处经常出现缩孔缺陷。

解决缩孔缺陷措施　借鉴铸钢件易割冒口的特点，采用了一种新型的冒口设计方案（图3-20），试制了9件，废品只有1件，且是因为内侧表面有砂眼造成的，冒口根部均无缩孔、缩松等收缩缺陷，在以后的大批量生产过程中，累计废品率不超过1%。

图3-18　屏模圈铸件结构图

图3-19　铸件工艺简图

图3-20　冒口设计方案

案例19　铸钢件缩孔及缩松缺陷的消除

生产条件及存在的问题　缩孔及缩松缺陷是铸钢件生产中的一大难题，长期以来困扰着广大铸造工作者。这两种缺陷多发生在铸件内部，通过机械加工或X射线检查可以发现，要进行挽救比较困难，也有发生在表面上的，通过安放冒口可以消除。这两类缺陷很相似，危害都很大，可以归为一类。缩孔及缩松缺陷的消除需要综合考虑浇注系统、浇注温度、铸件结构、冒口及冷铁等工艺因素，才能消除。

解决措施

（1）使用冒口。在浇注一般的铸钢小件或结构简单的小型铸件时，有无冒口影响不大，因为铸钢件自身有一定的补缩能力。当铸钢件较复杂时，冒口的作用就比较明显。

冒口有明冒口和暗冒口两种。明冒口中暴露在空气中，冷却速度快，浇注一段时间后就凝固了，使冒口中的金属液与外界隔离，降低了冒口的补缩效率，可以在浇注的最后阶段，将一部分金属液由冒口浇入，强化冒口的补缩效果。冒口的位置需根据铸件壁厚和冷却的情况而定，冒口应在铸件最后凝固的部位。冒口的断面应该是被补缩断面的1.5～2倍之间，冒口的高度应为冒口直径的1.5～2.5倍，才能保证补缩效果。实际上，冒口的计算是一个很复杂的问题，铸造工作者提出了多种不同的方法，各有利弊，需要有一定的实践经验。

（2）选择合适的内浇口位置。内浇口的位置对铸件是否产生缩孔及缩松缺陷的影响很大，因为合适的内浇口位置能够形成顺序凝固，避免缺陷的产生。

①铸件高度不大而水平尺寸较大时，导入位置一般应保证铸件横向的顺序凝固，内浇口应设于铸件厚处，使合金液从厚处导入。

②铸件壁厚较大且均匀时，为了保证铸件整体的同时凝固和避免浇不足，合金液应从铸件四周通过较多内浇口均匀地导入，在铸件各区域的最后凝固处设置冒口，以便补缩。

③铸件有一定高度时，则应首先保证自下而上的顺序凝固，水平方向上同时凝固，内浇口位置应尽可能使水平方向的温度分布均匀，通常把内浇口设置在铸件的薄壁处，在厚壁部分放置冷铁。在不破坏铸件顺序凝固的前提下，内浇口数量宜多些，分散均匀，避免局部过热。

④对于熔模铸造中的小型简单铸钢件，应尽量选择通过内浇口补缩铸件，以提高浇注系统金属利用率，即将内浇口设置在铸件热节部位，以利于补缩。浇注系统一般采用顶注式或侧注式，如某铸件采用图3-21（a）所示方案时，热节A处产生缩松，而采用图3-21（b）所示方案时，通过内浇口向热节A处补缩，消除了缩松。

⑤对于形状复杂，有多个热节的铸件，一般采用内浇口与冒口相结合的方法，来进行补缩，浇注系统设计多采用底注式或侧注式，即将铸件较小热节放置在浇注系统底部或侧面，内浇口设置在这些热节处，浇注时金属从铸型底部平稳注入，使铸型中气体和杂质容易排出，在铸件顶部较大热节处设置冒口进行补缩，某铸件的浇注系统，如图3-22所示。

图3-21　顶注式和侧注式浇注系统

图3-22　顶注式和底注式相结合的浇注系统

（3）控制浇注速度。理论上讲，金属液进入砂型时，热量的散失与金属液在型壁接触的时间长短成正比，与金属液的表面积和体积的比率成正比。浇注速度影响金属液接触型壁的时间，控制浇注速度可以造成铸件内的温度差，浇注速度越慢，铸件内的温度差越大。但速度不能太慢，否则，容易形成冷隔、浇不满等缺陷。而大平面的铸件不宜慢浇，会导致上型由于长时间受热出现落砂缺陷。

（4）修改铸件结构。对于结构比较复杂、铸造工艺性差的铸钢件，仅靠从浇注系统设计方面出发，无法完全消除缩孔与缩松，为了获得高质量的铸件，可以和机械加工单位协商适当改变铸件结构，从而改善铸件的工艺性能。主要方法有以下两种。

①增加工艺补贴。为了保证顺序凝固，有利于冒口补缩，在冒口与热节之间增加工艺余量，一般在机械加工时被切除。由于工艺余量的存在，加大了补缩通道，使补缩通道迟于热节部位凝固，铸件实现顺序凝固。如图3-23（a）所示某铸件改进前工艺，该铸件为均匀厚壁铸件，在工艺试制时，虽采取多种方案，都因冒口无法对铸件中部热节A处进行有效补缩，而在此处产生缩孔。后在冒口与热节之间增加了20mm宽的工艺余量，如图3-23（b）所示，彻底消除了缩孔。

图3-23　工艺补贴的应用

②增加加工余量。在铸件加工表面上留出的，准备切削去的金属层厚度，称为机械加工余量。加工余量过大，将浪费金属和机械加工工时，增加零件成本。因此，加工余量应尽可能小，但为了铸造工艺需要，应该适当增加。

如图3-24所示的某铸件，在铸件头部存在热节A，由于原加工余量设置（φ16内孔处）较小，在φ22处只能设置两厚度3mm的椭圆形内浇口，大多铸件在磁粉探伤时，在此处发现裂纹。经打断口检查，断口处有明显缩松与缩孔，即使未发现裂纹的铸件，在X射线检查时，也发现此处有缩孔存在。增加此处的加工余量，并使向着浇口方向逐渐加大，起到工艺补贴的作用，在头部设置φ18～φ20mm的内浇口，加强补缩，解决了问题。

图3-24　加工余量的应用

（5）铸件的自补。对于大型厚壁钢铸件，在浇注系统设计时，应充分利用铸件的自补。这类铸件多采用顶注式浇注系统，钢水从铸件上部流到下部要经过较长的流程，因浇注温度与室温的差异，当钢水进入下部厚壁处时，其温度已接近凝固温度，而铸件上部依然温度较高，这样就形成了自下而上的顺序凝固，不会使铸件厚大部位在凝固过程中因为补缩铸件下部而产生缩孔与缩松。对于壁厚不均匀的铸件，只要浇注位置选择合适，浇注系统工艺参数设计合理，可以实现铸件的自补。

（6）选择合适的浇注温度。提高浇注温度能在一定条件下提高金属液的补缩能力，但要根据铸件的具体情况分析。对于熔模铸造，温度的提高包括提高浇注温度和型壳焙烧温度，这两项温度的提高可能使热节前方的补缩通道推迟凝固，延长了补缩距离，因而有利于消除缩孔。但是，提高浇注温度，可能会使内浇口处过热产生缩松，所以要辩证地看待提高浇注温度。在熔模铸造中减缓铸件的冷却，也是消除缩孔的一个有效途径，一般采用填砂造型的方法。这样，使得补缩通道凝固较缓慢，补缩能力更强。但由于填砂造型后，金属冷却较慢，铸件中位于同时结晶的区域较宽，易在铸件表面形成分散缩松，故对填砂造型铸件，应选择合适的浇注系统来避免这种情况。

（7）合理使用冷铁。固体金属吸收热量的性能比型砂或型壳快得多。因此，在铸件的转角及断面突增处常放置冷铁。冷铁使用的方法有两种：一种放在铸件外部，称为外冷铁；一种放在铸件的内部与金属液凝结在一起，称为内冷铁。

对于铸件上的某些局部热节，为使其早凝固或整个铸件同时凝固，冷铁放置于热节部位或热节附近。在不宜安放冒口的厚大部位一般均应放冷铁。由于冷铁没有补缩作用，铸件和热节的补缩仍由冒口供给，所有通常冷铁位置的确定应和冒口位置同时考虑，使铸件凝固时沿着从安放冷铁部位向冒口方向顺序凝固。在断面过于突出，既不易放外冷铁，又不能安放冒口的地方，可以考虑使用内冷铁。内冷铁的大小对铸件质量有很大关系，太小不起作用，太大则不能完全与铁水熔合在一起，影响铸件力学性能。内冷铁与浇注的金属液材质应相同且应洁净。

案例20　壳体零件缩孔缺陷的消除

生产条件及存在的问题　壳体零件的结构简图如图3-25所示，材质为英国铝合金标准LAE，在航标中没有对应的材料，轮廓尺寸大致为162mm×210mm，铸件毛坯要求对零件进行100%荧光渗透检验和X射线检验，按航标Ⅱ类铸件验收。并且，精加工后要求再次进行荧光渗透检验和X射线检验，不允许有任何缺陷存在。因此，铸造的要求是比较苛刻的。

壳体零件使用的原材料ZLGW1属于Al-Cu类合金，该类合金属于固熔体，其凝固方式为糊状凝固，黏度大、流动性差，难以形成顺序凝固。没有良好的铸造工艺，极易形成缩孔、缩松等缺陷，更增添了铸造难度。

从图3-25可以看出，该壳体属于结构较复杂，壁厚不是很均匀。有两个高度约100mm和一个约50mm抽心的凸台，由于两者高度差较大，容易在凸台根部形成缩孔类缺陷，成为铸造的一大难点。

（1）原铸造工艺方案及缺陷分析。

①原铸造工艺方案。按照传统的铸造工艺浇、冒口设计理论，原工艺方案尝试了多种浇注方式。一般采用了扩张式浇注系统，分三箱造型，在二个凸台顶部均设置冒口补缩，并在右壳体的底部设置了多个明冒口。结果发现，无论是采用顶浇注系统还是底浇注系统，无论如何更改冒口的尺寸或者增加冒口数量以及将零件倒置铸造，最终经目视或荧光渗透检测后发现均在两个凸台（或其中一个凸台）的根部（如图3-25中的A处）存在不同程度的缩孔、缩松缺陷，严重的甚至在该处穿透。

②产生缺陷的原因分析。经仔细分析，两个凸台的根部产生缩孔、缩松缺陷的原因是：由于两凸台自身比较长，金属液流经凸台根部充型，使该根部长时间处于过热状态。另外，在凸台上设置的冒口其金属液也必须经过凸台根部充型，加剧了该处的过热程度。

解决缩孔的措施　改进后的工艺方案如下。

（1）铸造工艺方案确定。依然采用模板手工三箱造型，底注式浇注系统，使用了三个桐油砂芯作三个凸台的内孔，如图3-26所示。

（2）铸造工艺参数。在通过原工艺的技术分析及多次尝试后，改进后的方案突破了铸造工艺理论的一般思维，采用了一种全新的设计方式。

图3-25　壳体结构简图

①铸造收缩率。铸件的铸造收缩包括自由收缩和受阻收缩，一般铸件大都是受阻收缩，铸件的收缩率不但与铸件的材质、结构特点、造型材料的种类和性能有关，而且还与铸件各部分在凝固过程中所遇到的受阻情况有着密切的关系。因此，根据有关参数及现场实际经验，将铸件的收缩率选定为1.2%。

②机械加工余量。按照HB6103—86—CTⅡ的标准及零件的尺寸大小、合金的种类等，选定所有加工面的加工余量为3mm。

③铸造斜度。由于采用玻璃钢模具模板，铸造斜度按增加壁厚法取1°～2°。

（3）用人造热节补缩铸件热节的新浇注系统。浇注系统的设计对一个零件的铸造效果至关重要。实践表明，浇注系统中，内浇道的引入位置是否正确，对引起铸件缺陷，比其他因素更为敏感。有些局部位置的疏松、缩孔、粘砂、裂纹等缺陷，往往就是内浇道位置设置不当造成的。这时只要适当改变内浇道的设置，即可消除铸件缺陷。

为满足铸件质量要求，保证金属液在铸型中的流动通畅，并利于夹杂物及气体的上浮。因此，采用了充型平稳的底浇注开放式浇注系统。为了转移凸台根部的缩松及缩孔，改进后的方案大胆突破铸造工艺理论的惯性思维，设计了如图3-26所示的浇注系统：四个内浇道处与横浇道相连处比较窄，且在上面设置了四个暗冒口，尺寸如图所示。直浇道、横浇道和内浇道的横断面积之比为F直∶F横∶F内=1∶1.66∶7.26，这与传统的铸造工艺理论铝合金砂型铸造常用的浇道比值是完全不同的。

新的浇注系统在内浇道的设置上打破了传统的铸造工艺理论。将直浇道集渣包、横浇道及内浇道都设在下箱，这与长期形成的把横浇道设在上箱（或中箱）的习惯不同。在内浇道与横浇道相交的地方（即设置暗冒口的地方）尺寸较小，目的是加大此处的金属液流动速度，造成此处过热时间最长，人为地在所要铸造的零件外制造出了四个热节。金属液在充型的过程中，首先充满的是这四个暗冒口。在靠近零件的方向上，内浇道的宽度逐渐加大，目的是使金属液流的速度逐渐变缓、逐渐平稳，同时金属液的温度也缓慢下降。这样，就将原本在凸台根部的热节转移到了这四个人造的热节处。

在实际生产中，浇注的过程中，通过冒口观察金属液的充型情况，也证明了金属液首先充满了四个暗冒口后，才向上充型零件。从凝固后的零件可以看到，四个暗冒口的补缩缩凹痕迹非常明显。这些都说明了使用人造热节补缩热节是很成功的。

原铸造工艺方案在凸台根部会产生缩孔、缩松，从几何结构上分析该处不是热节，但由于受到金属液充型的长时间过热，最终此处散热效果不好，导致最后凝固且无法得到补缩，必然形成缩孔、缩松缺陷。改进后的方案克服了这个缺点。

图3-26　改进后的铸造工艺（K向）

（4）冒口设计。根据该壳体的结构特点，分别设置了四个暗冒口（图3-26），左右对称，冒口1、冒口2尺寸为：50mm（顶部长）×20mm（顶部宽）、55mm（底部长）×28mm（底部宽）、高为70mm；冒口3、冒口4尺寸为：68mm（顶部长）×25mm（顶部宽）、80mm（底部长）×35mm（底部宽）、高为70mm。还在两个较高的凸台上及图3-26中C处设置了三个明冒口，尺寸分别为：44mm（顶部长）×28mm（顶部宽）、64mm（底部长）×38mm（底部宽）、高为102mm；dM=φ51mm、d颈=φ45mm、HM=102mm。

（5）外冷铁设计。经试验发现，在铸件图3-25的B处，由于是一个比较厚大的部位，凝固速度比较慢，有少量零件存在缩松缺陷，我们在此处分别放置了2块随形冷铁解决了这个问题。

生产效果：按照该工艺生产的壳体零件，其化学成分、力学性能、外形尺寸及表面质量等各项技术指标经检测全部达到要求，工艺废品量很少。

在实际生产中我们发现，当浇铸温度大于等于725℃时，仍有零件在图3-25中的A处（即凸台根部）产生缩孔缺陷，严重的甚至穿透了该处。因此，尝试着将浇铸温度控制在720℃左右，效果较为理想。

案例21　消失模铸件气孔的防止措施

生产条件及存在的问题　消失模铸造过程中，有时会碰到浇注时金属液发生反喷、浇注出来的铸件存在气孔缺陷等现象。

解决缺陷的措施

（1）浇注充型过程中逐层置换，不出现紊流，提高浇注温度，提高负压度，提高涂层和型砂透气性。

（2）EPS涂层必须干燥。

（3）选用低发气量的模样黏结剂，用黏胶量越少越好。

（4）采用封闭式浇注系统，保持浇口杯内有一定量的金属液，使直浇道处于充满状态。

（5）考虑将EPS模样制成空心的，以减少EPS量，降低发气量。

案例22　消失模整铸刮板输送机中部槽气孔缺陷的控制

生产条件及存在的问题　刮板输送机是煤矿运输设备，应用消失模整体铸造中部槽，其质量关键是控制气孔缺陷的产生。气孔多位于槽体上部或复杂处的表皮下，气孔有时单独存在，有时多孔并存，孔壁呈黑色。

解决措施

（1）选用适宜的模样材料。采用低密度、高强度及发气量小的泡沫塑料制作模样，选用18～22kg/m3的小珠粒并加有汽化促进剂的EPS或EPMMA共聚泡沫塑料，要求在涂料干燥后强度达到50～55kPa，汽化完全，残留物少，无毒害，易加工。

（2）合理设计浇注系统。槽体采用无横浇道的阶梯形浇注系统，槽体顶部设置补缩、集渣一体的暗冒口，利用均衡凝固技术及周界商法使冒口达到补缩、集渣的功能，实现槽体顺序凝固，避免气孔产生。

（3）提高铸型涂料的透气性。涂料耐火骨料粒度应适宜，采用复合悬浮剂及抗高温黏结剂。配制涂料具有高温强度及磨损刚度好，易干燥，易涂刷，排气能力大，透气性好，烧结均匀，易脱落，不与型砂润湿。

（4）控制适宜的浇注温度。实践证明，槽体的浇注温度夏季为1580℃左右，冬季为1620℃左右。

（5）合理的浇注位置。槽体的最佳浇注位置是形体的所有表面被型砂紧密充填，浇注时获得良好的汽化条件，便于排气、除渣。选择浇注位置的原则是：模样最大尺寸的面应处于垂直或倾斜，也就是说立浇或斜浇。因模样本身是不透气的，充型时模样热解产生的气体及残留物必须从模样与充型金属液面之间的间隙侧面排出，通过排出的侧表面积越大越有利，即所谓侧表面积最大的原则。

（6）合理的浇注速度和负压度。

①直浇道制成中空防止喷溅。

②用浇口杯注孔调整限制浇注速度。我们认为，消失模工艺适宜的浇注系统形式是封闭式，对阻止气孔产生有较好的效果。就是在浇注充型的时间内，浇注系统所提供的金属液与模样汽化消失速度同步为封闭式浇注系统。用浇口杯注孔的大小定量提供充型金属液，以获得适宜的充型速度。浇注时金属液一直充满浇口杯，不外溢、飞溅破坏封闭薄膜，保证均衡负压场，使型砂的紧实度大于型砂对铸型的剪力，不塌箱、溃型。

③浇注过程中不许断流和闪流。

④确定合理的真空度。

⑤制作容量适宜的浇口杯。

案例23　锌合金压铸件气孔缺陷的解决

生产条件及存在的问题　锌合金压铸件在生产过程中往往由于质量管理中某个环节出现问题而导致铸件缺陷产生，较常出现的缺陷主要有气孔、水纹、冷隔等。就气孔缺陷而言，缺陷可以出现在铸件某一固定位置，也可以呈游离状；有时出现在铸件表面，有时则经烘烤、电镀后才显露出来；出现的时间可以是经常出现，有时也可以是偶尔出现。

解决措施

（1）模具设计可分为内浇道位置与方向的确定、浇注系统的设计、集渣溢流和排气道的开设等内容，这些都是关系到锌合金液进入型腔后的充填模式、空气是否被卷入液态金属流、液态金属进入型腔的速度和型腔的排气等方面，都是气孔缺陷形成的主要原因。

（2）温度控制有模具温度、浇注温度和射嘴、鹅颈温度等。模具温度过高，开模后铸件温度较高，在铸件表面上容易起泡。浇注温度、射嘴、鹅颈温度低，会使金属液黏度变大，会影响到金属液的流动速度和流量，引起气孔缺陷的增加。

（3）速度可分为一速与二速，但主要是二速，即压射速度的控制，它直接关系到锌合金液进入型腔的速度。当内浇道处的充填速度大于45～50m/s时，液态金属以雾化流方式充填整个型腔，将尚未排出型腔内的空气打碎，有利于减少气孔。如果小于上述速度，金属液则以喷射流的形式充填型腔，空气只被分割尚未被打碎，容易形成气孔缺陷。同时，某些死角部位，空气也易被金属包住而形成气孔。

（4）时间控制主要是留模时间，即保压时间结束到开模顶出铸件的时间。留模时间短，铸件停留在压铸模内时间短，出型温度高，铸件内气体因膨胀而在表面形成气泡。

（5）压力控制主要是压射比压，它与充填速度是相辅相成的关系，压射比压大，充填速度高。涂料质量不好，或者型腔某些局部位置喷涂过量，或喷涂方法不正确也容易引起气孔缺陷。另外，压铸件的结构，如壁厚不均匀，铸件壁不连续或有沟槽，易使金属流在流动中产生漩涡，同样使气孔产生的可能性增加。

案例24　提高冶金质量防止球墨铸铁的皮下气孔

生产条件及存在的问题　某铸件材质为QT450-12，轮廓尺寸为193mm×146mm× 97mm，主要壁厚4.5mm，重量为5.98kg。管口处有多个法兰螺栓搭子比较厚实，形成孤立的小热节；铸件内腔用树脂砂组芯成型，薄壁裹携整体砂芯，从两端芯头排气，增大了球墨铸件的铸造难度。初期采用5t冲天炉熔炼铁液，出铁温度高于1460℃，球化包底筑成凹坑式，采用冲入法球化处理，球化剂为QRMg8RE7，加入量为1.6%～1.8%；由于原铁液含硫量较高，采用NaCO3包内脱硫；孕育剂为75FeSi，总加入量为0.9%～1.2%，分多次加入，包内压入45%，铁液流冲入15%，表面加入40%。黏土砂湿型、手工脱箱造型。铸件清理时，经第一次喷丸处理，表面光洁平整；第二次喷丸处理（精抛）后，在铸件表面发现弥散分布的小圆坑，孔径为0.5～3mm，经解剖后确定为皮下气孔，在精喷、抛丸处理时，表皮受冲击而凹陷。由于铸件表面质量要求甚为严格，多次造成批量报废。

解决措施

（1）脱硫处理。针对焦炭固定碳分低，铁液含硫量高（生产中最高达0.12%）的情况，采用炉前脱硫处理，方法是在包内加入0.4%的苏打粉，可以使硫含量＜0.08%。重要的是加入时应事先对其烘烤或重熔去除结晶水，加苏打之前应先扒除铁液表面的酸性渣。

（2）提高铁液纯净度。为了提高铁液的纯净度，减少熔渣，曾采用在小浇包内加集渣剂二次除渣的措施，皮下气孔的数量（出现个数）有所减少，但未得到根除。根据有关文献介绍的方法，在铸型表面抖敷冰晶石粉可以消除皮下气孔，但使用情况表明并不理想。铸件清理后，表面仍会出现一些小的渣孔，有时与皮下气孔转变成的小凹坑极为相似，表面质量仍不符合产品质量要求。这可能是冰晶石与铁液中的夹杂物反应（主要指固态渣）生成液态溶渣，仍然滞留在铸件表面无法排除的原因。因此，对球墨铸铁件在设计浇注系统时要尽可能加设过滤网和挡渣装置。

（3）调整焦铁比，优化熔炼工艺。提高冲天炉出铁温度，有利于消除和减轻遗传性，有利于提高铸件品质。因此可以说，冲天炉出铁温度的高低，反映了现代铸铁的生产水平。炉前测温达到1470℃以上，同时采用脱硫、集渣措施，特别是在加商品集渣剂时，将定量的冰晶石粉（氟铝酸钠Na3AlF6，熔点994℃）作为熔剂一并加在铁液表面，并适当搅拌静置，提高了集渣效果。

（4）对化学成分的控制。化学成分虽不作为验收依据，但它是生产高韧性铸态铁素体球墨铸铁件的前提，严格控制和计算炉料配比，控制终硅量（wSi＜3.0%），在保证铁素体的条件下尽量降低硅量。另外，含锰量不宜高，过高（wMn＞0.65%）时，也会造成渣气孔，控制wMn＜0.30%，可避免铸态下形成渗碳体。同时使用低硫、低磷的纯净炉料，严格限制白口化和反球化元素含量，也是必须遵循的原则。

案例25　应用均衡凝固理论解决曲轴大盘缩孔

生产条件及存在的问题　曲轴采用黏土砂造型，铸型硬度HB75～90，部分主轴及连杆使用成形冷铁，以防止产生缩孔或缩松。主要化学成分为：C3.75%～3.95%，Si1.8%～2.2%，Mn0.35%～0.45%，Cu0.35%～0.45%，P≤0.06%，S残≤0.03%。采用5t/h热风冲天炉熔炼，出铁温度1450～1470℃，浇注温度1360～1380℃。补缩冒口工艺以6105QE为例，如图3-27所示，浇冒口重31.5kg，铸件重85kg。

解决措施　依据均衡凝固理论，冒口只提供铸件液态补缩量即可，凝固收缩时产生的体积亏损靠与凝固收缩同时产生的石墨化膨胀相抵，因此，冒口的凝固不必晚于铸件。首先在4102曲轴上做实验。在大盘上、下型靠近水口片处设置冷铁，结果发现没有一条大盘缩孔。由于上、下型均下冷铁会加大投入，所以试验把下型冷铁去掉，证明效果一样。在4102曲轴上试验成功后，进而推广到其他产品。再对6105QE曲轴产品进行小冒口改造试验，浇冒口重量由原来的31.5kg减至26kg，每条曲轴节约铁液重量5.5kg，大盘无缩松、缩孔缺陷。作用机理为：由于冷铁的作用消除了冒口颈处的接触热节，使冒口提供完液态补缩量后随即凝固，凝固收缩产生的体积亏损由石墨化膨胀抵消。以上措施的实施收到了良好的效果，以往因大盘缩孔造成的废品约为1%，现在很少有大盘缩孔缺陷。

图3-27　补缩冒口工艺

案例26　应用镶件解决压铸件气孔问题

生产条件及存在的问题　在铝合金压铸过程中，由于型腔、压射室、合金液中的气体以及涂料产生的气体在短时间充填过程中来不及全部排出，部分气体被卷入到合金液中，在铸件中产生气孔。在薄壁的场合，一般用肉眼很难看到气孔，而在显微镜下能观察到内浇道附近的气孔在中心部位，在厚壁件场合，气孔多数在中心部位，且用肉眼可以看到，当去掉表面冷硬层之后就会出现孔洞，影响了压铸件表面质量和使用。图3-28所示的铸件就出现这种气孔缺陷。由于本产品要求外表面不允许有分模痕迹，故采用了垂直轴线分模，整体压铸。

解决气孔的措施　一方面由于铸件是厚壁的回转体，在充型过程中气体很容易被卷入，难以防止气孔存在；另一方面机械加工尺寸深度超过了冷硬层，气孔不可避免要暴露。因此，我们除调整压铸条件达到最佳状态，使气孔减到最少、最小程度外，还相应改变了铸件结构，减少壁厚和加工量，改变了气孔存在状况。

借鉴轴向分模铸件外形结构特点，设计了厚度5mm的环形铝合金件，用另一套压铸模铸出，将此合金环镶到原来铸件的压铸模中，这就使得铸件的壁厚由原来的11mm变为两侧壁厚各为3mm的薄壁件（图3-29），使得原来中心部位的大气孔变为微小气孔存在于两侧薄壁中心，从而改变了气孔存在的状况和体积。由于镶件是常温镶入到压铸模中，比铸模温度低很多，所以在镶件两侧形成的冷硬层更厚一些。在机械加工过程中，当把镶件去掉后，槽的两侧内壁仍有很厚的、比较致密的冷硬层，而存在于内部的气孔体积又小，从而保证铸件加工后无气孔露出，合格率达96%以上，取得了显著的经济效益。

图3-28　铸件结构示意图

图3-29　增加了镶件解决气孔问题

案例27　有孤立热节的小铸件缩孔解决方法

生产条件及存在的问题　在精密铸造工艺中，有孤立热节的铸件经常出现缩孔缺陷。

解决措施　一般的解决措施是，一般采用改变铸件结构或者工艺补贴的方法，特殊情况下则通过安放冒口的方法解决。但对于有孤立热节的钳头、机头类铸件，通过改变浇注工艺及组树方案解决此类问题。

大板有字钳铸件如图3-30所示，材质为2Cr13，采用图3-31所示4支棒模头组树。因钳头齿很细，型壳温度低于1100℃时，会出现钳齿浇不满现象，所以型壳温度控制在1200℃左右。当浇注温度为1600～1750℃时，发现大部分铸件在图3-30热节B处出现缩孔；但在较高温度下，即1700～1750℃浇注时，缩孔明显减少。当提高到1750℃以上浇注时，外表无缩孔，经剖开观察，铸件热节B处，无目视可见的缩孔。但在型壳温度低于1170℃时，又出现零星缩孔。因此，将工艺确定为型壳温度1200℃，浇注温度1750℃以上，均未发现问题。

该铸件采用图3-32所示的两支棒组树时，型壳温度为1200℃，浇注温度下降为1630～1650℃时，即可浇注成功。

由于钳头类铸件，热节处全部为直角过渡，后将其直角改为R1～2mm的圆角过渡，浇注试验说明，在型壳温度为1230℃，浇注温度为1650℃时，即可全部浇注成功，其外表均无缩孔，解剖后，在热节部位大多数有缩孔。

实践说明，热节处无铸造圆角时，外部首先产生缩孔；而有圆角过渡时，虽然外表面无缩孔，但其内部极易产生缩孔。从缩孔分布可以看出，模头的4个角点，如图3-3中的M点容易出现缩孔。这是因为型壳从焙烧炉取出后，4个角点降温最多，造成M处提前凝固，降低了浇道的补缩能力。

组树方案改小后，模头浇口杯中心部位与4个角点距离明显缩短，经测算由原来的364mm降为现在的310mm，因此钢水温度降低减少。有利于铸件热节处补缩。

补缩通道中的铸件内孔增大使补缩通道面积减小，铸件局部提前凝固，因而增加了缩孔倾向。这种情况下，需提高浇注温度。

图3-30　大板有字钳铸件简图　

图3-31　模头简图

图3-32　两支棒模简图

案例28　圆筒形铸件缩松缩孔的解决方法

生产条件及存在的问题　辊体种类有挂胶辊、光辊、镀铬辊、挤水辊等。辊体的外形尺寸：φ600～φ1500mm；L=3000～6500mm：δ=60～200mm。质量为5～25t，材质要求HT200～350。采用黏土砂或金属型工艺生产。黏土砂铸型：分节舂制整体组装，砂芯用黏土砂舂制，采用阶梯式浇口或顶注式雨淋浇口浇注。金属型：喷耐火涂层及醇基涂料，点燃干燥，下芯浇注或采用离心浇注。辊体的缩孔及缩松缺陷常出现在冒口端及冒口切割后的端面上以及辊体壁厚的中心位置。冒口上端面有直观的孔洞及氧化色泽的枝晶状或羽叶状组织，有时冒口上会出现明显的横向裂纹。

解决缩松缩孔的措施

（1）改变铸件的凝固方式。针对合金的收缩和凝固特点，改进铸造工艺，从而控制铸件的凝固方向，采用定向凝固或同时凝固的方法，来解决辊体的缩孔、缩松缺陷。

定向凝固：按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口的部分，最后是冒口本身凝固的次序进行，即在铸件上建立一个递增的温度梯度，使铸件形成顺序凝固，避免缩孔或缩松的集中出现。据实验，对于圆筒大型辊体铸件，其纵向温度梯度应大于0.5～1.5℃/cm，才能有效消除缩松。

同时凝固：需控制铁液的浇注温度及浇注速度，保证铸件各部之间没有温差或温差较小，使铁液在固相线温度左右迅速充满铸型，同时凝固。其优点是：铸件不易产生热裂、应力和形变，此种凝固方式可不用冒口或较小冒口，从而能节省金属、简化工艺，减小劳动量。

（2）控制浇注温度及浇注速度。大型铸件的浇注温度一般宜偏低，需根据铸件的重量、壁厚、牌号、复杂程度及铸型条件等因素进行综合考虑。采用定向凝固时，浇注温度需稍高，不应低于1300℃。若选用内浇口小于φl6mm的雨淋浇孔浇注时，浇注温度不应低于液相线温度，铸件壁厚值越大时，温度越高。

（3）调整铸件化学成分。铁液的化学成分，特别是碳、硅、锰量的选择，将直接影响到铁液内的石墨化膨胀与铸件的整体收缩值。以前的厚壁辊体件较多选择亚共晶成分来保证辊体的强度、硬度，亚共晶成分的铸铁收缩率较大，产生缩孔、缩松的趋势也随之增加。通过对铸件收缩过程的认识，对化学成分做了调整：选择高硅碳比铸铁成分，将硅碳比由原来的0.5提高到0.7左右，同时提高锰、铬含量来保证铸件的强度、硬度，得到了较好的效果。

（4）改进型芯制备工艺。通过改用金属型或增加型芯强度来避免或减少因型壁迁移造成的收缩性缩松、缩孔缺陷。以黏土砂为例生产大型辊体铸件，铸型极易产生受压变形的胀型现象，主要集中在铸件的中下部，表现为外形尺寸增大及内腔尺寸减小，这种增大、减小现象均为不规则状态，超出了工艺控制的范围，此现象在实际生产中较为普遍，但应高度重视，它就是造成缩松、缩孔的重要原因之一。

针对以上问题，可采取如下措施加以解决。

①选择金属型、离心铸造或压力铸造。

②增加型芯强度。

③依据铸件外形、重量及各部压力，适当对型芯上下尺寸进行工艺调整或采取措施增加型芯刚度，以避免收缩状态与型壁迁移造成的缩松、缩孔缺陷。

案例29　轴承座精铸件缩孔缺陷的消除

生产条件及存在的问题　G1751—2203轴承座精铸件，其结构见图3-33，材料为ZG45。在原设计基础上组织生产后，铸件毛坯外观质量符合图纸要求，但机械加工过程中发现，φ92mm内孔出现了缩孔、气孔等缺陷，废品率为40%左右。原工艺设计内浇口为1个且设计在蜡模侧面，横浇道采用25mm×40mm×200mm的蜡棒，直浇道采用φ50mm× 100mm的蜡棒，采用石蜡硬脂酸模料和水玻璃—石英砂型壳涂层，硬化剂为氯化铵，组模见图3-34。

解决措施　现工艺设计改内浇道为2个，设计改在蜡模φ92mm孔两端面，其余不变，组模见图3-35。

通过小批量试生产，毛坯外观质量符合图纸要求，经过加工后，φ92mm孔处的缩孔、气孔等缺陷消除。

原工艺内浇道设计流程长，补缩效果差，内浇道在下面，虽实现了底部平稳浇注，但不利于型壳中气体的排出，造成气体残留于毛坯内部。

图3-33　轴承座铸件结构

图3-34　原组模工艺　

图3-35　改进后的组模工艺

案例30　铸钢件气孔缺陷的预防措施

生产条件及存在的问题1铸钢件气孔产生的原因及影响因素很多，生产工艺控制不好，就有可能产生气孔。2万千瓦混流式水轮机顶盖铸钢件，毛重4500kg，浇注总重6000 kg。材质ZG20SiMn，铸件为薄壁箱体结构，内腔为封闭型，排气条件较差。铸件上表面（分型面上）设置8个φ200mm×240mm的保温冒口，冒口排气孔直径为φ20mm。腔室型芯采用CO2—水玻璃石灰石砂制作，涂刷水基锆英粉涂料。型芯下入砂型（黏土砂型），随砂型一起经400℃×7h烘干。铸造工艺见图3-36。铸件浇注、落砂、切割冒口后，均未发现缺陷。但是，当铸件上表面机械加工后，发现均匀布满了φ5～φ20mm大小不等的蜂窝状气孔，气孔内表面呈现氧化色，而冒口切割面没有气孔。由于气孔分布面积大，无法焊补，只得报废。铸件切割解剖，发现除上表面断面层有气孔外，其他部分均未发现气孔。

顶盖属于封闭型箱体结构件，钢液浇注后，石灰石分解，产生大量CO2气体。由于排气孔小，气体来不及排出，使芯砂内部气体压力增高，当大于钢液的静压力和表面阻力，气体就入侵钢液。CO2气体不溶于钢液，则漂浮到顶盖上表面。

解决措施　将腔室用芯砂改成酸硬化呋喃树脂砂，减小发气量，加强型芯排气措施，再生产的顶盖铸件，没有出现气孔。

图3-36　顶盖铸造工艺及气孔断面分布

生产条件及存在的问题2水轮机轴流转浆式不锈钢叶片，材料ZG06Cr13Ni4Mo，毛重5300kg，浇注钢液总重9000kg。φ700mm×1000mm保温冒口，设在轴头端面，平做立浇，直浇道长3.5m，全开放底注式浇注系统。叶片面砂为CO2—水玻璃铬铁矿砂，涂刷醇基锆英粉涂料，砂型经300℃×24h烘干，不锈钢叶片浇注清理后表面打磨后发现，轴颈两侧叶面皮下发现多层水平走向分布蜂窝状气孔，气孔直径φ0.5～φ5mm，有的气孔内还含有小铁豆，内浇道附近也有较多气孔聚集，生产数件，每件均存在同类皮下气孔缺陷。铸造工艺及气孔分布见图3-37。

图3-37　叶片铸造工艺及气孔分布

产生气孔机理　铸型直浇道太高，浇注钢液落差大，对直浇道底部的冲击力太大，使开始进入浇道内的钢液产生飞溅，产生二次氧化。高铬不锈钢中的铬元素极易氧化，与水蒸气反应，形成氧化铬夹杂物，同时分解出大量氢原子，溶解于钢液中。随着铸件的凝固，氢的溶解度急剧下降，处于过饱和状态，并能在夹杂物、铸型表面以及枝晶表面形成核，形成皮下气孔。

防止措施　在直浇道进入横浇道前设计一个集渣包，将刚进入浇道被氧化的钢液引进集渣冒口，而后进的清洁钢液进入型腔。采用改进措施后，叶片表面皮下气孔基本消除。

案例31　采用底注溢流工艺解决铸钢轮毂的气孔缺陷

生产条件及存在的问题　轮毂材质为ZG35，毛坯质量为42kg，毛坯最大尺寸为φ335mm×220mm，主要壁厚为28mm，属中等壁厚的壳体铸件。采用潮模砂生产，米糠油制芯，3t碱性电弧炉炼钢。每型3件，浇注温度1440～1470℃，浇注时间20～24s。铸件结构，如图3-38所示。

从法兰上部分型，钢液从法兰外侧进入型腔，冒口尺寸为φ194mm×130mm，1个内浇道，截面尺寸为56mm×17mm。型板布置及工艺，如图3-39所示。

按照上述工艺生产的铸件毛坯，经机械加工后，底部φ208mm端面内孔加工到φ198mm时暴露出严重的气孔缺陷，气孔形状如蝌蚪状；表面光滑，直径1～3mm，深1～6mm，密集分布，解剖该部位后发现，气孔分布于整个断面，排列方向大体与铸件表面垂直，经统计，此废品占该件废品总量的30%左右。

解决气孔缺陷的措施　从轮毂底部φ208mm部位气孔形成的机理分析看，解决问题的关键是处理好含气量较高的低温首入钢液。为此，在工艺上采取底注溢流的工艺措施。改进后的轮毂型板布置及工艺，如图3-40所示。

（1）改变其原来的分型位置，增设2号芯采取底注式。如图3-40（a）所示，内浇道设在铸件底部，尽可能在浇注的整个过程中使钢液的流动平稳，使型腔内的气体顺畅排出，且使底部的低温钢液得到置换。

（2）针对轮毂流距长，底部低温钢液多的特点，设置溢流冒口使低温钢液溢流出铸件本体，如图3-40（b）所示，在底注的对面设置溢流冒口，溢流冒口低于铸件的最低部位50mm，以便使被污染的低温首入钢液溢出铸件本体，并在溢流冒口顶部设置出气孔，确保排气顺畅。

图3-38　铸件结构图

图3-39　原铸造工艺简图

图3-40　改进后的铸造工艺简图

案例32　电工纯铁精铸件气孔缺陷的解决

生产条件及存在的问题　电工纯铁是电磁继电器的主要结构材料，其磁性能的优劣是产品的一项关键指标。在生产中发现，电工纯铁的铸造性能明显差于低碳钢。表面气孔问题是电工纯铁精铸件的主要缺陷，产品结构虽然简单，但多次由于表面气孔缺陷而出现成批性报废，为解决气孔缺陷，尝试着采用由工频炉熔炼后到真空炉中浇注的工艺，但效果依然不明显。

解决气孔的措施

（1）电工纯铁的配料。经过多次的实际生产，我们发现，电工纯铁的配料对铸件质量有重要的影响。根据自发磁化理论和技术磁化理论，电工纯铁中有害杂质的存在影响晶粒长大，当加上一个外磁场使畴壁移动时，畴壁的面积增大，能量增高，这给畴壁迁移造成阻力。因此，杂质的减少将改善金属的磁畴结构，降低畴壁能，使磁畴取向容易进行，从而提高磁性能。生产的电工纯铁精铸件的材质是ZDT-1，配料原料采用DT-4棒料及合金元素。实际上，DT-4材料的化学成分是满足ZDT-1要求的，但是从烧损及脱氧的角度出发，进行了适当的调整。一方面，增加C和Mn元素的含量，将它们调整到wC=0.02%、wMn=0.20%。另一方面，Al元素的用量是个关键因素，对铸件质量好坏的影响很大。以往，我们按照标准的要求取上限，即取wAl=0.5%，铸件浇注后结果发现Al的含量总是＜0.12%。因此，我们将Al的含量选为wAl=0.7%，光谱分析的化学成分结果为合格，而且铸件表面气孔有明显减少的趋势。最终，调整为wAl=0.8%较为理想。

采用在酸性炉衬内熔炼，配料要求wC≤0.038%，wSi≤0.1%，wMn≤0.20%，wCu≤0.12%。新料重量≥30%，回炉料重量≤70%，所有炉料均应干燥、清洁，有污物锈蚀应经吹砂清理，以防给金属液带入气体或杂质。若含硫量有微量超标时，可加入wMn=0.1%～0.15%的锰进行除硫。

（2）电工纯铁的熔炼。

①按配料单领取炉料，加料顺序为先加新料后加回炉料。补加的合金元素可放在炉台上预热。

②使用工频感应电炉熔炼时，先放炉块，炉料一次不能加完时，可在熔化过程中逐渐加入。炉料一旦开始熔化，立即加熔剂覆盖金属液面，熔剂的成分可选用由含量为100%的石英砂或石英砂、碎玻璃的混合物。熔剂应清洁，使用前需要在200～300℃的温度下焙烧，除去水分，防止因含有水分而在熔化的过程中产生气体。在整个熔化的过程中，应经常使用带有绝缘橡皮的钳子活动炉料，以防炉料搭桥。

③当合金全熔后，进行除渣，在温度达1560～1570℃加入锰铁（0.10%～0.15%）、硅铁（0.03%～0.05%）等，撇渣、脱氧。升温至1630℃迅速除渣出炉浇注，这是很关键的一环，这个过程要迅速升温，不能耽搁的时间太长，否则容易造成合金液吸气，使铸件表面的气孔增加。此外，应在预热的浇包中加上金属液重量的0.04%～0.05%的硅钙和0.04%～0.05%的铝进行补充脱氧。加入硅钙终脱氧时，由于与金属液反应激烈，应在炉子上加上盖子以防金属液溅出伤人。

（3）电工纯铁精铸件的热处理。电工纯铁精铸件热处理的主要目的是为了消除铸造应力，稳定组织获得理想的力学性能和磁性能。

①装箱。待热处理的铸件应去掉型壳、锈蚀、油污等，且应该是干燥的。退火箱由含碳百分比小于0.25%的钢板焊制作，长方形，有盖，上口外部边缘周围有砂槽，便于上盖后密封。在退火箱底铺厚约为40mm的一层砂子，砂子应洁净、干燥，粒度为6/12。铸件整齐排列在箱内，铸件之间保持适当的间隙，用砂子填实，在最上层铸件覆盖不小于50mm厚的砂子。轻轻震动箱子，盖上箱盖，箱盖与退火箱之间的间隙用砂子密封。易变形的铸件用夹具进行装夹。

②装炉。退火炉为砖砌箱式电加热电阻炉。采用电加热方式，既方便控制温度，又无有害气体产生，对提高磁性能有利。铸件装炉温度不超过600℃；退火箱之间及退火箱与炉膛壁应保持距离。

③退火温度与时间。我们习惯将铸件的退火温度选定为910±10℃，保温时间为3h。

④冷却。随炉冷却到500℃出炉空冷，到150℃以下开箱。

案例33　回转油缸渗漏缺陷的消除

生产条件及存在的问题　回转油缸材质QT600-3，技术要求：a.铸件不得有缩孔、气孔、裂纹等缺陷；b.在5MPa油压下进行承压试验，保压30min，不得有渗漏现象。在生产中，尽管单铸试棒力学性能啄b≥600MPa，啄≥3%，都符合标准规定，试棒球化良好，但在做油压渗漏试验时，每批次都发现有部分油缸因漏油而报废，给生产带来较大损失。

解决措施

（1）回转油缸渗漏缺陷是由于热节处组织中的团片状石墨和磷共晶的存在，在打压试验过程产生晶间裂纹并扩展穿透而引起。

（2）生产中采用低磷、低硫生铁，加强孕育处理，防止铁液回硫，保证球化良好，减少组织中的磷共晶，同时合理设计铸造工艺，防止铸件产生铸造缺陷是消除油缸渗漏的根本途径。

（3）降低含硅量，增加高温正火—回火工序，细化组织，消除基体组织中的渗碳体，增加珠光体量并使其弥散分布，改变铁素体分布形态，减小磷共晶的有害作用，消除热应力和晶间应力，对防止回转油缸的渗漏大有益处。

案例34　排除管路铸件渗漏缺陷的改进

生产条件及存在的问题　排出管路是承高压铸钢件。铸件材质为ZGA487-9D，毛重450kg，静水压试验压力要求达到52MPa，铸件结构为两端带法兰的细长管形，铸造难度较大。采用呋喃树脂砂造型及制芯。该铸件试压渗漏严重，渗漏部位见图3-41。

解决措施

（1）提高芯子的排气性，并避免芯子产生横断面裂纹。

①改变芯子排气道的设置方法。将原来在芯骨上刺几个孔改为在芯骨上缠塑料排气绳排气，使芯砂与排气道接触面积增加，从而提高芯子的排气性。

②提高芯子的刚度和改进芯头的形状。将做芯骨的钢管加粗，并在其上多焊钢筋斜刺，使芯子的刚度加强，避免芯子产生横断面裂纹。将原方形芯头（图3-41）改成圆形芯头（图3-42）。以利于芯子刷涂料时在地面上翻滚，避免了方形芯头翻转时震动导致芯子横断面产生裂纹的情况。

（2）取消下字头芯时抹黏合剂操作。对原来在芯座处抹黏合剂下字头芯，改在造型时贴放在模型表面，填砂时直接埋入砂型中。杜绝了因字头芯处抹黏合剂，浇注时发气的情况。

（3）提高铸件试压渗漏部位组织的致密度。

①改进铸件内浇道位置。将渗漏部位两道内浇道由两冒口之间中点改在靠近冒口根部，以利于增加冒口的补缩距离，提高此部位组织的致密度。原来内浇道位置如图3-41所示，改进后内浇道位置如图3-42所示。

②规范芯撑的放置位置。将原来在试压渗漏部位随意放置的防漂芯芯撑，规定放置在两冒口之间的中点。发挥芯撑的激冷作用，使两冒口之间的中点成为凝固的起点，造成从两冒口中点向冒口方向的定向凝固，提高此部位组织的致密度。

③增设冒口补贴。在铸件试压渗漏部位增设冒口补贴，如图3-42所示，使此部位全部处于冒口有效补缩距离范围内，保证组织的致密度。

图3-41　改进前渗漏部位

图3-42　排除管路改进工艺简图

案例35　采用铁芯消除叶轮轮毂的气孔缺陷

生产条件及存在的问题　铝叶轮是3BA-9小型水泵的重要铸件，其品质直接影响到主机的性能。叶轮铸件外形尺寸为φ168mm×70mm，质量为1.6kg。叶片壁厚4mm，轮毂壁厚15mm，材质为ZL102，采用焦炭炉、石墨坩埚熔化。用黏土湿型造型。在轮毂处安放了一表干砂芯，如图3-43所示。主要铸造缺陷为轮毂内腔产生气孔，气孔面积很大，深度达到了壁厚的1/3～1/2，表面光滑，且充满了轮毂整个内腔，几乎没有成品。后来，把表干砂芯改为干砂芯，虽然成品率达到60%左右，但轮毂处的气孔仍为主要缺陷。

解决措施　为了消除气孔缺陷，保证力学性能，就要增加轮毂的冷却速度，从而达到细化晶粒，提高力学性能的目的，我们把原来的砂芯改成了铁芯。具体工艺为用与轮毂内径相同的圆钢截成与原砂芯相同的长度作为铁芯，把铁芯预热到100～150℃，趁热用石蜡涂抹，冷却后铁芯表面形成了薄薄的石蜡层。

有表面涂层的铁芯，消除了吸水的可能性。同时，在浇注时，铝液一进入铸型，石蜡开始燃烧，消耗了型腔中的部分空气，随着燃烧气体的排除，带走了部分水蒸气。同时，铁芯的冷却能力强，提高了铸件该处的冷却速度。达到了细化晶粒提高力学性能的目的。

图3-43　叶轮铸件简图

案例36　排除阀体铸件气孔缺陷的工艺措施

生产条件及存在的问题　某阀体铸件材质为HT150，在生产中经常出现气孔缺陷，废品率一度高达4l%。气孔出现的部位多在铸件的法兰环状热节区和出气冒口根部的表皮下，并呈梨形、圆形或扁圆形，体积较大，尺寸在l～3mm，经判定为侵入性气孔。

解决措施

（1）对型（芯）砂配方进行调整。对型（芯）砂配方进行调整的目的在于减少型砂的发气量，提高其透气性，调整时应综合考虑，要兼顾到型（芯）砂的其他性能不会因配方调整而变差。

①将型砂含水量从6.5%调整为5.0%，同时将膨润土的加入量从4.0%降至3.0%，煤粉加入量由5%降低到2.5%，并改用粒度大的原砂，加入0.1%碳酸钠对膨润土进行活化处理。

②在芯砂配方中，将木屑的加入量由5%减至3%，膨润土的加入量从6.0%降至4.5%，另增加5%～7%的焦炭粒（粒度为0.60～0.425mm），以减少型芯的发气量，提高其透气率。

（2）改进操作工艺。

①在造型操作中，经过试验摸索，将砂型表面硬度由HB75～80降至HB70～75，既满足了砂型的紧实度要求，又保证其具有良好的透气性。

②将砂芯烘干温度由原来的220～260℃提高到260～300℃，保温时间由1.5～2h提高到2～2.5h，以减少砂芯的发气量。

③在砂型和砂芯上多扎出气孔，其数量由原来的3～5个/100cm2增加到6～8个/100cm2。

④受潮砂芯需烘干后才能使用，合箱后超过3h的铸型不能浇注（以免砂芯返潮），尽量缩短合箱到浇注的时间间隔。

⑤在熔炼工艺中，控制出炉铁液温度不低于1380℃，以确保侵入金属液中的气泡能够浮出。

⑥在浇注操作中，适当提高浇注速度，以提高动压头，并加用浇口套圈提高铁液静压头。

案例37　球墨铸铁件皮下气孔的预防

生产条件及存在的问题　材质为QT50O-7、毛坯重26kg的法兰球墨铸铁件的铸造工艺方案如图3-44所示。采用3t/h“倒大双”冷风曲线炉膛冲天炉熔炼铁液，采用湿型煤粉砂，投产初期，因皮下气孔缺陷而报废的铸件达50%～60%。

预防措施

（1）提高铁液温度。规范炉型尺寸，使用固定炭超过90%的改良型焦，适当增加层焦用量，并相应调整入炉风量。采取上述措施后，铁液出炉温度稳定在1450～1480℃，浇注温度1340～1360℃，铸件皮下气孔明显减少。铁液出炉温度高，经球化处理后铁液表面形成氧化膜薄，使铁液保持液态时间长，内部气体有足够的时间从铁液中溢出。

（2）降低原铁液中的含硫量与镁及稀土的残留量。经长期现场跟踪观察发现，同一包铁液，初期浇注的铸件，产生皮下气孔的几率多于中后期浇注的铸件，球化不良或球化衰退的铁液所浇注的铸件却很少产生皮下气孔。从而可以看出，铁液中残留镁量高，产生皮下气孔多。为减少铁液中残余镁量，首先要降低原铁液中的含硫量。工艺措施是：把经预热的占铁液总量1.3%的稀土镁合金放入铁液包的堤坝一侧，在堤坝的另一侧放置占铁液总量0.3%～0.4%的Na2CO3，铁液量一次性冲入完毕。结果将原铁液中的含硫量降到了0.06%（质量分数）以下。

（3）控制型芯砂的水分。混制湿型煤粉面砂时，新砂加入量＞80%，控制水分＜5%，并用手提式喷灯烘烤型腔表面后合箱浇注。

（4）浇注前扒净铁液表面浮渣。用冲入法生产球墨铸铁，铁液在反应过程中会产生大量的熔渣，若随铁液进入型腔，在铁液凝固过程中与铁液中的碳发生反应生成CO。而生成的CO气体不溶于铁液中，当上升到铁液表面时，由于受到铁液表面氧化膜的阻碍或由于铸件凝固结壳，使CO气体滞留在铸件表皮下，从而形成皮下气孔。

（5）铁液表面撒焦炭末。在经球化处理扒净浮渣后的铁液表面，均匀地撒入一层经烘干的焦炭末，由于其具有保温作用、减少了铁液的热损失，相应地提高了铁液的浇注温度。焦炭末在铁液表面燃烧生成CO还原性气体并浮于铁液表面，能有效地阻止铁液氧化，减少了氧化渣的形成。

（6）改进浇注系统与造型操作。在横浇道上设置两个集渣包，铁液经冒口进入型腔，铸型对面设置溢流冒口；内浇道开设在易产生皮下气孔的圆塔子处，并适当增加内浇道的截面积（见图3-45）。另外，在铸型上箱多扎出气孔，造型起模时，尽量少刷或不刷水，并适当提高浇注速度。

图3-44　法兰球墨铸铁件铸造工艺简图

1.出气冒口；2.内浇道；3.冒口；4.横浇道；5.直浇道；6.气孔产生处

图3-45　改进后的铸造工艺简图

1.溢流冒口；2.出气冒口；3.内浇道；4.冒口；5.集渣包；6.横浇道；7.直浇道

案例38　防止环形薄壁精铸件的缩孔及气孔缺陷

生产条件及存在的问题　某产品座体见图3-46，最大外径尺寸为φ202mm，壁厚最大尺寸为7.0mm，最薄处为2.5mm（φ5.0mm孔与外圆处），其余壁厚较均匀，材质为SCS13，由于对铸件外观质量要求较高，全部不加工，采用硅溶胶、水玻璃复合型壳工艺。原浇注方案采用图3-47所示的组焊方式，在铸件端面开4个浇口，横模头组树，每树2件，浇注后发现在A处产生缩孔、气孔、缩松等问题。铸件有些部位，出现浇不足现象，实际工艺出品率为47%。

解决措施　改进后的浇注方案见图3-48，在热节处水平开3个浇口，横模头组树，每树2件，浇注后发现A处的缩松、缩孔现象完全消除，铸件切开后内部无缺陷，D面平整度受影响不大，现已用于批量生产。

原组焊方案将浇口开在铸件的端面上，蜡模组焊，浇口切割，修磨方便，由于铸件结构并不复杂，壁厚相差不大，忽略了A处热节的影响。铸件从断面切开后发现缩孔由铸件内部延伸到铸件外部。改进后的浇注方案，水平方向在热节处开3个浇口，蜡模组焊，浇口切割，修磨难度增加，热节的补缩得到保障，完全消除了缩松、缩孔现象，不用再对铸件进行补焊，减少了整形难度。

图3-46　座体结构图

图3-47　组焊式浇注方案

1.排气棒；2.铸件；3.内浇道

图3-48　改进后的工艺方案

1.排气棒；2.铸件；3.内浇道

案例39　上芯盘气孔缺陷的消除

生产条件及存在的问题　上芯盘铸件在凸圆和大平面相交的圆弧处（两浇口对面中间及两浇口中间）存在气孔，并造成了铸件的批量报废。该产品采取的原浇注工艺是：浇道和冒口位置较高（图3-49）的顺序凝固。钢液进入型腔后，分二股流向铸型的最低位置。

解决措施

（1）采用与原工艺相反斜度的浇注工艺（图3-50）。这样一来，钢液流入型腔后能够平稳流动，减少了钢液和空气的接触面积，减轻了钢液的氧化，稳定了钢液中的含氧量。这样铸件冷却至常温时，就不会因钢液含氧量过多而产生析出性气孔，更不会在特定的位置产生气孔。另外，和本措施相配套的工艺措施，是把冒口移到内浇道的对面，使其处于较高的位置并采用保温冒口，以提高该产品的工艺出品率。

（2）提高圆弧处型砂的紧实度，增加该处型砂的热容量和热传导性能，加快该处钢液的冷却速度，尽快在型砂和钢液之间形成较为坚硬的壳体，以阻碍外界气体的侵入，从而避免侵入性气孔的产生。在该圆弧处刷一层醇基锆石粉涂料，人为制造一隔离层。该隔离层有三种作用：①阻碍外界气体的侵入；②增强该处型砂激冷能力；③提高该处型砂的抗热性能。

（3）在炼钢时严格控制钢液中的含铝量，使钢中的残留铝量控制在一定范围。

（4）严格按工艺要求采用外表面洁净的外冷铁。

（5）在满足型砂和背砂的使用性能前提下，控制其水分含量，减少型砂的发气量，从而减少侵入性气孔产生的可能性。

图3-49　正斜浇明冒口工艺简图

1.外冷铁；2.铸件；3.明冒口；4.内浇道；5.直浇道

图3-50　反斜浇加保温冒口工艺简图

1.直浇道；2.内浇道；3.铸件；4.保温冒口

案例40　采用点火引气法消除大型铸件的气孔缺陷

生产条件及存在的问题　在砂型铸造中，对于大型铸钢、铸铁及有色合金铸件的生产，经常会出现气孔缺陷。

解决措施　为了提高铸件的质量，除了合理设计铸造工艺外，还有一种常用的方法是在浇注的过程中采用点火引气，也就是通过点燃预先准备好的燃烧介质将浇注过程中产生的气体引燃。

（1）点火引气法适用的条件。并非所有的砂型铸造都适合采用点火引气法，一般适用于大型铸件。铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型。在浇注的过程中，产生或析出气体的来源有四个方面。

①金属液凝固析出气体，因为熔炼过程中气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。浇注时，还可能吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出。

②坭芯中的有机物在高温下分解产生气体。

③铸型在高温下释放气体（特别是湿型释放的气体更多），因为型砂通常是由砂子和黏结剂所组成。砂子是耐高温的材料，是型砂中的主体，黏结剂中应用最广泛的为黏土，黏土在液态金属的热作用下其结晶水还会分解。有时为了满足某些性能要求，型砂中还加入其他造型材料，如煤粉、木屑等，这些添加物在高温下都会产生气体，此外还有：a.高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气：mX+nH2O→XmOn+nH2；b.造型材料中的碳及有机物燃烧，产生CO和CO2气体；砂型组分分解，如石灰石砂分解：CaCO3→CaO+CO2；树脂砂中的尿素、乌洛托品［（CH2）6N4］等在高温下，首先分解生成NH3，然后继续分解。此外，还有烷烃的分解CnH2n+2→nC+（n+1）H2。

④型腔中的气体。大型铸件在浇注的过程中需要的金属液多、一般放置有坭芯且铸型释放的气体多。所以适合使用点火引气。

（2）点火引气法操作。点火引气操作很简单：为了能够顺利将气体形成通道点燃，首先需要在铸型中按一定顺序扎出排气孔，准备好引火介质（如废纸），待金属液进入型腔后即可由专人点燃。引火介质烧尽后，可以看到气体燃烧后产生的火焰。有时，在浇注完以后的10min都可以看到气体仍在燃烧。

（3）点火引气法的作用。点火引气法在砂型铸造中的作用是多方面的，具体如下。

①防止缺陷，提高质量。浇注过程中，金属液析出的气体、坭芯产生的气体、铸型释放的气体以及型腔内的气体汇合在一起，压强很大，这些气体如果不能及时排出型腔，则很可能进入金属液中，形成气孔或针孔缺陷。如果型腔中的气体压强很高，金属液充型容易受到影响，形成紊流，恶化铸件质量。此外，气体中不可避免地会存在水蒸气（通常来源于铸型），容易造成金属液从分型面、冒口或铸型底面急剧性地排出，形成“跑火”，无法完成浇注工序。特别是碱酚醛树脂砂在高温下产生的气体更多，更容易出现这种缺陷。有的放矢在砂型铸造中点火引气能够将型腔内的气体排出，减少或防止上述缺陷产生。

此外，通过点火引燃气体后，在气体燃烧的地方压强减小，型腔中的气体大量排出，型腔中的气体压强与大气压强相比，形成了一定程度的负压，这种负压（或差压）是有利于金属液充型的，即金属液是在一定压力下充型，故带来一系列有利于获得优质铸件的因素：可获得最佳的充型速度，可避免外来夹杂物进入型内，可获得无针孔或少针孔的致密铸件，改善铸件尺寸精度与表面质量，不会引起铸型的变形或使铸件表面机械粘砂，可提高铸件力学性能等。

②绿色铸造，减少污染。铸造生产从材料合成到成型，工序复杂、连贯，原辅材料种类繁多，是一项系统工程。铸造又是能源、材料消耗大户，劳动条件恶劣和对环境污染严重。释放的刺激性气体都对人体健康有害，但一般其燃烧产物却是无害的。比如酚醛树脂砂在高温浇注过程中会产生甲醛、甲醇等有机气体，对人的健康有害，对环境造成污染，它们的燃烧产物是二氧化碳和水，则对人体无害。因此，通过点火引燃去除有害气体是一种有效办法。

③安全生产，保证健康。由于气体压强大，造成金属液飞溅出来，可能对操作者的人身安全造成危害。早些年，由于金属液飞溅而伤人的事件在不少工厂发生过，这些年来，各个工厂都加大了安全教育，这种事件少了。但一定不能放松警惕性。点火引气在一定程度上是可以减少或杜绝金属液喷溅伤人事故的发生。

案例41　消除锡青铜离心铸造的气孔缺陷

生产条件及存在的问题　用燃料反射炉熔炼铜液，用J514BI型卧式离心铸造机，材料为ZCuSn1OPb5，铸件为外径φ230mm、内径φ170mm、高250mm的铜套；对比试样为用同包铜液在砂型内冒口补缩作用下凝固的相同尺寸的铜套。生产结果表明两种工艺生产的铜套表面都有气孔，而离心铸造铜套表面气孔少于砂型铸造铜套表面气孔。

解决措施　这种对比结果主要是由于金属型外模的无透气性和激冷性造成的。为了补偿这一点，在金属型外模上钻排气孔，孔径为φ5mm，孔间距为50mm，然后用黏土砂填塞排气孔，这样使铸型的气体或涂料产生的气体及铜液外表面的气体能畅通排出型外。

经试生产，得到了质量比较高的铜套，达到了令人满意的效果。另外，值得注意的是：由于连续浇注，时间间隔短，金属外模温度过高，通气不良，铜套内表面有气孔出现。用水冷却，将金属外模温度降低至150～250℃，刷上涂料，直至外模温度降低到60～80℃时，再继续浇注，气孔便消失了。

另外，适当增加铸型的转速，尽量减少金属液溶解气体的含量，也是减少锡青铜铸件产生气孔的有效措施。

在砂型铸造中，由于砂型的烘干质量、型砂粒度难以控制以及砂芯中的排气孔在浇注时易钻入铜液，导致排气不畅等原因，使砂型铸造比离心铸造的气孔多，且不易消除。

案例42　无铅锡青铜铸件气缩孔缺陷的防止对策

生产条件及存在的问题　无铅锡青铜具有无毒环保、耐蚀性好、强度高等优点，近年来备受现代给水、医疗、化工等行业的青睐。但无铅锡青铜气孔、缩孔缺陷倾向大，气密性差，尤其是较大断面的产品铸造难度更大。

解决措施

（1）熔炼工艺。熔炼过程吸入过量的氢和氧，是导致质量事故的重要原因。所以，锡青铜在熔化时，必须堵住气源，避免和减少空气、水分、油污及各种影响熔炼吸气的污染物与熔体接触。熔化时可用木炭覆盖，炉前用造渣变质剂或磷铜进行脱氧，为防止残留磷量与铸型反应，脱氧磷铜使用量≤0.3%。木炭因本身含有水分和未烬有机物，因而，木炭覆盖条件下，熔炼多是氧化和脱氧、吸氢和脱氢同时存在的。为避免此类情况发生，这就要求木炭燃烧必须彻底（800℃以上4h），覆盖厚度大于100mm。废旧料、回炉料等在使用前必须做清污处理。

复合精炼除气，围绕熔体“除氢脱氧、去杂变质、精炼净化”这一目标开展。造渣变质剂协同惰性气体氩气或氮气。用旋转喷吹方法，将氩气或氮气吹入熔池离底约50～100mm处，充分改善熔剂、氩气与熔体的接触条件，提高精炼、变质、造渣、除气效率。造渣变质剂净化合金的同时可大幅度提高合金形核率，有效提高铸件致密性。

（2）浇注温度。浇注温度控制在1100～1150℃。生产实践证明，在充型、补缩充分的前提下，浇注温度相对低一点儿，速度快一点儿，对防止气孔的产生是十分有效的，但浇注温度过低伸长率则可能会下降。

（3）造型材料。铸型温度梯度对锡青铜合金力学性能和密度的影响十分显著。铸件的耐水压性很大程度上取决于金属液与铸型的反应。

因此，造型材料热导率和热稳定性的选择尤为关键。应选用热导率较大的造型材料，使铸件获得足够的冷却速度，有效提高铸件致密度或激冷层厚度。造型材料的热稳定性，包括辅助材料的选用也是一样。对那些成分复杂、高温状态不稳定、发气量大的造型材料，则不宜在铸造无铅锡青铜生产中使用，应改用热稳定性好的材料，批量大、形状简单的产品可以考虑采用金属型，若采用金属型，则只需考虑排气、涂料问题就行。

案例43　球墨铸铁轧辊工作面针孔的防止方法

生产条件及存在的问题　球墨铸铁轧辊（包括球复轧辊和球无限轧辊）工作面针孔（亦称渣孔），是球墨铸铁轧辊的常见缺陷，严重时会造成重大的经济损失。

解决措施

（1）防止铁水氧化。用冲天炉熔化时，首先要保证底焦高度，防止铁水氧化，减少化学元素烧损，同时获得较高的铁水温度。冲天炉吹风之后，必须严格测量底焦高度，只有底焦高度达到规定之后，方可进行加料。在熔化过程中，合理使用批焦和接力焦，使底焦高度在整个熔化过程中保持稳定。

（2）注重炉内造渣。采用冲天炉熔化时，必须根据焦炭用量按规定量加入石灰石和萤石进行造渣，获得熔点低、流动性好的炉渣，确保熔化过程正常。实践证明：用冲天炉熔化轧辊球墨铸铁，炉内必须加入规定量的萤石，否则，轧辊工作面针孔无法避免。

（3）提高铁水出炉温度和浇注温度。提高铁水出炉温度是保证铁水浇注温度的关键。为了提高铁水出炉温度，除了选择正确的炉型和合理送风之外，关键是保证底焦高度，根据经验，冲天炉的底焦高度宁高不低，并且要在整个熔化过程中保持稳定。不管采用何种措施，都要求球墨铸铁轧辊的铁水在包中有一定的时间进行镇静，使铁水中的气体和夹渣有充分时间上浮。

提高铁水浇注温度，使铁水进入型腔之后，能很好流动，保证铁水中的渣子从铁水中分离出去。为此我们对铁水浇注温度作如下规定：φ760～800mm球复轧辊（外层铁水）1210～1230℃（高温计读数，下同）；球无限轧辊：轧辊直径＜400mm者1240～1270℃；轧辊直径≥400mm者1230～1260℃。

（4）在铁水包中加入稀土硅铁进行脱氧和净化铁水。包钢1号稀土硅铁有脱氧和净化铁水的功效。当球墨铸铁轧辊工作面针孔严重发生时，加入0.30%包钢1号稀土硅铁相当有效，对于减少由于铁水氧化而引起的针孔问题起很大作用。

（5）铁水包中加萤石和苏打清渣。萤石即氟化钙，它能强有力地降低酸性渣的熔点，并具有稀渣的作用，可以提高渣子的流动性。在球复轧辊外层铁水中加入0.30%～0.40%萤石和0.30%～0.40%苏打，这些熔剂能与MgS、MgO和其他镁化合物反应，生成熔融的流动性好的化合物，它们与熔液的界面张力小，可以很快以熔渣形式与铁水分离。苏打在分解时生成的CO2，加强了铁水的沸腾作用，有利于气体和夹渣上浮。

（6）避免二次渣的生成。铁水在运输、倒包、浇注、充型翻滚时氧化膜破碎并被卷入铸型，在型内上浮吸附硫化物、氧化物并聚集于上表面或死角处，形成二次渣，对形成针孔也有一定影响。

二次渣生成的主要原因是残余镁量过高，使铁水在同样的温度下容易形成氧化膜。通常预防措施有：①在保证球化条件下尽量降低残余镁量；②加入适量稀土可以降低氧化膜成膜温度；③球化处理时加入0.15%冰晶石，处理后再撒入0.30%，用于稀渣并生成AlF3气体和MgF2膜以减少二次氧化；④铁液浇注温度应高于成膜温度，可以防止二次渣形成。

（7）采用工频电炉。由于工频电炉在熔炼过程中没有像冲天炉在熔化过程使铁水增硫的作用，以致铁水中的含硫量由冲天炉的0.10%～0.12%下降至工频电炉的0.04%～0.06%。此外，工频电炉铁水的氧含量比冲天炉少一半。根据这些情况变化，我们把球复轧辊（外层）和球无限轧辊的加镁量由原来冲天炉的0.20%分别下降到0.12%～0.14%，加镁量减少了0.06%～0.08%仍然可获得球化。加镁量减少之后，使铁水中的氧化物和硫化物含量下降，铁水的流动性增加，这对于减少球墨铸铁轧辊工作面上的针孔十分有利。

（8）采用10t铁水包。采用10t铁水包与10t工频电炉配套。由于铁水包大，散热慢，加镁球化处理后铁水在包子内的镇静时间较长，有利于气体和夹渣上浮，净化了铁水。同时，对内外层铁水建立严格的测温制度，并指定专人负责，确保外层铁水浇注温度达到1270～1290℃，冲芯铁水浇注温度达到1250～1270℃，并保持稳定，避免了低温浇注。

（9）其他措施。球复轧辊的由浇口做成小割线，增加铁水在型腔内的旋转力。把8t大型座包的浇口和直浇口放大，使球轧辊的浇注速度加大。冷型裂纹严重的停止使用。冷型涂料厚度减薄，避免由于冷型涂料过厚引起辊面凹坑和针孔。清除镁锭上的蜡和油。生锈严重的钟罩必须清理干净后方可使用。

密封包盖板刷涂料后应烘干，防止潮气在加镁处理过程中进入铁水中。钟罩装镁后应烘干。球化处理前加入密封包内的草灰必须保证干燥。外层铁水中加入的孕育剂硅铁必须烘干。

案例44　熔模铸造中小件铜艺术品缩松问题预防

生产条件及存在的问题　熔模铸造铜工艺品有别于工业零件的铸造，常采用一次性可熔失的蜡质材料作模型，可以制作造型非常复杂的艺术作品，层次丰富，形象生动，表现力强。对于中小型铜艺术品来说，许多艺术产品的造型特别不利于铸造，铸型凹槽深，文饰复杂，而凹槽及直角弯处等部位在浇注时热量难以散失，形成大量缩松，导致铸件大量报废，增加了铸造的成本。

解决措施

（1）铜艺术品铸造浇注系统的设计。薄壁复杂艺术品的浇注系统设计，直接影响到铸件的缩松缺陷，主要遵循以下原则。

①浇冒口设计遵循的原则是铜液多点进入，在满足浇注容易成型的基础上，避免个别部位过热现象。

②对于高度在20cm以下的小件艺术品，在保证浇注成型（浇足）的基础上，尽量采用阶梯式浇注系统，能够使铸件按顺序凝固减少缩松。

③对于高度在50cm以上的中大型件，应采用平浇减少铜液的流程，可以明显减少铸件的某些部位过热的现象，避免或减少缩松的产生。

（2）铜合金熔炼。铜合金熔炼主要指标之一是合金的纯净度，主要是指铜合金中的氢、氧及非金属夹杂物的多少。铜合金中气体含量少、夹杂少，铸件的气孔、黑点、缩松缺陷就会大量减少，铜液的流动性大为改善，铸造性能也好，这是艺术铸造质量必须追求的。

影响铜合金纯净度的主要因素有：炉料的纯净度、熔炼过程中与大气、炉衬等接触时间长短、熔炼操作工艺及精炼措施。基于此，必须做到以下几点。

①不同牌号的铜合金要分类放置，不能混杂一起，回炉料要保证干净，无水、油污等杂质。

②快速熔炼，尽量减少熔化过程中的铜液吸气氧化。

③严格控制熔炼的操作工艺规程，做好铜液的覆盖、精炼、除气、脱氧等。

（3）浇注后的冷却。为了减少铸件缩松，浇注后铸型的快速冷却也十分关键。快速冷却可使铸件能够加快表面凝固，从而使气孔、夹杂来不及在表面析出聚集。

案例45　树脂砂生产铸铁件裂隙状氮气孔的防止

生产条件及存在的问题　随着铸造生产的发展，采用呋喃树脂砂等有机树脂砂造型已越来越普遍。然而，有些工厂被一种裂隙状皮下气孔所困扰，感到束手无策。这些气孔通常在铸件的平面和边角处出现，垂直于铸件的表面、深度可达皮下2cm。其形状和一般的皮下气孔有所不同，不是圆形、椭圆形、滴水状或针状的，而呈裂隙状。

解决措施　这种裂隙状皮下气孔产生的主要原因是由于有机树脂的含氮量过高。防止裂隙状氮气孔主要方法是：选用含氮量低的有机树脂，在型砂中或涂料中加入氧化铁粉。

（1）选用含氮量低的有机树脂。防止裂隙状氮气孔的关键在于控制有机树脂中的含氮量，含氮量越低越好。但含氮量低，树脂价格升高。为此，对于一般的铸铁件可选用中氮树脂，而铸钢件和高级铸铁件最好选用低氮树脂。只有有色金属铸件才可使用高氮树脂。此外，生产实践证明，使用中氮呋喃树脂时，再生旧砂中呋喃树脂含量比低氮呋喃树脂高，因此，使用再生旧砂时的树脂加入量少。

应当注意的是，在选择树脂的生产厂家时，要选质量信得过、获得质量体系认证的企业，此外，要求厂方提供有关含氮量等的质量保证书。

（2）在型砂中或涂料中加入氧化铁粉。在型砂中加入氧化铁粉后，由于铸铁的浇注温度在1300℃以上，砂型表面的温度超过100O℃。在这样的温度下，氧化铁粉促进呋喃树脂的热分解，起到将NH2分解成氢气（H2）的催化剂作用。即便产生了氮气（N2），在某种条件下产生气孔，但通常不溶入铁液和形成皮下气孔。

实践表明，在整个型砂中加入氧化铁粉是不经济的，为此，通常仅在面砂中加入3%的氧化铁粉就可以了。

涂料中加入氧化铁粉也可防止这种皮下气孔。这是由于氧化铁粉的催化作用，在砂型表面将NH2分解成不易溶入铁液的氢气（H2）。

一般，涂料中加入氧化铁粉的质量分数为10%。它比在型砂中加入要经济得多，并能起同样的效果。因此值得推荐。

（3）妥当保管树脂。在潮湿的环境下使用时，酚醛尿烷树脂中的聚异氰酸酯（NCO）与水强烈反应，产生NH2，因此要确保聚异氰酸酯容器的密封，减少它与空气的接触。

案例46　提高浇注温度解决球墨铸铁皮下气孔问题

生产条件及存在的问题　铣床X6132、X6140、X5032等系列产品所用的球墨铸铁拔叉铸件，质量3～6kg，小件潮模生产，极易产生皮下气孔，废品率高达90%。

解决措施　对拔叉铸造工艺进行分析，此类件大部分是油砂芯组成，因油砂芯发气量大，容易出现皮下气孔。采用黏土砂芯与其对比，其结果同样出现皮下气孔，这说明油砂芯的发气量不是导致皮下气孔的真正原因。

从铸型排气入手，砂芯的排气道保持畅通，通气孔穿透型腔，尔后又增加一个明冒口来加强通气，结果皮下气孔较多，效果不明显。

在造型材料方面，把型砂水分控制在3.0%～4.0%，比较其结果，发现无直接的因果关系。因此从出铁温度、浇注温度以及球化工艺三方面考虑。

采用5t冲天炉熔炼铁液，用远红外线测温仪，原铁液温度1380℃，经过调整层焦，提高到1400℃，在实际处理后浇注温度由原来的1280℃提高到1300℃以上，生产一批铸件后发现皮下气孔明显下降，降至50%。

在球化工艺方面，把球化剂加入量由原来1.8%降到1.0%，孕育硅铁由2.0%降到0.8%，发现皮下气孔急骤下降到12%。由于球化剂和孕育剂用量减少，处理后铁液温度下降的少，相对提高了浇注温度。

案例47　球墨铸铁薄壁壳体皮下气孔缺陷的解决对策

生产条件及存在的问题　齿轮箱体材料为QT450-10，壁厚6mm，结构复杂，壳体铸件生产用坭芯材料为树脂自硬砂，采用树脂混砂机快速混制。生产中废品率高达32%，生产成本居高不下，其主要缺陷为皮下气孔。皮下气孔不仅影响壳体强度，更重要的是使壳体发生渗漏；同时，易形成夹渣、冷隔缺陷。

解决措施

（1）采用低氮酸自硬呋喃树脂。经反复对比试验，决定采用D型低氮酸自硬呋喃树脂，其含氮量为1.5%（质量分数）。固化剂改为对甲苯磺酸，因为高氮呋喃树脂用磷酸做固化剂，硬化速度快，2h时抗压强度可达0.25MPa，而对于高糠醇低氮树脂而言，用磷酸做固化剂，硬化速度慢，5.5h也达不到起模强度，改用对甲苯磺酸，硬化速度明显加快，终强度高达2.2MPa。

（2）改进浇注系统。在壳体筋板处另设一薄形内浇道，以起到分流作用，原内浇道改小，其他尺寸变化见图3-5l。改进浇注系统后，经对比试验，皮下气孔缺陷致废率明显下降。

（3）防止渣致皮下气孔的措施。首先，应防止浇包污染，勤修浇包，避免采用包衬上黏附厚渣层的浇包进行浇注，因为黏附渣层遇铁液后会重熔，从而增加铁液FeO的含量，等于加剧了铁液二次氧化，使液态渣易于形成，加剧了污染倾向。其次，当硫含量在常规波动范围条件下，控制铁液锰含量为0.60%～0.75%，浇注温度高于1370℃，使锰、硫浇注温度匹配良好。铸铁中铝残留量保持在0.005%～0.015%范围内，有利于抑制浇包中液态渣的形成及铁液凝固时碳氧反应的发生，防止渣致皮下气孔。

图3-51　浇注系统地改进

案例48　球墨铸铁曲轴缩松的防止措施

生产条件及存在的问题　缩松是球墨铸铁最常见的铸造缺陷，是影响铸件质量的关键因素。球墨铸铁曲轴由于缩松造成的废品占总废品的40%左右。

解决措施

（1）提高碳当量。由于提高碳当量，铁液的流动性也相应提高，同时提高碳当量有利于石墨化，当铸型刚度足够时，增大石墨化膨胀，可减少缩松倾向。我们把碳当量由原来的4.4%提高到4.55%。

（2）选择合适的化学成分。由于碳的石墨化作用和增加铁液流动性比硅明显，增碳有利于补缩，减少缩松缺陷；磷极易偏析，同时磷使铸件外壳变弱，导致缩松。形成的磷共晶，凝固时被推向热节处，在共晶之后凝固收缩，形成晶间缩松，所以应尽量降低铁液含磷量。

（3）提高铸型刚度。提高铸型刚度，减少型壁扩张，可有效防止球墨铸铁缩松。把铸型刚度由原来的75左右提高到85以上。为了防止由于铸型刚度的提高引起气孔缺陷，在提高了铸型刚度后，要严格控制型砂内的水分，同时增加铸型的透气性。混砂时用MD粉来代替煤粉，铸型的水分由原来的5.5%左右降到4.5%以下，铸型的透气性由原来的80左右提高到150以上。

（4）合理设计和使用冷铁。由于冷铁能消除铸件热节，减少缩松倾向，增大了冷铁的用量。不仅数量上增加，形状上也加大了。设计冷铁结构时，要便于造型时定位，不易移动，便于制造。尺寸上要有良好的精度，要保证与铸型外模良好吻合，以避免铸件轴颈多肉影响其尺寸精度。使用前，冷铁表面要刷上一层涂料，避免冷铁表面与铸体本体熔合。使用一段时间后要定期更换，一般每月更换一次，以避免因冷铁表面产生氧化皮而与铁液接触时，使铸件表面产生气孔；另外时间一长，冷铁变形会影响毛坯的尺寸精度。

（5）合理选定浇注温度。原来控制的浇注温度在1380～1420℃，后来降低到1360～1390℃后，缩松缺陷明显减少。这主要是因为浇注温度高虽然有利于提高流动性，也有利于补缩，但会增加液态收缩量，对消除缩松不利。

（6）严格控制残留稀土及镁含量。当残留稀土、镁含量较高时，会加大缩松缺陷的产生。由于稀土和镁均是强烈阻碍石墨化的元素，促进渗碳体的生成，宏观上增加生成白口的倾向。因此，残留稀土、镁含量较高时，使碳化物出现并且增多，伴随着二次收缩量的增加，会使缩松缺陷产生。经验表明，当残留稀土为0.02%（质量分数）左右、残留镁为0.03%（质量分数）左右时，形成缩松的机会最小。

案例49　铜合金螺旋桨铸件气孔缺陷的消除

生产条件及存在的问题　螺旋桨是船舶上产生直接推力的装置。由于螺旋桨叶形为空间曲面，故多采用铸造生产，而大型螺旋桨的铸件质量一般在20t以上，有的甚至达到100t以上。作为铜合金螺旋桨铸件，因合金材料的性质特点，更易产生气孔缺陷，在制造过程中，由于铸造缺陷产生废品，其损失是相当巨大的。

解决措施　对于气孔缺陷的预防，主要应从熔化过程以及造型过程来加以控制。根据生产实践，主要从以下几方面入手。

（1）在大型反射炉的熔炼过程中，炉料的预热阶段应控制炉内为还原性气氛，快速熔炼阶段应控制氧化性气氛。采取快速熔化，尽可能地缩短熔炼的时间。而对于电炉熔炼，可在开始的炉衬烘烤阶段，控制炉温在台金的熔点以下，除去材料中的水分以及炉衬的潮气，可有效地避免合金含气。

（2）炉料应严格管理，保持干燥，防止油污等可燃物的进入，以免带进其他气体。

（3）对铝青铜合金的精炼除气过程，采用包中吹氮工艺技术，可有效除去铜液中的氢气。该项技术投入生产后，应用成本低廉，操作简单，是十分理想的除气措施，能达到事半功倍的效果。

（4）对黄铜类，可适当提高熔炼温度，使铸沸腾片刻，以达到除气目的。

（5）严格控制造型材料的水分含量。

（6）提高烘型温度，对水玻璃砂而言，保持砂型表面50mm以上的砂层厚度处于干燥状态。

案例50　球墨铸铁小件气孔的解决对策

生产条件及存在的问题　球墨铸铁小件的气孔缺陷，一直是铸造生产过程中的老大难问题。气孔多发生在8～15mm厚铸件，分布在铸件的上表面及远离内浇道部位，特别薄的铸件（＜6mm）反而较少出现；出现在球墨铸铁件表层以下1～3mm处，成簇的直径为1～3mm的密集性小孔，有的位置较浅；封闭的气孔缺陷，铸件经表面抛丸喷砂处理后即可暴露出来，有时皮下气孔区域还存在着皮下缩松或疏松。气孔多数为球形，有的则呈梨形、椭圆体形、针形或泪滴形、或与其周围的夹渣同形；孔壁光滑发亮且覆盖者一层石墨膜，孔洞边缘的金属常是无石墨组织的金属层。有的孔洞是开口的，与外界相通孔壁呈氧化色或镶嵌着渣粒。这种缺陷在镁高、硫高时较为严重，干砂型铸件较少，湿砂型铸件较多，夏天阴雨季节多，浇注温度低及薄壁铸件容易发生。

解决措施

（1）浇冒系统设计。应用均衡凝固技术进行浇冒系统设计。均衡凝固技术观点：①均衡凝固是相对于顺序凝固和同时凝固原则提出的，均衡指按比例，即按比例进行凝固的原则；②球墨铸铁的补缩时间只是凝固时间的一部分而不是全部，补缩量也只是收缩量的一部分；③球墨铸铁件的冒口凝固时间不必要晚于铸件凝固，同样冒口模数也可小于铸件模数；④冒口安放位置应离开热节；⑤球墨铸铁件可利用浇注系统进行补缩，实现无冒口铸造，生产出组织致密的铸件。

依据上述观点，我们遵循的原则是：在保证浇冒系统充分挡渣的前提下，尽最大可能的提高浇注速度，缩短浇注时间。浇冒系统选择半封闭式，各组元截面比为4∶6∶3，具体如下。

①横浇道截面采用高梯形，利用离心集渣包和改变横浇道末端区截面形状来提高其挡渣能力。

②内浇道的截面形状选取薄梯形。应严格按“窄、薄、宽”的原则进行设计或现场开设。

③内浇道应分散、径向引入，改变过去切向开设的习惯，以保证充型平稳和浇注速度。

④在浇道的对面，开设溢流口；铸件顶部安放出气冒口，冒口颈截面为薄的长条梯形。

（2）型砂质量控制。湿型砂造型采用面砂与背砂分别混制的工艺，水分控制在4.5%～5.0%范围，减少型砂的发气性；适量添加新砂，降低其含泥量。树脂砂造型，在保证铸型强度的前提之下，应尽量降低树脂加入量，并且在型芯砂混制中添加了氧化铁粉。

加强型芯排气：增设排气系统（铸型与砂芯），使排气面积加倍大于内浇道面积，有利型腔气体排出；在模样及模板设计上应多开排气槽、多设排气针，上砂型硬度可低于下砂型，有的工厂还大量使用多孔蛇形塑料管埋在砂型中来提高型芯的排气能力。

（3）熔炼工序的现场工艺控制。

①化学成分的选择：碳当量为4.5%～4.7%，防止出现石墨漂浮。化学成分为：C3.40%～3.80%；Si2.50%～2.75%；Mn＜0.2%；P＜0.08%；S＜0.025%。

②选择优质、清洁的炉料，加强熔炼控制，降低原铁液中硫的质量分数和氧化铁的质量分数；尽量减少球化剂加入量，球化处理后认真扒渣，以减少铁液中的MgS质量分数，并减轻铁液氧化结膜倾向，使铁液中的气体易于排出。

③采用低稀土球化剂，在保证球化的条件下，尽量减少球化剂的加入量，Mg量控制在0.035%～0.045%之内。

④必要时控制孕育剂75硅铁的铝含量（＜1.5%）。

⑤提高出炉温度，严格熔化工艺，强化炉内脱硫：采用局部碱性炉修砌工艺和炉缸喷氧技术，出炉温度应在1450℃以上，原铁液含硫量在0.04%以下。

⑥强化球化处理工艺，尤其是二次扒渣工序的质量监控，防止包顶部铁液二次氧化和铁液的回流。

⑦应勤修浇包，加强对修包质量的检测与考核，避免采用包衬上黏附厚渣层浇包进行浇注。

⑧高温浇注：提高浇注温度有利于铁液中气体的溢出。浇注温度控制在1360～1400℃。

⑨硫和锰的质量分数一般应满足wMn%=1.7×wS%+0.3%。当硫的质量分数较高时，不宜提高锰的质量分数来中和，可适当提高浇注温度40～50℃。硫和锰的质量分数不应过高宜取下限。

案例51　汽缸盖铸件气孔缺陷的防止

生产条件及存在的问题　YC4112Q柴油发动机汽缸盖铸件，材质为铜铬合金铸铁，牌号HT250。轮廓尺寸为556mm×250mm×120mm，主要壁厚6±0.5mm。采用JYB-121气冲造型线造型，一箱一件。气缺盖铸件内腔结构复杂，由多个砂芯组成。其中气道芯、水套芯由覆膜砂射制，底盘芯由呋喃树脂砂射制。砂芯浸涂料后用热风炉烘干。采用在底盘芯内组装水套砂芯和气道砂芯。砂芯组成后再烘烤一次，进入下芯合箱工序。采用底注式浇注系统，浇注时间12～14s，浇注温度1360～1420℃。

汽缸盖铸件的气孔缺陷绝大多数出现在铸件的顶面，主要位于缸盖罩内螺钉孔最高处，是铁液最后凝固的位置，也是气体最易侵入的部位。从气孔缺陷的特征来看，气孔数量少，尺寸较大，孔壁光滑，有光泽和轻微的氧化色，呈圆形、梨形，孔洞内有明显的气道尾巴，尖头指向砂芯。

解决措施　要解决缸盖气孔缺陷，一要选用发气速度快、发气量低的原材料。二要设法不让铁液堵住砂芯的排气通道，特别是下水套砂芯气体的排出问题。三是必须保证铸件表层凝固结壳前气体能够完全溢出。

（1）制芯材料选用及过程控制。覆膜砂的发气量大小及发气速度的快慢直接影响到汽缸盖铸件气孔率的高低，在保证砂芯起芯的热拉强度、常温强度及高温强度的前提下，应尽量减少树脂及附加物的加入量，以减少覆膜砂的发气量。

①覆膜砂总的发气量＜28mL/g，初期最大发气量＜20mL/g，初期发气速度＞0.67mL/（g•s），可明显降低汽缸盖铸件的气孔缺陷。

②覆膜砂发气量一定的情况下，砂芯一次性固化时间控制就显得非常关键，在260± 15℃模温下一次性固化时间控制在3.5min以上，砂芯固化层厚度可达到5mm，既保证砂芯表面强度，又减少砂芯表层的发气量。

③砂芯经过两次烘烤，确保砂芯水分小于0.1%。

④汽缸盖上、下水套芯浸涂用的水基涂料也应选用发气量低的材料，因浇注后水套砂芯完全被铁液包覆，排气条件差，易产生气孔缺陷。

（2）加强砂芯排气。生产实践证明，只要砂芯的排气通道畅通，即使发气量略高，砂芯所产生的气体完全能够在铁液凝固结壳前排出。

①根据水套芯和气道芯芯头的大小采用φ3～φ5mm钻头在芯头钻50～80mm深的出气孔，以利于气体排出。

②加强上、下主体砂芯分芯面上的石墨品质，保证上、下体芯间隙小于0.5mm，浇注时分芯面隔层厚度减少，下水套芯产生的气体便可以顺利排出。

③汽缸盖水套芯、气道芯芯头与芯座配合间隙适当调整，用封箱坭堵死，以保证芯头密封良好，杜绝铁液进入排气通道，保证气路畅通。

④适当增加上外模排气针数量。

（3）浇注温度和浇注速度的控制。提高浇注温度可以减少气孔缺陷的产生，但由于缸盖水套砂芯过于细小，温度过高易造成断芯、水道不通及内腔粘砂等缺陷。综合考虑，浇注温度控制在1360～1410℃之间，铸件气孔缺陷能得到有效控制，同时不致造成其他缺陷。

由于砂芯发气速度较慢，因此适宜的浇注速度也很关键，浇注速度过快，内腔气体排出较为困难，易造成气孔，浇注速度过慢，则出现浇不足等缺陷。

案例52　改变内浇口位置防止球墨铸铁缩松缺陷的产生

生产条件及存在的问题　铸件形状结构如图3-52所示。该件在A处壁厚最厚，B处次之，为独立的热节区，该处容易形成缩松、缩孔类缺陷。

解决措施　几次试制的工艺方案及效果见表3-8所示。初始方案中内浇口靠近B区而远离A区，冒口不能对A区进行有效的补缩，使其最后凝固时因无铁液补缩而形成缩孔；第一、第二次改进时，虽内浇口相对初始方案距A处近些，但因铸件在内浇口处的最大壁厚仅有12.5mm，使补缩通道过早凝固从而造成A处仍出现缩松、缩孔类缺陷；第三次改进，内浇口接近热节A处，使补缩通道变短且畅通，冒口处的铁液能对热节A进行有效的补缩，从而消除了该处的缩松、缩孔缺陷。

图3-52　铸件结构图

表3-8　不同内浇口的位置对生产效果的影响

案例53　轮毂类球墨铸铁件缩孔、缩松缺陷的防治措施

生产条件及存在的问题　轮毂类球墨铸铁件是汽车底盘的重要保安零件，此类零件壁厚不均匀，热节分散，冷却速度快。轮毂铸件是典型壳类球墨铸铁件，对应国内牌号为QT450-10，铸件本体硬度要求HB160～210。实际生产中发现，轮毂铸件尺寸、材质性能和本体硬度均符合要求。但对样品解剖后，发现在铸件热节处普遍存在较严重的缩孔、缩松缺陷。缩孔、缩松区面积达50mm×20mm。

解决措施

（1）小型轮毂类球墨铸铁件冷却速度快、铸件收缩大，保持补缩通道畅通是消除小型球墨铸铁轮毂缩孔缩松缺陷的关键。在热节处设置冒口可以实现顺序补缩、顺序凝固有利于彻底消除此类球墨铸铁轮毂铸件的缩松、缩孔缺陷。

（2）合理地选择浇、冒口系统的形式，合理的浇、冒口尺寸是消除球铁轮毂铸件缩松缩孔缺陷生产的关键参数。

（3）较严格地控制铸件的浇注温度、化学成分，是小型球铁轮毂铸件无缩松、缩孔缺陷生产的基本保证。

（4）适当提高砂型的紧实度有利于消除轮毂铸件缩孔、缩松缺陷。

案例54　铝青铜铸件气孔缺陷的消除措施

生产条件及存在的问题　多元铝青铜其抗拉强度可达600～800MPa，延伸率可达10%～20%，在海水中有良好的耐蚀性，适合用来制造海轮的螺旋桨。多元铝青铜铸件中析出气孔（也叫针孔）缺陷时有发生。

解决措施

（1）还原气氛下熔炼，用木炭或熔剂覆盖熔池，通惰性气体强制除氧。熔池用经预热除去水分的木炭或石墨电极块覆盖，块度大于25mm，隔绝炉气与铜液接触。向熔池或浇包中吹入惰性气体方式，如今有三种形式如下。

①如采用中频电炉熔炼，则可在炉底埋置透气砖，待铜液化开后，通惰性气体进行除气。

②在浇包底置透气砖进行吹惰性气体精炼。

③用装有透气砖的专门惰性气体吹入装置由上方插入熔池进行吹气精炼。

应当记住的是一旦停止通气，应当迅速进行浇注，在20min内浇注完毕。否则会迅速返氢使熔池中含氢量恢复平衡值。此外，真空下熔炼也可以有效地降低熔池中含氢量。

（2）氧化熔炼抑制氢，脱氧后迅速浇注。这种熔炼工艺的特点是熔炼过程中有意识地提高熔池中的Cu2O的含量，对于多元铝青铜工艺可归纳有如下几点。

①在加料次序方面，先加纯铜料，如要加铝青铜回炉料，应在熔化后期加入。如以Al-Cu中间含金形式加铝。要在熔池化清后并升温至接近出炉温度时加入。因为加铝后，熔池中Cu2O量降低，即含氧量降低，含氢量相应提高。

②熔池不用覆盖剂覆盖。用燃料供热的熔化炉，采用氧化性气氛下熔炼，促使铜氧化，使熔池含氧量增加，如果含氧量仍然不够，则向熔池中加一些氧化剂（如MnO2等）使熔池增氧，由于熔池中含氧量高，平衡含氢量低。

③当达到出炉温度时，加入铝青铜回炉料以及为调正合金中含铝量而加入的铝铜中间含金，由于铝起脱氧剂作用，所以加铝量要比合金成分要求的含铝量要多一些。

④加铝后，用钟罩压入适量的六氯乙烷。进行精炼处理，除去铜液中的Al2O3夹杂物。

⑤加入少量脱氧剂，如P-Cu，混合稀土金属或Cu-B中间合金进行终脱氧。

上述步骤③、④、⑤要在时间上紧凑进行，之后铜液迅速出炉浇注，因为熔池中含氧量降低后，会使含氢量迅速上升，延迟浇注会使铸件产生针孔。

案例55　铝合金压铸件中的气孔消除

生产条件及存在的问题　铝合金压铸生产的工件常因气孔存在而导致报废，产生气孔的原因很多，在解决这一产品质量问题时常常无从下手，如何快速、正确地采取措施减少因气孔而造成的废品，这是各铝合金压铸厂家所关注的问题。

解决措施

（1）保证铝合金熔炼的精炼除气质量，选用好的精炼剂除气剂减少铝液中的含气量，及时清除液面浮渣、孢子之类氧化物，防止再次带入气体进入压铸件中。

（2）选择良好的脱模剂，所选用的脱模剂应是在压铸中不产生气体的，又有良好脱模性能的。

（3）保证模具的排气通畅不堵死，排气顺畅，保证模具中的气体完全排出，尤其是在铝液最后聚合处排气通道必须通畅。

（4）调整好压铸参数，充型速度不可过快，防止卷气。

（5）降低浇注温度，最好不要高过660℃，YL113铝合金的凝固温度不可低于580℃，YL112铝合金不可低于585℃，一般常用的浇注温度应控制在610～640℃。

（6）产品设计和模具设计中应注意抽芯和冷却的使用，尽量减少壁差过大的缺点。

（7）对常在固定部位出现的气孔，应从模具和设计上改善。

案例56　铝合金挤压铸件气孔缺陷的防止

生产条件及存在的问题　压力锅下壳是采用ZLlO5合金纯回炉料挤压铸造成型法生产的。挤压力为6t，挤压时间为50～60s、凹模正常工作温度为350℃，采用风冷，水玻璃氧化锌涂料；浇注温度为700±10℃，开始加压时间为18～20s。炉料由废铸件、浇冒口、回收废零件等回炉料组成，采用二次重熔法熔炼，用氯气精炼。

产品加工后经水压（2.5×105Pa）试验，在压力下持续数分钟不发生渗漏为合格。据现场统计表明，在水压试验时铸件因漏水造成报废的废品率高达60%左右。

解决措施

（1）减少金属液原始含气量。为防止工作合金液的两次吸气，在用氯气精炼后，合金液上应立即撒覆盖剂；浇注过程中自始至终要保持合金液与空气处于隔离状态；提早加压，缩短合金液在凹模内的停留时间，若有可能，尽量不要安排在梅雨天或车间现场湿度很大的条件下浇注铸件。

（2）改进挤压工艺参数。减小加压速度，保障金属液平稳充型，利于型腔内气体排出。增大挤压比压，提高气体在金属液中的溶解度，减少气体在金属凝固时的析出量；增大比压还能促使晶体骨架产生塑性变形，压合收缩孔穴或使枝晶破碎，封闭区难以形成，使未凝固金属液与正在凝固收缩部位保持畅通，利于补缩，达到消除缩孔或缩松的目的。

（3）提高冷却速度。提高冷却速度，尤其是要稳定容易产生缩松部位模具的激冷能力。除了通过涂料和合理安置气塞调整模温以外，若确有必要还可以通过加大局部地方的风冷能力，加快散热速度，保持正常的工作温度。

在目前金属原材料供应不足的条件下，充分利用再生材料是可取的，只要合理地组织铸造生产，加强管理，完全可以生产出优质的合格铸件。

案例57　利用石墨化膨胀消除皮下气孔缺陷

生产条件及存在的问题　球墨铸铁件易产生皮下气孔，一般位于铸件表面下0.3～2mm处，呈细小的圆形或椭圆形孔洞形式，直径多在1～3mm。某产品用在高压输电线路上做挂具。在自然风的吹拂下，电缆来回摆动而使挂具承受循环应力，很易引起疲劳破坏，因而皮下气孔是绝对不允许出现的。况且在热浸镀锌时，皮下气孔将导致返酸而影响其耐蚀性，因而有效地防止皮下气孔的出现，提高成品率显得尤为重要。

利用石墨化消除皮下气孔的机理及措施

（1）气体的产生温度。将各种影响控制在很低程度并不代表就不产生气体，实际上这些反应式仍在进行，只是生成气体的量较少而已。因为各种气体基本上是在1200℃左右产生的，而铁液内部存在各种夹杂，使得气体得以长大成为气泡，气泡因密度小而上浮，如果长时间维持高温，则气泡可完全溢出铁液而从型砂中排出，对于厚大铸件，这是有可能的。但产品的壁厚都较小，冷却速度快，没有足够的时间溢出。

（2）石墨化膨胀的三个阶段。石墨化膨胀的第一阶段发生在1230℃到共晶转变（1150℃）前，这是由于石墨为稳定相，本身熔点高，过冷度相对较大，而造成其先于共晶产生。先生石墨球必然会导致铁液的体积胀大，而整个铁液因温度下降已产生液态收缩，胀与缩的共同作用必使铁液内部压力升高。此时铁液并无任何强度可言，压力升高不可能通过排开型砂使型壁外移得到释放，释放途径只可能是排挤液体中的气泡使之溢出铁液或排挤型腔中的液体使之沿内浇道回到浇注系统中。实际上，这两种情况都是有可能的，我们可采取增加压力头来抑制第二种可能的进行，促使第一种可能得以很好实现。

石墨化的第二阶段即共晶石墨产生阶段，由于液流通道仍未完全堵塞，石墨化膨胀挤出气泡也是有可能的，但由于此时奥氏体枝晶骨架已形成，熔体具有了一定的强度，而排开型砂使型壁外移对挤出气泡没有太大作用。

固态时，没有新的气体生成，也无溢出通道，故此时的石墨化膨胀对消除皮下气孔无影响。

（3）碳、硅含量的调整。硅、硅都是促进石墨化的元素，且都能固溶于铁素体，使基体得到强化。众所周知，高碳、低硅是生产球墨铸铁的原则，对于铁素体球墨铸铁，硅能促进第三阶段的石墨化，所以硅量可高些。当然，硅增加会导致韧脆转变温度升高，因此应控制wSi＜2.7%。

我们通过改变废钢加入量以调整含碳量，控制wSi=2.5%～2.7%在相对较高水平，随着CE的增加，皮下气孔率降低，CE最好在4.55%以上时可完全避免皮下气孔的产生，即应使wC＞3.65%。

案例58　离心铸造缸套渣缩孔缺陷的防止途径

生产条件及存在的问题　离心铸造缸套的主要缺陷是夹渣、气孔和缩松。由此类缺陷致废的铸件占总废品的50%左右。其中，夹渣成分主要是硫化物和硅的氧化物，气孔主要是侵入性气孔和反应性气孔，缩松主要由离心铸造缸套的双向凝固倾向所致。

解决措施

（1）提高浇注铁液的质量。在保证经济性的前提下控制生铁、焦炭等冲天炉炉料的质量，并在熔炼过程中改进造渣工艺，尽可能扒净铁液中的熔渣，并严格控制原铁液中Si、Mn、S等元素的含量；包内孕育处理后停留足够时间，使硅铁在中间处理包内充分熔解并均匀分布在铁液内，杜绝先期浇注的小浇包内含硅量过高的现象及由此造成的硅的氧化物渣。为杜绝由浇包包衬和包嘴涂料带入的夹渣，加强了浇注工艺纪律，严格规定浇包投入使用后不准随意修理，浇嘴尽可能不刷石墨涂料，需补刷石墨涂料时，次数应尽可能少，涂刷后应彻底烘干；浇注工在操作时应勤扒渣和挡渣，浇注速度控制在1.5～2.5kg/s范围内，以保证大流量快速浇注，并相应加大了离心铸造机浇注槽横截面，控制铁液浇注温度≥1350℃，以保证洁净的铁液迅速布满型筒内表面和铁液的充型能力，延长铁液中裹带的少量渣、气的内浮时间。

（2）改进离心铸造设备和工艺参数。为消除因皮带打滑使离心铸造机转速达不到规定转速的现象，对离心机结构做了相应改进，减少了皮带打滑所造成的浇注铁液与型筒接触时的飞溅现象，并在不至于产生铸件成分偏析和加剧双向凝固的前提下，将离心铸造机的转速适当提高至1350r/min，以加快铁液中渣和气泡在离心铸造过程中的内浮溢出速度；为避免浇注铁液的飞溅和卷气现象，将浇注槽前端改成歪嘴，使铁液落下方向与型筒旋转方向一致，以利于充型铁液的平稳布型；为保证充型铁液温度场均衡，消除因铸件热节引起的缩松，将铁液落点控制在型筒锥面上部与柱面交接处；提高铸型涂料质量，通过限制涂料中石英粉杂质含量、采用悬浮性好用量少的悬浮剂及加入0.5%洗衣粉等措施，提高涂料的悬浮性、稳定性、涂覆性、附着强度和干燥速度，减少因涂料脱落和涂层不干而带入的涂料渣和气体；通过改变铸型中冷却水管孔洞数量和分布，调整铸型温度场，使铸型大小端温度趋于均衡，并适应浇注工在铁液浇注完后立即打开冷却水的操作习惯，通过控制和调节冷却水压并控制冷却水通水时间在1～1.33min内，以控制型温在适于喷涂的温度范围内，避免因型温过低涂层不干或因型温过高涂料不易均匀涂挂的现象以及由此造成的涂料脱落和带入气体的问题，并减缓型内铁液的冷却和凝固速度，以利于铁液内渣、气的内浮溢出。

（3）采用发热造渣剂，消除型内铁液的双向凝固倾向。使用由铝粉、硅钙、氧化铁粉、硝酸钠等组成的发热造渣剂，采用随流法或在铁液刚浇注完后立即向型筒内铁液内表面撒入法，将占浇注铁液量1%的造渣剂加入铁液。造渣剂能延长铁液由型壁向内的凝固时间，并具有脱硫、脱气、聚渣等作用。

案例59　离心球墨铸铁管渗漏缺陷防止

生产条件及存在的问题　近年来，我国离心球墨铸管进入了一个高速发展的阶段。但由于对工艺技术生疏，所生产的铸管在水试验时发生水柱喷出或局部渗漏，合格率低。

解决措施

（1）浇注工艺的控制。首先，严格控制铁水温度，加强铁水供应的连续性。其次，控制好孕育剂的用量和孕育时间。再次，调整好浇注参数，保证承口部位不形成冷隔，轴向壁厚均匀。

（2）对操作工进行技术培训和责任心教育，使工作做到位，将质量指标考核做到位，加强工艺监督。

（3）严格控制铁水成分和原材料的质量把关。

案例60　灰铸铁磷含量对铸件缩松和金属渗透的影响

生产条件及存在的问题　灰铸铁通常含有wP=0.02%～1.3%，含磷量越高则铸件孔洞类缺陷（缩松、缩孔）越多，即铸件断面上出现分散而细小的缩孔，有时借助放大镜才可发现。缩松影响铸件致密性，铸件试压可能产生渗漏，但含磷量太低又会导致金属渗透（机械粘砂）和飞翅（飞边），即铸件表面黏附一层砂粒和金属的机械混合物。铸件表面产生厚薄不均的金属薄片，多出现在铸型分型面和芯头与芯座接合处，影响铸件外观质量及表面粗糙度，增加铸件清理工作量。

解决措施　对于技术条件要求较高的铸件，含磷量的控制是很重要的，因含磷量的变化对铸件致密性、外观质量起到举足轻重的作用。

（1）较低的磷含量对生产某些致密性要求较高的铸件是至关重要的，例如缸盖、液压件等。当wP从0.06%增至0.1%左右，会使铸件产生缩松的几率增加。

（2）磷含量降得很低，将促使金属渗透和飞翅缺陷的产生。

（3）要想把磷含量控制在较低水平，以获得铸件较高的致密性，则需注意以下几点：a.只用含磷量低的原材料；b.确保废钢中不掺杂废铁；c.只用来源清楚的低磷废铁，例如，废铁发动机缸体中可能会有含磷量高的缸套；d.只用来源和质量清楚的金属切屑，使用来历不明的金属切屑是欠妥的。

（4）使用磷含量较低的灰铸铁，铸件会出现金属渗透和飞翅缺陷，这时需注意：切实控制影响这些缺陷的其他因素，例如，造型材料、铸型和型芯等铸造工艺因素；渐进增加磷含量，以不影响铸件致密性为限度。

（5）生产中有时采用wP=0.02%～0.06%的灰铸铁，生产出合格的致密性铸件，但同时出现金属渗透等缺陷；当wP增至约0.1%时又会出现缩松等缺陷。故控制灰铸铁含磷量对某些铸件来说是个关键问题，因此，对磷元素进行经常性监控是保证铁液质量的重要一环。

案例61　精铸件热节部位的强制冷却措施

生产条件及存在的问题　在阀门行业，有很多大型的三通和四通阀体精铸件，由于转角处铸件壁较厚，无法顺序凝固，而且此类部位又大多位于铸件的内腔，散热差，经常出现疏松和缩孔等质量问题。

解决措施

（1）在铸件局部点水冷却。根据问题存在的原因及特点，我们设计采用了局部点水加快冷却的方法，成功地解决了这一技术问题，操作要领如下：a.点水位置必须准确（图3-53），否则可能造成相反的效果；b.点水的时间必须适当，一定要在铸件表面形成一定厚度的激冷层后开始，点水过早会出现气孔、凹坑和裂纹，点水过晚，钢水已经凝固，疏松已经形成。

（2）在铸件适当位置吹风冷却。有些铸件，如泵体、进水段和出水段等，空腔凹入很深、开口很小，铸造时又位于型壳的底部，用水无法点击到位，就设计采用了通风加快局部冷却的方法来解决问题（图3-54）。风的散热效果比水好，副作用也少，操作更简单，要领如下：a.吹风位置要准确合理，送风工具要科学适用，如风盘和风棒等；b.通风时间要合理计算，太早或太晚，都无法达到预期的效果，并易出现其他的问题；c.要确保风压合理，风量适当。操作合理时，铸件的表面和内部质量均可保证。

（3）型壳预埋通风通水冷却装置。有些铸件中孔和凹腔太深，型壳完成时开口已经被封死，水和风无法到达该部位，我们设计采用了在制壳时预埋通风、通水装置的方法来解决这一问题，操作关键如下：a.预埋位置准确、合理；b.通水或通风的时间计算精确；c.预埋装置的材质要考虑耐火度和清砂方便等。大叶轮铸件预埋通水、通风装置示意图见图3-55。

图3-53　阀体铸件疏松及点水位置示意图

图3-54　进水段铸件疏松及送风装置示意图

图3-55　大叶轮铸件预埋通水、通风装置示意图

案例62　精铸件型壳蚁孔缺陷的控制

生产条件及存在的问题　熔模铸造厂广泛使用的硅溶胶黏结剂有很多优点，但硅溶胶涂料对模组润湿性差，型壳干燥速度慢，型壳的湿强度较低，制约着工厂的生产进度。尤其是当工艺参数掌握不好时，型壳表面蚁孔，造成在浇注成型后，铸件表面出现大面积的小铁刺，严重时遍布铸件全身。

解决措施　产生蚁孔的原因主要是：面层涂料粉液比过低、涂料未能很好地涂挂在蜡型的表面上、撒砂穿透面层涂料等。基于以上原因，从以下几个方面进行探讨防止的措施。

（1）撒砂粒度的影响。考虑到所用砂粉系定点采购，质量一直比较稳定，并且所有砂子是经过筛选并经磁选后生产的，所以先排除了所选砂子粒度的影响。

（2）面层涂料润湿性的影响。对试制的模组用专用的清洗剂进行了充分的清洗后，用自来水冲洗控干后涂制面层。所配涂料严格按比例进行了配制，并且用L形搅拌机搅拌16h后，加润湿剂和消泡剂进行涂制型壳。在涂制过程中，并未发现表层涂料与蜡型分离，所以可以排除这一影响因素。

（3）涂料过程中控料手法是否正确。因为控料时假设向一个方向控料，势必造成远端挂料太少或涂料在蜡型表面分布不均匀，甚至在拐角处产生积料现象，所有这一切都易造成在薄处砂子穿透涂料层，在厚的地方砂子虽然黏附在涂料上，但当失水后会形成很大间隙而在型壳上形成孔洞，型壳上产生大量的连续蚁孔，这样的情况最易在孔内和拐角处出现，所以控料的手法是一个较重要的因素。

（4）控料时间的影响。控料时间太短，涂料不易均匀分布在蜡型上。控料时间过长，涂料在模组上涂层太薄，当撒砂时，砂子非常容易穿透面层涂料，使型壳产生蚁孔，铸件产生铁刺。

（5）涂料比重的影响。涂料配方如下：硅溶胶（wSiO2=30%），10kg；石英砂，17～18kg；润湿剂，24mL；消泡剂：16mL；涂料密度，1.7～1.8g/cm3。

按1.7g/cm3、1.75g/cm3、1.8g/cm3的密度分别涂制了10组板型铸件。严格控制干燥湿度、干燥室的相对湿度、风速等。毛刺仍大面积存在，这说明型壳表面仍存在蚁孔缺陷。同时发现，涂料密度越大，涂料在模组停留时间增长，铁刺有所减轻。在配置硅溶胶—锆英砂涂料时，并未发现这类缺陷。此时，做了大胆的设想，会不会是资料介绍涂料密度太小呢？因为在制壳时发现即使涂料密度达1.8g/cm3，在模组上面层涂料也不很厚。基于此点，再次将涂料密度调大，经过1.8g/cm3、1.85g/cm3、l.9g/cm3三种密度的实验，铁刺问题得到了基本解决。这就证明了提高涂料密度有利于消除型壳表面蚁孔。

（6）浇注温度和型壳浇注时的温度的影响。实践证明，有蚁孔的型壳，并不一定会产生铁刺，我们可以通过控制浇注温度和浇注时型壳温度的办法来减少此类缺陷。原因是在确保浇注成型的前提下，低温会降低钢液的流动性，使其不易钻入型壳的蚁孔中，这一方法已在生产实践中得到证实。

案例63　汽缸盖螺栓孔缩松渗漏的防止

生产条件及存在的问题　D495型柴油机汽缸盖重约41kg，材质为HT250。汽缸盖铸造工艺为BMD高压气冲线造型，一箱二件，燃烧室在下型。树脂砂制底盘芯、水套芯、进（排）气道芯，所有砂芯组装在底盘芯内，再整体放入型腔中。浇注系统为中注封闭式，末箱浇注温度不低于1360℃。原工艺孕育剂采用75SiFe，加入量为0.25%，水套芯不刷涂料。该铸件要求成品在0.4MPa下历时3min无渗漏现象，但是在水压检测工序，常在螺栓孔、推杆孔处发生渗漏。经对螺栓孔搭子取样进行理化分析，发现螺栓孔渗漏是由缩松缺陷引起的。

解决措施　在水套芯形成螺栓搭子处刷含碲（Te）10%的醇基快干涂料，涂刷厚度0.2～0.4mm，经自然干燥后使用。碲是强烈的碳化形成元素，可造成螺栓搭子局部“过冷”，大大减少铁液中共晶团的数量，相应地共晶膨胀力减少，型壁移动量减小，降低了螺栓搭子缩松倾向。

严格控制碳当量及Si/C值，将碳当量稳定控制在3.90%～4.05%之间，在碳当量保持不变的情况下，相应降低Si/C值，使其在0.65以下，这样即可减少亚共晶时的初生奥氏体，使线收缩减小，又可增加共晶度的下含碳量，充分利用石墨化膨胀实现螺栓孔的自补缩。

强化孕育处理。为减少螺栓孔缩松倾向，我们对D495型柴油机汽缸盖使用的孕育剂进行改进，由传统的75SiFe改为含锶硅铁（SiSr孕育剂，含wSr=0.6%～1.0%），加入量为0.2%，随流孕育。SiSr孕育剂石墨化能力强，使石墨充分析出，有利于自补缩和防止缩松。

案例64　球墨铸铁管气孔缺陷的预防措施

生产条件及存在的问题　在水冷型离心铸铁管生产工艺中，气孔和针孔缺陷是造成铸管废品的主要原因，约占废品量的40%。

解决措施　气孔、针孔的产生涉及很多生产工艺因素，现对产生气孔、针孔的机理及预防措施进行分析。

（1）铁液质量。在高炉铁液熔炼过程中，潮湿的炉料以及高炉湿度鼓风等都可能带入气体；在进行调质过程中加入废钢时，废钢中的油脂、铁锈以及水分等杂质也可能带入气体；同时，感应电炉（中频炉）由于电磁的强烈搅拌，铁液与空气能充分接触，使铁液严重氧化，所含气体为氮气、氢气、氧气；如果长时间的保温过热，也会促使铁液中氮含量提高，所以铁液在中频炉的保温时间最好不要超过6h。

铁液在浇注冷凝的过程中，其所含气体经过非均质形核析出而来不及上浮最容易形成皮下气孔、针孔，所以在满足浇注工艺温度的情况下，尽量使铁液温度偏低；同时，缩短铁液在中频炉中的保温时间和尽量减少废钢，因为废钢的铁锈、油脂以及水分等都能引入杂质和气体。

（2）铁液温度。铁液中的氧含量过高是导致正常浇注时产生气孔和针孔的主要来源，当铁液本身温度过高或氧化严重都可以使含氧量增加，铁液在感应电炉（中频炉）内高温保温时间越长，氧化越严重，越容易出现气孔、针孔。

（3）管模的状态。当管模内残存的铁锈及油脂与高温铁液接触后，被迅速汽化产生气体，这时，如果铁液冷却速度过大，就在管子表面形成麻坑；如果冷却速度太慢就形成气孔、针孔。这种情况，通常只是在刚换管模后的前几根出现。

当温度一定的情况下，铁液保温时间越长，管模龟裂越严重，管子出现气孔或针孔的几率越大，水压合格率也越低，特别是小管子这一点更为突出。在此种情况下，更换管模或加大模粉量能有效地控制气孔、针孔缺陷的产生。

（4）管模的转速。在管模转速非常高的情况下，浇注过程中，铁液在管模中飞溅越严重，这样铁液与空气接触表面增大，氧化增加。同时，管模转速越高，其铁液离心力越大，球墨铸铁管的内应力也增加，也会容易使铸铁管出现裂纹，这时，降低冷却水水温和管模转速能够有效地控制裂纹产生。

（5）模粉、压缩空气。模粉的类型有硅钙型、硅钙钡型，其主要作用是保护管模和型内孕育。在水冷型离心铸造过程中，它有效地防止了球墨铸铁管出现气孔为了防止此种情况出现气孔，有效措施是将模粉烘烤到一定温度（除去模粉中的水分），压缩空气需要经过脱油、脱水或者使用压缩氮气。同时，生产实践也证明，使用两种不同模粉相互混合能有效地控制球墨铸铁管出现气孔的情况。

案例65　226B汽缸盖气孔缺陷的解决

生产条件及存在的问题　226B汽缸盖材料要求较高（GG30Cu），内腔薄壁处仅4mm，在实际生产中，浇注温度控制在1400～1420℃之间。在射压线生产，每箱四件。采用组芯工艺，每两件为一组，每组共九颗砂芯，除大皮芯为冷芯外其余皆为热芯，分别是大皮芯一颗，上、下水夹层芯，进、排气道芯各两颗，砂芯组好后整体浸涂料，进窑烘干。浇注系统采用开放式单侧中注，上箱为湿型砂型，芯头及铸件上加出气棒排气。把组芯工部组好的砂芯放在专用储存架上，在造型线上下入下砂型，然后合箱浇注，其工艺简图如图3-56所示。

缸盖的气孔缺陷，是所有机型的汽缸盖在生产中所共存的较为严重的问题，存在的其他缺陷主要有：a.在合箱过程中挤掉砂而造成的砂眼；b.水夹层芯黏结剂熔融分解，铁液钻入后形成的飞边；c.在浇注过程中由于铁液的浮力而造成的断芯；d.由于引进的工装已使用多年，而造成芯头处、分型面处披缝过大，铸件的表面质量较差等。

解决措施

（1）增加顶盖芯。为了彻底解决缸盖的质量问题，通过对车间生产工艺状况的分析，决定增加一颗顶盖芯解决气孔掉砂等缺陷。其改进后的工艺简图如图3-57所示。

顶盖芯在L20射芯机上生产，每盒两颗。顶盖芯单独刷灰，与大皮芯之间用定位芯头定位，顶盖芯与组好的大皮芯可以先组好备用，但应注意防止散落砂从盖芯的出气孔落入型腔。上砂型在易产生气孔的出气棒处增加一小型冒口，使热节上移，从而解决了气孔缺陷问题。通过此工艺改进，不仅很好地解决了缸盖的气孔缺陷问题，而且，挤掉砂和披缝过大的问题也同时得到了很好的解决，缸盖的表面质量有了明显的提高，大大减少了清理打磨的工作量。

（2）采用专用黏结剂。由于226B缸盖体积小，上下水夹层芯易变形，组芯时结合面小而间隙较大，以往使用的商品黏结剂为水玻璃黏结剂，在靠近内浇道处，黏结剂受到高温铁液的作用，熔化分解，铁液钻入上下水夹层芯之间，在缸盖水腔内形成飞边，而影响缸盖的冷却性能。因此，我们经过多次试验，配制成了专用的黏结剂，使用以后组芯质量有了显著提高，内腔飞边缺陷有了明显降低。

（3）严格操作工艺。主要在造型工序，要求操作者在合箱前严格按照工艺要求将所有的气眼扎透打通，并在盖芯的顶部铺设封箱膏，铺设封箱膏时应注意封箱膏均匀而远离出气棒孔，既保证封箱严实又防止合箱时将封箱膏压入出气孔内，确保每一个出气孔的排气畅通。

图3-56　226B缸盖改进前的工艺简图

1.下砂型；2.大皮芯；3.下水夹层芯；4.上水夹层芯；5.上砂型；6.芯头出气棒；7.型腔出气棒；8.排气道芯；9.进气道芯；10.内浇道

图3-57　226B缸盖改进后的工艺简图

1.下砂型；2.大皮芯；3.下水夹层芯；4.上水夹层芯；5.上砂型；6.芯头出气棒；7.型腔出气棒；8.排气道芯；9.进气道芯；10.上盖芯；11.冒口；12.内浇道

案例66　385汽缸体铸件气孔的消除

生产条件及存在的问题　385汽缸体属于典型的干式缸套结构，材质是HT250，加铜、铬。采用湿型砂工艺，Z148造型机造型，一箱一件，型砂透气性为90～140；筒子芯，边芯为KD100+合脂芯砂、水套芯，穿皮芯为覆膜芯砂和自硬芯砂。在生产初期，气孔相当严重，气孔缺陷主要分布在上箱螺栓凸台及油底壳法兰处，严重影响铸件质量。

解决措施　主要从以下几个方面着手：a.砂芯结构的设计，以大排气为指导思想，加大芯头完善砂芯的出气系统；b.浇注系统的设计，调整浇注工艺，以大孔出流的原则计算ΣF阻，合理设置冒口，调整ΣF排和ΣF阻的比例；c.造型材料方面，降低造型材料的发气量，提高发气速度。

（1）砂芯结构的设计。

①大芯头的应用。传统的小芯头的结构特点是砂芯的芯头沿铸件“内轮廓”延伸而成，如图3-58（a）所示。生产实践证明小芯头不利于型腔、冒口排气。小芯头结构使得砂型与砂芯的配合界面低于铸件相应处的最高轮廓，从而使这一界面对型腔的自然排气作用能力不能充分发挥，给铸件克服气孔缺陷带来不利影响。采用如图3-58（b）大芯头结构，克服了小芯头结构的不足。

图3-58　汽缸体气孔的分别及芯头结构

②完善砂芯的出气系统。为完善砂芯、芯头、芯座的出气系统，制作砂芯时留出连续的出气通道，组芯时保证出气通道贯通。砂芯的出气通道通过芯头与芯座上的上、下排气冒口相连，相连处的封火结构由下芯座的5—R1.5压砂环和上芯头的封火泥条构成（图3-59），防止铁液钻芯头、堵塞出气通道的现象。

图3-59　汽缸体的排气系统和浇注系统

（2）浇注系统的设计。

①采用中注式进液。采用中注式浇注系统，使铁液从上下主轴承座进入（图3-59），最后充满前部冒口位置，这样铁液流动平稳，又能较好地满足型腔内铁液充满后的上高下低的良好温度梯度分布状况，能提高铸型上表面的铁液温度，延缓上表面凝固时间，使气泡能够溢出。

②合理的最小截面积ΣF阻。为了防止铁液氧化卷入气体，采用半封闭浇注系统：ΣF直∶ΣF横∶ΣF阻=1.2∶1.5∶1，浇注系统最小截面积ΣF阻采用大流量原则计算。保证大孔进铁液，加快充型速度，在浇注温度为1390～1420℃时，经试验发现浇注时间在25s以上时，铸件出现气孔较多。把浇注时间控制在18～20s，气孔明显减少。

③冒口系统的设计。合理设置冒口是解决气孔缺陷重要的措施。生产中采用了以下两种冒口。排气冒口：为了排除型腔内气体而设置的，一般要通出型外，分型面上的排气槽和出气针也属于这种性质，如图3-59所示；溢流冒口：作用是排除型腔的气体和承接最终充型的前部冷铁液，并使铁液中的大部分气体漂入，还可使铸件上部的低温铁液流出而补充进高温铁液。溢流冒口设置在浇口相反的另一端。这种冒口直径要粗，并通出型外，与铸件搭接的过道截面积也要尽可能的大，并以一定角度（10°～15°）爬坡形式进入冒口，且铸件与冒口间的距离不要太大。另外，在两冒口间的平面处补贴上宽10mm，10°～15°的V形爬坡，使气泡顺利进入冒口也是一项有效的措施。

（3）降低造型材料的发气量，提高发气速度。

①严格控制湿型砂的湿度。湿型砂含有水分，浇注时水分汽化体积急剧膨大1700倍，如果排气不畅，型腔内的气压增高，增大了气孔倾向。所以必须严格控制湿型砂的湿度＜45%。

②砂芯的二次烘干。水套芯是用酚醛树脂覆膜砂制成的，硬化层只有6mm左右，硬化后的芯砂发气量约为15mL，而芯砂后部未硬化部分的发气量＞20mL。为了减少水套芯发气量，把砂芯再放到190～200℃的烘芯窑中烘烤1小时，表面成棕黑色，发气量接近低发气覆膜砂。

砂芯表面涂料为醇基快干涂料。由于涂料中含有少量的水，涂料涂刷到砂芯后点火干燥，如果干燥不彻底，砂芯存放密集，残留水分不能完全散失，也会增加发气量，因此，规定在干燥的季节里，砂芯涂料干燥后，必须再存放24h以上才能使用；在多雨季节里，砂芯需在130～150℃烘干窑干燥1小时后下芯浇注。

③涂料的使用。生产实际中发现，涂料不仅防止铸件粘砂，还可以减少铸件气孔。不论覆膜砂芯、自硬砂芯，还是油砂芯都必须上涂料，涂料层厚0.3～0.5mm，不得漏涂。

④选用发气速度快的芯砂。发气速度快的芯砂，发气峰值提前，砂芯所产生的气体完全能够在铁液凝固结壳前排出。为此，采用发气速度快的KD100+合脂芯砂制作曲轴箱芯、圆筒芯，取得了良好的使用效果。

案例67　3Cr24Ni7N及3Cr22Ni4N衬板气孔预防

生产条件及存在的问题　3Cr24Ni7N及3Cr22Ni4N耐热衬板是建材、矿山、化工行业加热窑炉易耗易损配件，用量大，要求具有较高的耐蚀、抗高温性能。在实际生产中若掌握不当，极易造成铸件上大量的表面气孔，影响铸件的外观质量，使用寿命也大受影响。

解决措施

（1）铸型。采用硅砂造型，一般面砂采用6号细砂（70～100目），背砂采用4号砂（20～40目）。在燃煤窑中300～400℃温度下烘10h。然后，采用醇基锆石粉涂料改善铸件表面质量。涂料层不能太厚，一般在刷1～2层烘干后，涂料层厚度基本上保持在0.3～0.5mm。

（2）快速熔炼，减少气体析出。在熔炼过程中，采用最大效率提高金属的熔化速度。配料时，在炉底辅上一层占总量1.5%的石灰石，石灰石一定要干燥。然后加入不锈钢，同时，为避免氮化铬铁中的氮在熔炼中析出过大，致使含氮偏低，成分不符。一般在熔化后期加入氮化铬合金。此时，金属液温度较高，能增加氮在金属液中的溶解、扩散速度。同时，采用石灰石造渣，严密覆盖在液体表面，可减少氧化。

由于采用的都是比较纯净的材料，一般3Cr24Ni7N及3Cr22Ni4N的最高熔炼温度在1600～1620℃范围内。结束后，加入占总熔化量1%的金属铝进行终脱氧，立即出钢。

（3）延长镇静时间，提高充型速度。加快凝固速度熔炼结束后，钢液作镇静处理，约10min，以便钢液中的过饱和气体充分溢出。由于衬板是板状结构，原来采用水平浇注，产生较多的气孔，而且极易造成夹砂。这主要是因为呈平板状的金属液在铸型中上升速度比较慢，铸型受热辐射时间长；同时金属液凝固时间长，气体析出机会多，最终造成气孔的机会增加。

因此，我们在工艺上采取铸件倾斜，实现定向凝固。浇注时加大流量，提高充型速度。浇注系统设计成开放式浇道：A直∶A横∶A内=1∶1.2∶1.4。此外，在面积较大的衬板中设置冷铁，加快凝固速度。

（4）降低过热温度。3Cr24Ni7N及3Cr22Ni4N熔点较低，如果金属液过热，温度较高，凝固时间势必延长，气体析出金属液的数量将增加，容易形成气孔。而且，由于温度增高，金属液产生严重氧化，容易产生铸件皱皮现象。因此，浇注温度宜控制得低一点儿，3Cr24Ni7N及3Cr22Ni4N的浇注温度一般控制在1440～1450℃。

案例68　A356铝合金轮毂中轮辋缩松的防止措施

生产条件及存在的问题　重力铸造是生产汽车铝合金轮毂最常用的方法之一，相对于低压铸造铝合金轮毂，具有投资少、开发周期短的特点。但重力铸造条件下，发现有几种轮型在机加工后于轮辋部位存在一些细小的、弥散分布的孔洞。

解决措施

（1）适当降低铝液的浇注温度。

（2）轮辋部位使用保温性能稍差的涂料。

（3）严格控制轮辋部位涂料的厚度。

（4）铸型外表面严禁包保温棉（特殊轮型除外），上生产线前先将铸型外表面的涂料层、污物清理干净。

（5）加速模具周围空气的流动。

案例69　SCS10不锈、耐蚀铸钢铸件皮下气孔的解决

生产条件及存在的问题　ZG03Cr22Ni5Mo3N泵盖存在皮下气孔缺陷。

解决措施

（1）由于铸型湿度大，钢液容易吸收铸型中的气体，而钢液中所溶解的气体又促进碳、氧反应生成CO气体，导致铸件形成气孔。在湿型铸造条件下，终脱氧加铝量由干型的每吨钢液加铝量1.0kg增加到1.5kg。在空气湿度大的条件下，干型也不能在空气中暴露太久。

（2）出钢后，为了使钢液中气体与夹杂物浮出。应将钢液在盛钢桶中静置5～8min。随后浇注温度也不能过高，因为浇注温度过高，气体含量增大。浇注温度应根据材质和铸件壁厚的不同而不同，一般比材质的熔点高40～60℃。为了保证浇注温度，在还原期加铝时，钢液温度应大于或等于1580℃。

（3）炉前要用湿型浇注φ（20～25mm）×120mm的试样来检验。有缩孔，表示终脱氧良好；若试样顶面鼓起、上涨，表示脱氧不佳。铸件有可能产生皮下气孔。补救方法是，可在直浇道中补加0.02%～0.05%的铝，再补充脱氧。

（4）由于稀土元素在钢中有良好的脱氧去硫、减少钢中气体和非金属夹杂物的作用。所以，为了加强脱氧去气作用，可以在浇包中加入0.05%～0.15%的稀土元素（以稀土硅铁合金形式加入），或在还原期加入质量分数为0.2%的硅钙的同时，再加入稀土硅铁，进一步联合脱氧。

（5）也可在还原期末期，当钢液温度≥l580℃时，待除去全部炉渣后，随即加入质量分数为0.07%的冰晶石粉并进行插铝（一直垂直插入炉底）。冰晶石在高温钢液作用下，发生分解产生氟化铝气体，能保护界面钢液层不和界面水汽发生化学反应，防止了界面钢液层吸收气体。

案例70　呋喃树脂砂生产大型柴油机底座气孔缺陷的防止

生产条件及存在的问题　底座是大型柴油机的关键件，主要作用是安装曲轴和支撑整个柴油机，并盛放润滑油，外形尺寸为：2420mm×1080mm×610mm，主要壁厚为10～12mm，材质为HT250，重量2500kg，要求常压密封性试验，保持30min不渗漏。原工艺浇注位置选择曲轴孔朝下，中间注入式浇注，顶部设置3排出气棒，如图3-60所示，采用呋喃树脂砂造型、制芯。工频炉熔炼，浇注温度1360～1380℃。批量生产中发现在顶部大平面有气孔缺陷，废品率40%以上。

解决措施

（1）控制型（芯）砂的发气量。型、芯整体进窑烘干，在180～220℃的温度下保温2h，减少发气量；1号坭芯除芯头外，全部涂刷透气性较差的涂料；用中空并且带有出气孔的铸铁管代替1号坭芯芯骨。

（2）将中间一排出气棒改为保温冒口，这样可将冷铁液溢出，同时起排气作用。

（3）增加铸型高度，可有效提高铁液静压力。

（4）适当提高浇注温度和浇注速度。

图3-60　底座铸造工艺简图

案例71　采用溢流工艺防止铸件气孔缺陷

生产条件及存在的问题　浓缩机是洗选设备的一种。在浓缩机中有一种称之为支撑套环的铸件，此件材质为HT250，属于典型的简套类结构，采用刮板造型方式，阶梯式浇注，普通砂型铸造，铸件顶端留有20～30mm的加工余量，铸件顶面留有出气冒口（图3-61）。在对铸件加工后进行检验表明，有20%～30%的铸件在浇注位置的顶端（A面）存在分散气孔、夹杂等铸造缺陷，其中气孔为不规则形，直径在3～20mm之间，有的相互联通，孔洞内存有粒状或粉状渣，孔深达加工面下3～8mm。

解决措施

（1）采用合理的浇注系统和工艺。浇注系统为半封闭式，F直∶F横∶F内=1.2∶1.4∶l，以避免浇注过程中的铁液氧化。

（2）减少铁液的熔渣含量。适当降低S、Mn含量，选用符合标准的原生铁、回炉铁、废钢等材料。

（3）减少铁液中的CO气体含量。提高浇注温度，减少铁液中的溶渣含量以及CO气体含量，采用炉前控制法，使用3t/h冲天炉熔炼铸铁。出铁温度控制在1420～1450℃。孕育剂采用75FeSi，出铁槽随流孕育，孕育量0.3%～0.4%。使用热电偶电位计测定浇注温度。

（4）采用溢流铁液工艺。除使用以上三种方法防止气孔缺陷外，最主要的是采用了溢流工艺（图3-62），在砂型顶面下方5mm处设置两个溢流室，尺寸为φ100mm。使头流铁液在未到达砂型顶面前排进溢流室，同时排进溢流室的还有粒状或粉状渣。

图3-61　支撑环套原铸造工艺方案

图3-62　改进后的溢流工艺

案例72　4DA1发动机汽缸体螺栓孔渗漏的解决

生产条件及存在的问题　4DA1汽缸体铸件结构复杂，外形尺寸为470mm×280mm× 290mm；毛坯重量为32kg；最小壁厚4mm，最大壁厚40mm，属于典型的薄壁高强度铸件。4DA1汽缸体渗漏主要在螺栓孔。对发生渗漏的铸件进行大量解剖前，发现缺陷部位断面用肉眼可以观察到有比灰色基体色深的褐黑色斑点存在，在100倍金相显微镜下观察，其实质上是断断续续的细小孔洞。

解决措施

（1）铁液化学成分控制和孕育处理。

①降低碳含量，提高硅含量，提高Si/C：将原工艺中的C 3.3%～3.4%，Si 1.7%～2.0%，改为C 3.28%～3.36%，Si 1.85%～2.0%，Si/C在0.55～0.60。

②采用SiBa孕育剂，加入量在0.3%～0.5%。

③合金材料加入量：Cr 0.2%～0.3%，Sn 0.06%～0.08%。

④改变孕育方式，由包底孕育改为随流孕育。使用随流孕育，能保证铁液与孕育剂充分混合和完全溶解，孕育均匀，不偏析。

⑤感应炉铁液炉内增硫，能提高孕育效果，减少孕育量，提高孕育效果，炉内硫量达到0.05%～0.07%。

（2）使用碲涂料。在实际生产中传统的工艺措施是采用冒口补缩和放置冷铁激冷相结合的办法来实现顺序凝固，避免缩松产生。但在实际中这种工艺存在着一定局限性，许多铸件常因结构的原因，不便用放置冷铁的办法来消除缩松。经济而又有效的办法是使用碲涂料。

试验在螺栓孔芯热节区域涂刷碲涂料工艺。用显微镜对其部位进行金相观察，发现螺栓孔搭子与碲涂料接触的表而形成0.6～0.7mm白口层，继而是致密的灰口层组织。由于白口层和致密的过渡层的出现，使螺栓孔与水套之间形成一个封闭的圆形防水圈，从而有效地防止了螺栓孔渗漏。碲涂料的工艺配比如下：150g碲（过70目筛），400g黄糊精，450g膨润土，涂料密度为1.35～1.40g/cm3。

经多次批量试验，跟踪加工后汽缸体水压试验情况，发现缩松缺陷大大降低，从根本上解决了这一问题。

（3）微量元素铅（Pb）的控制。铁液中的铅主要是由废钢带进来的，要解决汽缸体因铅引起渗漏问题，根本的途径是使用合格原材料，加强对炉料的质量控制，铁液中铅的含量应控制在≤0.0004%。

案例73　8L240柴油机机体气孔、缩孔缺陷的解决

生产条件及存在的问题　8L240机体最大轮廓尺寸为3600mm×960mm×1270mm，单重7t，材质为QT500-7，最大壁厚为105mm，最小壁厚为10mm，结构复杂，尺寸精度要求高。技术要求整体铸造，对于机体强度有严重影响的关键部位（轴承孔内圆面、主轴承螺栓孔、汽缸盖螺栓孔、横拉螺栓孔）不能有可视铸造缺陷，机体的质量应满足机体验收标准TB/T2387-1993。

铸造分模面及浇注系统开设，如图3-63所示。机体铸造采用缸口朝下劈模组箱造型，树脂砂生产，由两扇侧箱、两扇端箱、一扇底箱与一扇盖箱共6扇箱组成，型芯的出气系统由出气片、出气冒口、出气暗道组成。采用半封闭浇注系统，由带有拔塞机构的座包箱（1个）、分直浇道（4个）、横浇道（1个）和内浇道（18个）四部分组成，ΣA内∶ΣA横∶ΣA直=1.3∶1.2∶1，内浇道的引入位置见图3-63，在机体每一个轴承座顶面设冷铁两块。熔化设备采用工频炉熔化，所用生铁为优质Q10本溪条铁。在加工机体顶面两侧（油底壳接触面）时，局部出现皮下气孔，在机体的重要部位（横拉螺栓孔、汽缸盖螺栓孔）存在缩孔缺陷。

解决措施　对原铸造工艺作了如下调整（图3-64）。

（1）针对缸口芯中的出气暗道堵塞易造成机体顶面皮下气孔，取消了用胶皮管形成出气通道的方式，而是在砂芯中埋设成型出气绳，通过出气绳来汇聚高温铁液烘烤砂芯所产生的气体，并通过出气绳将气体排出箱外。同时，减少黏结剂的用量，通过降低黏结剂在缸口芯中的发气量来减少气体侵入铁液的几率，从而保证纯净的铁液结晶成铸件。

（2）针对机体热节部位的缩孔，工艺上采取热节处增设冷铁的措施，加大缩孔部位的过冷度，以防止缩孔的出现。具体方法是：在横拉螺栓的热节两侧增设冷铁各1块；由于机体的汽缸盖螺栓孔处因自身的结构无法直接加冷铁，工艺上采取在其相邻缸口上加冷铁的措施；为进一步加大汽缸盖螺栓孔部位的过冷度，将其相邻部位的挺杆导孔的芯子改成铁砂芯，铁砂比为4∶6。

（3）针对轴承座皮下气孔，工艺上采取变更铁液流向的措施（图3-64），将浇注系统的内浇道引入位置由原来的位置改在轴瓦座的圆弧面上。同时，为了减轻铁液对砂芯的冲击，将内浇道的形状由扁梯形改为正喇叭形，且将各组元的比例参数调整为ΣA内∶ΣA横∶ΣA直=1.4∶1.2∶1，这样既可以避免由于重力的原因剧烈冲击砂芯，使铁液沿型壁充型，又可以使铁液的充型方向与气、渣的上浮方向一致，改变以往铁液流向与气、渣交叉的弊端，有利于气、渣的溢出。另外，可通过后续高温铁液的不断作用，将充型前期含有气、渣等杂质的低温铁液带出型外。

图3-63　机体铸造工艺改进前的截面示意图

1.铁液流向示意；2.气、渣上浮方向示意；3.轴瓦座；4.轴承座顶冷铁；5.内浇道；6.横浇道；7.横拉螺栓孔；8.直浇道；9.挺杆导柱孔；10.汽缸孔

图3-64　机体工艺改进后工艺截面图

1.铁液流向示意；2.气、渣上浮方向示意；3.内浇道；4.轴承座侧冷铁；5.横浇道；6.横拉螺栓孔侧冷铁；7.直浇道；8.挺杆导柱孔；9.汽缸盖螺栓孔底冷铁；10.汽缸盖螺栓孔侧冷铁

案例74　大蝶阀体缩孔、气孔的消除

生产条件及存在的问题　大型蝶阀体铸件净重900kg，轮廓（外形）尺寸为1400mm× 1200mm×400mm，大法兰有φ40mm加工孔，30个均匀分布，小法兰有8-M18螺栓孔（钻孔不铸出），最大壁厚70mm，最薄壁厚24mm，原铸造工艺见图3-65。铸造缺陷有冲砂、铁包砂（图3-65A处）、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、缩松、冷隔式的结疤等。补焊量和打磨量相当大，而且表面也不太美观，同时有的在钻孔内发现有孔洞，试水时有渗漏现象而报废。

解决措施

（1）改用本地产特制水玻璃和固化剂，既就地取材，降低成本，又能改善型砂性能，提高铸型品质，减少产生各种缺陷的根源。

（2）改进铸造工艺的设计，如图3-66所示，原工艺浇注系统采用耐火三通管，钢液在底部中间相碰汇合，造成冲砂，加上排气不顺，产生气孔，由于水玻璃砂冷却速度快，因而渣、砂、气不能上浮到冒口中，造成表面缺陷多。

（3）因上箱不高，冒口高度不符合要求，专靠在冒口上补浇，阻碍排气，并造成渣、砂、气回流现象，也是产生上述缺陷的根源之一，现特加冒口箱，提高冒口高度和容量，减少补浇钢液量也相应地减少砂、渣、气回流现象所造成的缺陷。

（4）改变冒口覆盖剂的品种，原使用的覆盖剂，虽然加在冒口上也能发热保温，但很快结壳，不但影响补缩效果，而且严重影响排气和排渣，现改用自制的覆盖剂，既便宜效果也好。

（5）浇注系统的改变。

①将原从法兰两端三通耐火管连接的浇注方法，改用从小法兰一端用4个内浇道进钢液，使型腔排气、排渣、排浮砂到冒口，比较畅通。

②加大直浇道断面积，由原来用φ50mm的耐火管改为φ70mm耐火管，增大流量，提高浇注速度。

③取消原两端连接耐火管的2个大暗冒口，改用在小法兰上放2个明冒口，便于排气和补缩，还改善了热节分布不均匀，不利顺序冷却的要求。

④在经常造成铁包砂A处，放水玻璃铬矿砂，消除了铁包砂的缺陷。

（6）严格按工艺要求控制浇温、浇速，把冒口浇满后，再补浇冒口。

（7）冒口除加高、加大斜度外还采用发热保温冒口，不但有节约钢液，提高冒口的效果，还可防止因水玻璃砂冷却速度快，影响补缩效果，防止在冒口根部和铸件连接处产生缩孔。

图3-65　原铸造工艺方案示意图

图3-66　改进后的铸造工艺方案示意图

案例75　采用雨淋式浇注系统解决铸件缩孔问题

生产条件及存在的问题　铸件材质QT60-5，重量180kg，主要壁厚50mm，其形状和尺寸如图3-67所示。全部进行机械加工，成品0.3MPa水压实验。铸型为普通黏土砂湿型，手工造型。砂芯为合脂砂，手工制芯。3t/h冷风冲天炉，40m3高压离心鼓风机，出炉温度1400～1420℃，稀土镁合金球化剂，包底冲入法球化工艺，硅铁出铁槽孕育，人工浇注。

原铸造工艺图如图3-67所示。考虑到球墨铸铁合金糊状凝固特点和石墨化体积膨胀作用，采用小冒口补缩。浇道通过冒口，保证在浇注过程中冒口的温度最高。另外，沿铸件的轴向分型，造型方便，易于定位，下芯准确，结果缩孔废品高达50%。

解决措施　改进后的工艺如图3-68所示，其分型面垂直于铸件轴线，铸件的底部安放冷铁，浇注系统采用雨淋式。由于此雨淋式与传统的雨淋式不同，叫贴边雨淋式。

贴边雨淋式与传统的雨淋式有不同点，由于金属液体附型壁流下，克服了传统雨淋式由于金属液自由下落，冲击力大，充型不平稳，因发生飞溅、氧化和卷入空气等，而易出现砂眼、冷豆、气孔和夹渣等缺陷的缺点。

另外，贴边雨淋式使进入铸型的金属液不冲击铸型内的金属液面，使铸型内的金属液面保持平静，上浮到液面的熔渣及氧化物夹杂则随液面平稳上升到铸件的自身冒口，而不能残留在铸件中，减少了夹杂类铸造缺陷发生的几率。

图3-67　原铸造工艺　

图3-68　改进后的铸造工艺

案例76　球墨铸铁件热节部位表面缩凹缺陷的消除对策

生产条件及存在的问题　生产的球墨铸铁件，都是重量小于5kg的小件；中频感应电炉熔炼，湿砂型造型，产品牌号为QT450-10、QT500-7及QT550-6，铸件经100%X射线探伤，不允许有缩孔及缩松等缺陷。由于球墨铸铁固有的糊状凝固特性以及铸件结构要求有较高的浇注温度，长期以来，生产的球墨铸铁件热节部位表面凹陷进去，铸件凹陷部位表面粗糙，有些像“鸡皮”，称之为“表面缩凹”缺陷。

解决措施

（1）改进型砂性能。

①选用优质原砂。原先因考虑成本和运输因素，选用江西原砂，江西砂与河北围场砂相比，虽然SiO2含量相差不多，但角形系数相差较大，江西砂角形系数为1.3左右，砂粒绝大部分是多角形的，小部分是尖角形和圆形的；河北砂角形系数为1.1左右，砂粒绝大部分是圆形的，小部分是多角形的。在粒度基本相同的情况下，用相同的黏结剂配制型砂，河北围场砂比江西湿压强度高40%左右，并且江西砂在使用过程中粉化严重，复用性差，使型砂含泥量居高不下，致使型砂透气性提不上去，水分降不下来。河北围场砂粒形好，可减少黏结剂用量及降低型砂水分，提高型砂透气性及耐火度，对减小铸件表面缩凹有利。公司现已全部使用河北围场原砂，取得较好效果，提高铸件质量的经济效益大大超过采购原砂超出的费用。

②选用优质膨润土。膨润土在型砂中起黏结剂作用，同时在高温时可以抵消硅砂的体积膨胀。在保证型砂湿压强度和热湿拉强度的前提下，膨润土的加入量越少越好，膨润土的细度对型砂性能影响较大，细度越大其比表面积越大，润湿和吸附黏结能力越强。

③合理控制型砂组分。合理控制型砂组分并在生产过程中维持连续的动态平衡，是型砂管理的一大关键。为此，应限制无效泥份进入，煤粉应经水洗精选后磨成，其灰分应≤11%。回用旧砂应充分除尘，使型砂中的含泥量控制在10%～13%范围内，含泥量太少会引起铸型回弹量增加，但一般不要超过15%，并应确保有效黏土含量在7%～8%的经济范围。铸件二次清理后的落砂及黏附在铸件表面上枯砂是不能作为旧砂使用的。为提高型砂性能，加0.2%～0.4%的琢淀粉可大大减少水分含量，提高型砂韧性，改善造型性能。

④合理控制型砂温度和水分。型砂温度高，砂型表面水分易蒸发，造成强度和透气性不均匀，造出的铸型表面易风干，使砂型表面变脆，尖角处容易产生冲砂、掉砂缺陷。型砂易粘模样和砂斗，粘模样使起模困难。旧砂温度必须控制在35℃以下。型砂水分太高，不易得到刚性铸型，铸件石墨化膨胀时易使型壁发生迁移，易产生表面缩凹缺陷，型砂水分是否合适，可用与湿压强度及紧实率的关系粗略判断。当型砂湿压强度≥4.5时，型砂太湿、太黏；当型砂湿压强度≤3.5时，型砂太干太脆；当型砂紧实率≤8时，型砂综合性能较好；当型砂紧实率＞8时，型砂综合性能变坏。

⑤合理控制混砂时间。国产混砂机混砂效率普遍偏低，大多只有40%左右，同时，为了减少膨润土用量，需要尽量选择优质膨润土，但膨润土质量越优，其混碾性能越差，故必须适当延长混碾时间。混砂后应增加松砂装置，防止砂饼产生。

（2）优化工艺设计。

①设计浇注系统时，应尽量使铸件中的温度场分布均匀，利于铸件同时凝固。铸件的冒口不要放在铸件的几何热节上，冒口应离开热节，以减小冒口对热节的干扰，避免产生新的热节；冒口又要靠近热节，以利于补缩。越是薄小件，要靠得越近。

②冒口颈尺寸要合适，太长，不利于冒口补缩，太短，此处型砂不易紧实，易引起此处型壁迁移和型砂过热，易形成表面缩凹缺陷。对小件，冒口颈尺寸取8～12mm之间为宜。

③提高型腔硬度可减少石墨化膨胀产生的型壁迁移，可显著减轻铸件产生表面缩凹缺陷倾向。

④适当增加上箱高度，提高铁液静压头，有利于铸件热节部位补缩。

⑤适当增大铸件热节部位过渡圆角，减少此处型砂过热。

⑥在热节处加放冷铁，可收到理想效果。

（3）选择合适的化学成分和浇注温度。

①碳当量的选择：碳当量的选择原则是上限以石墨不漂浮，下限以不出现渗碳体，有利于球化质量，获得致密铸件为宜。本厂选择碳当量为4.6%～4.7%。

②碳的选择：碳能促进石墨化，提高镁的吸收率，减小白口倾向，使石墨核心增多，有利于石墨的球化、细化和圆整度。碳量太高使缩前膨胀增大，用湿型时，易产生表面缩凹缺陷，碳量太低，易产生白口和缩松。故本厂碳量取3.7%～3.9%。

③硅的选择：硅固溶于铁素体，促进石墨化，提高石墨球的圆整度。若Si＜2.5%，缩松明显增加，若Si＞2.8%，表面缩凹倾向明显增大，故本厂硅量取2.5%～2.8%。

④锰的选择：锰稳定和细化珠光体组织，锰在共晶团晶界偏析严重，常比晶内高3～4倍，使晶界形成珠光体，甚至渗碳体，锰同时增大缩松倾向。故锰量取0.2%～0.3%。

⑤磷和硫的选择：磷和硫的含量宜尽量低，故P＜0.1%，S＜0.02%。

⑥稀土的选择：球墨铸铁中使石墨球化主要靠镁，稀土可抵消反球化元素的干扰作用，净化铁液可去硫、氧、氢、氮等气体，减少二次氧化渣，起到稳定球化的作用。故稀土量一定要和磷、硫及干扰元素结合起来选择。磷、硫及干扰元素含量都较低，稀土量取0.01%～0.02%。

⑦镁的选择：镁的含量应根据Mg/S的比值来选择，比值等于或稍大于2.5是合适的。残余镁量在0.03%～0.04%之间时，可以得到较好的综合力学性能。残余镁量太高，增加缩松及白口倾向；残余镁量太低，易使球化不良。

⑧微量元素选择：微量元素大多干扰球化，增大收缩及白口倾向，控制生铁中的微量元素含量≤0.15%，故要求选用优质生铁。

⑨浇注温度选择：浇注温度太高，增加表面缩凹缺陷，浇注温度太低，易产生气孔、冷隔及浇不满缺陷，小件浇注温度选择1320～1380℃，并且保证每包铁液要在7min之内浇注完毕。

（4）加强全面质量管理。

加强全面质量管理是提高产品质量和维持正常生产的重要手段。从原材料开始到生产出合格的铸件，在生产的各个环节中都要严格贯彻IS09002、QS900及VDA6.1质量标准。强调“预防”、“控制”和“持续改进”，建立起各项质量监控体系和巡检制度，使生产中的每个过程都处于受控状态，是彻底消除球墨铸铁件热节部位表面缩凹缺陷的有力保证。

案例77　发动机球墨铸铁连杆缩孔、气孔缺陷的防止对策

生产条件及存在的问题　轻轿车发动机球墨铸铁连杆毛坯重590g左右。连杆大头和小头壁厚为30.7mm，连杆杆部最小壁厚仅4mm，连杆整体壁厚差较大，且杆部工字形结构加快了杆部的冷却速度。连杆杆部与大头端交接处、杆部与小头端交接处截面突变大，金属堆积体积最大，是连杆热节所在，易在此处形成热节缩孔或缩松。

气孔是薄壁球墨铸铁件常见的缺陷。由于球墨铸铁连杆壁厚差较大，杆部壁厚小（4mm），极易产生气孔缺陷，从而降低连杆的抗疲劳性能，尤其是当气孔出现在连杆杆部时，更是连杆在使用中发生断裂的极大隐患。球墨铸铁连杆的气孔缺陷主要表现为表面气孔、皮下气孔和内部气孔。

解决措施

（1）消除缩孔、缩松缺陷。碳当量是影响缩孔缩松缺陷的重要因素：碳当量太低，使铁液凝固时石墨析出量减少和凝固收缩增加，并降低铁液流动性，从而降低铁液自补缩能力，使铸件产生缩孔或缩松。适当提高碳当量并加强孕育，可减少缩松倾向，但碳当量过高将增加石墨化膨胀力；相对石墨化产生的巨大膨胀力而言，挤压线的铸型刚性较差，不足以抵抗石墨化膨胀力的作用，从而使型腔胀大变形，而球墨铸铁件以糊状凝固方式进行凝固，故过高的碳当量导致铸件胀型而产生缩孔缩松缺陷，且碳当量过高易使铸件产生石墨漂浮缺陷。结合连杆的生产实际，应将碳当量控制在4.5%～4.8%范围内。孕育不充分也会导致缩孔缩松缺陷产生。浇注前孕育处理时，如孕育剂加入量不足或吸收率太低，将导致铁液凝固时析出大量渗碳体，使凝固收缩增加，从而产生缩孔或缩松。针对连杆热节缩孔、缩松，调整连杆的化学成分，将碳当量严格控制在4.5%～4.8%以内；采用复合孕育法，球化包内孕育一次，浇注包内再进行二次孕育，防止因渗碳体大量析出引起的缩孔缩松。

除严格控制化学成分及采用合理的孕育工艺外，还对浇注工艺进行改进，经多轮试验，采用如下两种工艺方案：一是在大头端采用顶注侧热冒口，铁液由铸型上部引入，使先期进入铸型的铁液尽快稳定，提前石墨化膨胀，从而加强自补缩能力，将小头端中心孔由通孔改为盲孔形式，使热节向小头端中心孔转移，从而将小头热节缩孔、缩松转移到小头端中心孔处，可通过加工中心孔去除该缺陷；二是采取立浇工艺，由小头去重凸台处引入铁液，使铁液平稳上升，利用小头的浇冒口的压力头及石墨化膨胀对小头进行补缩，大头冒口引入部分热铁液解决大头补缩的问题。试生产证明，两种工艺方法均能较好地解决连杆缩孔缩松缺陷问题。

（2）消除气孔缺陷。严格控制型砂透气性和砂型表面强度。型砂透气性控制在100～140范围内，低于100易使铸件产生侵入性气孔，而高于140会使铁液渗入砂粒间而形成粘砂或使连杆表面粗糙。砂型紧实度高有利于减少产生机械粘砂、胀砂、尺寸和重量超差、缩孔缩松等缺陷，但紧实度过高使砂型通气能力变差，易产生侵入性气孔。生产中砂型紧实度的测定，主要是通过测定砂型型腔表面硬度来反映，砂型表面硬度控制在HB85～95范围较为合适。

采用底注立浇工艺。连杆是薄壁小型铸件，因浇注时间短，凝固速度快，易卷入气体而产生气孔缺陷。通过采用底注立浇工艺，使铁液自下向上平稳上升，使铸型内气体得以顺利排出，从而防止该类气孔产生。

控制铁液含气量。必须保证原材料纯净和干燥，不允许携带水分、油脂、铁锈等含氢杂质；孕育剂、球化剂等中间合金在使用前烘干。上述措施可减少铁液含气量，有利于防止气孔缺陷产生。

皮下气孔是球墨铸铁铸件生产中较为普遍的气孔缺陷，铁液与砂型、渣滓或氧化膜等外部因素之间发生化学反应产生气体即产生皮下气孔。球墨铸铁中的镁与氧有很强的亲和力，金属与铸型界面的水汽被铁液中的镁还原而产生原子态氢，使界面铁液层吸氢成为富集氢的液层，凝固时，成为被包封液相中的氢，更富集而极易过饱和，氢从被包封液相中析出，最终形成皮下气孔。

针对皮下气孔缺陷，主要从以下几方面着手解决。控制铁液中残留铝量。湿型球墨铸铁件的危险残留铝量为0.030%～0.050%，在此范围内易产生皮下气孔，小于0.030%或高于0.050%的残留铝量不引起皮下气孔口。球化剂和孕育剂中均含有铝（球化剂FeSiMg8RE3中含铝约0.8%，孕育剂75Si-Fe中含铝约1%），为降低铁液残留铝量，在保证基体组织的前提下减少球化剂和孕育剂加入量，并对其含铝量严格控制，尽量将残留铝量控制在0.030%以下水平。

铁液球化处理后会产生氧化物、硫化物渣滓，若扒渣不干净，MgS随铁液进入型腔，上浮至金属和铸型界面的MgS同界面水汽发生化学反应，反应物H2S气体会形成皮下气孔，这种皮下气孔周边金属组织中石墨球化不良，常有片状石墨出现。为防止这类皮下气孔缺陷产生，采取二次扒渣，并采用聚渣效果更好的聚渣剂取代草木灰，可将渣扒净。在保证基体组织合格的前提下，适当降低球化剂加入量以减少残留镁量。

提高浇注温度对有效控制以上几种气孔缺陷十分重要。浇注温度提高，有利于液态金属中的气泡上浮。生产实践表明，浇注温度低于1320℃时易产生皮下气孔。为防止因浇注温度过低而引起的气孔缺陷，浇注温度（浇最末一型）不应低于1320℃。

砂型水分高是铸件产生皮下气孔的重要原因。从现场检测统计结果来看，当水分超过5%时，皮下气孔缺陷率相当高，应将型砂水分控制在5%以下。据有关资料记载，国外挤压线生产球墨铸铁件时砂型水分控制在3.3%～3.8%范围，连杆生产时，因生产技术条件所限，水分达不到该水平，经过试验调整，将水分控制在3.8%～5.0%范围（夏秋季取上限，冬春季取下限），取得了较好的效果。

另外，针对皮下气孔缺陷，在型砂中加适量煤粉，在铁液充型时，煤粉因受热产生的碳氢化物会发生气相热解而在金属和铸型界面上析出一层光泽碳，这层光泽碳阻止型砂与铁液的界面反应，有利于防止皮下气孔产生。但煤粉加入过多时，会因发气量过大而造成大量气孔缺陷，且引起连杆表面球化不良。有关资料推荐，湿型球墨铸铁件所用型砂中煤粉加入量控制在3%～8%（质量分数）范围内。因连杆属薄壁小件，且挤压线砂型紧实度较高，故适当减少煤粉加入量，控制在3%～5%范围。

案例78　采用优质型砂消除铸件气孔缺陷

生产条件及存在的问题　对铸件质量要求的提高，促进了新的铸造造型方法和设备的发展，高压、气冲、挤压、静压等造型设备都是在20世纪中后叶发展起来的。这些新的造型方法和设备的出现都是为了更快的生产出紧实度高而且分布均匀的砂型。新的造型方法和设备对型砂性能提出了更高的要求，型砂性能成为获得优质铸件的关键因素之一。实际生产中，经常出现气孔、砂眼等缺陷。

解决措施　我国一些铸造厂的湿砂型铸件表面质量不良、废品率较高的一个主要原因是所用的型砂原材料质量欠佳。膨润土在型砂中起到黏结剂的作用，其湿态黏结力、热湿态黏结力和复用性是反映膨润土质量的主要指标。如果所用的膨润土质量差，为了保证砂型的强度则需要加入较多的膨润土，型砂中积累的无黏结性的死黏土会逐渐增多。

有时尽管型砂的湿压强度显得足够高，但是型砂发脆，韧性低，起模性差，砂型容易破损，铸件可能出现砂孔、冲砂等缺陷。煤粉作为型砂的主要添加物，可以防止铸件表面产生粘砂缺陷，改善铸件表面光洁度，并能减少夹砂缺陷。如果长期使用质量差的煤粉，也会使型砂的性能逐渐变脆，尽管湿压强度高，但湿剪强度和湿拉强度降低，起模性变差，型砂含泥量变高，含水量居高不下，透气率下降，从而使铸件出现气孔、砂孔等缺陷。

型砂的紧实率能够表示型砂的干湿程度。型砂太干，膨润土的黏结力不能充分发挥，会造成型砂的强度不足，也不利于气冲等造型方法对砂型的紧实，砂型容易破损，铸件容易产生冲砂和砂孔等缺陷；型砂太湿，会造成型砂的流动性差，砂型不容易紧实均匀，同时过多的水分会造成铸件的气孔、针孔、呛火夹砂等缺陷。一般情况下，高压和冲击造型要求造型工位处的紧实率为35%～40%。

型砂的含水量是造成铸件针孔、气孔等缺陷的一个主要因素。当型砂处于最适宜干湿状态下，其含水量越低越好。膨润土和煤粉的质量以及混砂的工艺直接影响型砂含水量的高低。国外用高压造型、气冲造型方法生产汽车铸件的灰铸铁和球墨铸铁铸造工厂的型砂含水量大多数在2.3%～3.8%之间。

型砂的湿态强度反映出砂型承受各种外力的能力。砂型在生产过程中要经受起模、搬运、下芯、合型等过程，为了避免出现破损和塌落，必须具备足够的湿态强度。在浇注过程中，砂型还要承受金属液的冲刷和冲击以及石墨析出时的膨胀力，这些原因可能导致砂孔、疏松、胀砂等缺陷。尤其是发动机缸体、缸盖等复杂铸件，对于型砂的湿态强度要求较高。一般情况下，型砂在紧实率为40%时，湿压强度至少达到0.18MPa。

型砂的含泥量包括有效的和失效的膨润土的煤粉，由新砂、膨润土、煤粉等原材料带进来的粉尘和灰分以及硅砂颗粒破损而成的细粉，其中膨润土和煤粉是型砂中泥分的主要来源。含泥量过多会使型砂的含水量增高、透气性下降，铸件容易产生针孔、气孔类缺陷。而且，在达到相同的湿压强度水平情况下，型砂的韧性和热湿拉强度降低，铸件容易产生砂孔和夹砂缺陷。DISA公司推荐一般挤压造型机用型砂含泥量为11%～13%，原GF公司推荐气冲造型机用型砂含泥量不高于12%。

案例79　采用过桥冒口解决高牌号灰铸铁件的缩松缺陷

生产条件及存在的问题　1020制动鼓是市场需求量较大的汽车配件，其铸件结构见图3-69，特点是后外圆和外凸台后平面形成一直角，且壁厚差别较大，极易在A处形成热节，铁液最后凝固，补缩困难，易出现缩松缺陷。制动鼓材质要求为HT250，抗拉强度≥250MPa，硬度HB170～241。基体组织：珠光体＞90%，其余为铁素体、渗碳体。

制动鼓铸件原铸造工艺见图3-70，采用手工造型，湿砂型，砂芯，3t冲天炉熔化铁液。炉料配比：生铁33%，回炉料42%，废钢25%。焦铁比1/8。铁液出炉温度1450℃，浇注温度1280℃，铁液进行炉前孕育处理。两箱造型，刹车面由上型形成，采用中央底注方式。直浇道尺寸为φ28mm，设3条内浇道，内浇道总截面积为270mm。浇注后在I位置出现多处缩松。

解决措施　采用两箱造型，分形面位置不变，仍然采用中央底注式浇注。在上沿开一明冒口进行补缩，冒口和直浇道相连，冒口为斗形，上口直径φ60mm、高80mm，与直浇道相连的过桥见图3-71。

采用这种补缩方法可使铁液充满形腔后由直浇道通过过桥进入冒口，既防止了冲砂现象的产生，又使冒口的铁液温度高于型腔的铁液温度，补缩通道畅通无阻。冒口可以对A处进行补缩。浇注后，经过机械加工，未发现缩松缺陷产生。多次浇注试验表明，生产基本稳定。

为了改善力学性能，做如下改进：直浇道由原来的φ28mm改为φ24mm；在浇口窝上放50mm×50mm的过滤网；将内浇口的截面积降到240mm2，数量由3条增到5条，增加了挡渣能力。力学性能达到HT250的材质要求。

图3-69　制动鼓铸件结构图

图3-70　制动鼓铸件原铸造工艺简图

图3-71　改进后的制动鼓铸造工艺简图

案例80　降低出钢温度消除气孔缺陷

生产条件及存在的问题　STR弹簧滑板是汽车底盘上支架类铸件，其结构见图3-72，单件质量23.5，材质ZG230-450。该低碳钢铸件铸造工艺为：潮模铸造，型板800mm× 12130mm，1箱6件，因为使用要求A面不得有披缝，所以将铸件全放在下箱，采用盖芯形成4个减轻孔，在图3-72中，1、2两个面布置2个冒口，冒口颈由盖芯形成。

这个工艺生产的A面光滑无披缝，满足了使用要求。但新的问题接踵而来，那就是铸件冒口气割后发现大量气孔，由于装配时该铸件四角要加工螺孔，所以有气孔的铸件全部报废。而且每次都是一炉所浇注件几乎全是气孔，成批量报废，该件综合废品率始终徘徊在40%左右。

解决措施　针对易形成气孔的低碳钢，在保证铸件化学成分的前提下，消除气孔危害的重点就在于降低钢中氧含量，为了避免钢液溶解过多的氧化亚铁，除保证正常的脱氧以外，控制适宜的熔炼温度和浇注温度就显得很有必要。在保证钢液充满铸型获得良好的铸件表面品质的条件下，应采用较低的浇注温度。

（1）把出钢温度控制在钢液结膜时间为27～33s范围内（热电偶测温为1560～1600℃）。

（2）扎排气孔：由于潮模铸造，该铸件又采用盖芯结构，要加强铸型内腔的排气。在每个铸件冒口处扎4个φ16mm气眼。

图3-72　STR弹簧滑板简图

案例81　缸体铸件气孔缺陷的控制

生产条件及存在的问题　4100系列柴油机缸体铸件，选用材质为HT250。轮廓尺寸为550mm×293mm×358mm，主要部位壁厚5mm。其中，主水道面壁厚最薄处6mm，最厚处14mm。生产缸体铸件采用的是德国KW静压造型线生产，一箱一件。推杆室和机油泵侧放在下箱，主水道侧置于上箱。生产该铸件共用12个砂芯，全部采用呋喃树脂砂射制。砂芯单个浸水基涂料后，通过表面干燥炉烘干。主要砂芯在组芯平台上组好后，用自动下芯夹具放置在外型内。外型下箱的全部和上箱的局部喷醇基涂料并点燃。每个砂芯均设计有排气系统。上箱缸头部位设计有9个型腔通大气排气针，上箱曲轴箱部位前后两侧各设计有4个型腔通大气排气针，型芯砂粒度50/100目。

浇注系统为半封闭底注式，浇注温度1380～1435℃，浇注时间17～22s。气孔缺陷90%以上集中在缸体主水道面上，该部位远离内浇道、且在上箱缸头部位最高处。气孔绝大多数在机加工后才暴露出来，远离出砂孔的浅小气孔允许焊补。

解决措施

（1）控制第一类侵入性气孔的主要措施。产生第一类气孔时，浇注过程中往往伴随有水爆现象。经反复摸索，高压造型的水爆主要是型砂水分高和型砂透气性差造成的。针对这个问题，在型砂方面主要采取了如下措施：①更换膨润土；②将煤粉替换为含α淀粉型 砂添加剂（MD粉）。使用现膨润土和原煤粉后，膨润土补加量由原来的1.8%～2.0%下降为1.4%～1.6%，但旧砂含泥量大约一半仍然超过13%，浇注过程中的水爆现象仍有发生。

经分析，所选用现膨润土的质量仍不能满足使用要求。为了不提高膨润土的采购成本，选择了型砂添加剂来弥补现膨润土质量的不足。经试用，型砂添加剂不仅能防止铸件粘砂，而且能提高型砂强度和韧性，因而可进一步减少现膨润土加入量。同时使用现膨润土和MD粉后，在保证型砂湿压强度基本不变、且不添加新砂的情况下，膨润土的补加量仅为1.0%～1.2%，MD粉的补加量相比煤粉下降约55%，补加量仅为0.23%～0.27%。

对旧砂性能的监控是确保型砂性能稳定受控的前提。旧砂的含泥量和发气量是两个非常重要的工艺参数，其控制范围经过了多轮工艺试验。旧砂的含泥量超过13%时，型砂水分很高而透气性却很低，浇注过程中的水爆现象很难避免，将出现气孔缺陷和水爆粘砂。通过更换膨润土和使用MD粉，导致了粉料加入量的大幅下降，从而降低了旧砂含泥量，由此带来了型砂水分的降低（型砂水土比约为0.27）和透气性的上升，达到了消除浇注过程中的水爆现象的目的。水分下降是型砂发气量大幅下降的根本原因，也是这类气孔减少的主要原因。型砂的发气物质中，水分的发气量是最大的，所能检测的发气量仅仅是除水以外的小部分。

（2）控制第二类侵入性气孔的主要措施。

①为了消除接触热节，取消3个出砂孔附近的3个φ16mm的排气针，重新布置3个排气片。

②在缸体顶面铸件之外新增3个φ16mm的排气针，以便弥补型腔排气不畅。为了避免产生新的接触热节，排气针通过一个小过桥与铸件顶面连接。更改排气针位置后，这类缺陷基本没有再出现。

（3）对两类侵入性气孔都起作用的其他措施。

①砂芯的烘烤工艺要合理，特别是主水道砂芯。烘烤后，要确保砂芯水分少于0.1%。

②修改模具，完善主水道砂芯和缸筒芯的芯头堵住金属液跑火工艺，杜绝铁液进入砂芯的排气通道。

③在保证砂芯的热抗拉强度、冷抗拉强度的前提下，尽量减少树脂加入量。树脂加入量已由原来的2.3%～2.5%控制在1.9%～2.1%，小砂芯的树脂加入量已由原来的2.4%～2.6%控制在2.1%～2.4%，砂芯的发气量均少于16mL/g。

④适当延长热芯盒呋喃树脂砂芯的固化时间。同化时间100s的树脂砂芯比固化时间70s的树脂砂芯发气量下降约0.5mL/g。

⑤要选用发气量低的水基涂料或醇基涂料。使用的涂料效果较好，能有效减少型内的发气量。

⑥涂敷涂料并烘烤后的砂芯，在干燥季节存放期不得超过96h，潮湿季节存放期宜不超过48h。

⑦优化熔化、浇注工艺参数。适当提高浇注温度，可降低铁液黏度，侵入金属液的气体容易上浮、外溢。适当提高浇注速度，可尽快建立铁液的静压力而避免气泡的侵入，但速度过快特别是浇注末期，会使大量的内腔气体排出困难，反而易造成气孔。铁液碳当量应控制在3.8%～3.95%，试棒抗拉强度应控制在230～290MPa，当碳当量低于3.8%或抗拉强度大于290MPa时，气孔废品明显增加。

案例82　大型机床灰铸铁件导轨疏松的防止措施

生产条件及存在的问题　立柱材质为HT300，两条导轨长度在5500～6900mm之间，导轨截面尺寸为350mm×200mm，铸件毛重在27000～32000kg之间。由于导轨处壁厚较大，机械加工后，常出现不同程度的疏松现象。

解决措施

（1）改变孕育方法。将炉前孕育改为浇口箱孕育，防止孕育衰退。

（2）提高熔炼能力、缩短铁液低温静置时间。在原熔炼能力情况下，27t的立柱与32t的立柱，导轨断面尺寸完全一样，但后者疏松情况较前者明显严重，主要是因为铁液低温静置时间长近30min。在原熔炼能力的基础上，购置了15t电炉，使铁液停放时间缩短了90min左右，有效地防止了过热效果的衰退。这一措施使导轨质量显著提高。

（3）加快冷却速度。原立柱铸造工艺导轨宽面铺240mm×120mm×30mm石墨冷铁，现将导轨侧面也铺设上石墨冷铁，并将石墨冷铁的厚度由30mm加厚到40mm，以加快导轨的冷却速度，改变石墨形态、细化晶粒，防止疏松。

经采取上述措施后，立柱导轨疏松得到明显改善，基本上消除了疏松现象。

案例83　JY110摩托车箱体压铸件气孔缩松缺陷解决对策

生产条件及存在的问题　生产JY110摩托车发动机右箱铝合金压铸件，由于其工作环境的特殊性，对气密性要求高，对压铸件在浸渗前做3×105Pa气密性检测，发现合格率只有20%。根据分析，将浇道附近的几个孔剖开，通过肉眼观察就可以看见孔壁有气孔。对剖开的部位进行腐蚀处理，发现气孔现象严重，组织致密度差，气孔较大并有明显的缩松。

解决措施　JYl10箱体压铸件形状复杂，产品气密性要求高，在内浇道附近型芯很多。金属液进入型腔以后，不能让进入型腔的金属液直接冲击型芯，以免更多的气体卷入，原来的内浇道设置不合理。具体改动方案如下：原模具的两个内浇道的位置右移，设在2个错位型芯之间，避免金属液进入型腔以后正面直接冲击任何一个型芯。依照此修改方案进行压铸，将压铸件原来有问题的部位剖开进行检测，发现左端的气孔问题得到完全解决，但是右端的气孔问题还是没有得到解决，同时产生缩松。

由于左边的气孔问题得到解决，重新设置的浇道不再改动，主要解决右端型芯的缩松问题。从浇道位置和压射速度2个方面进行全面考虑。全部采用薄浇道，提高注射压力和注射速度，使金属液快速充满型腔。这次改造方案得到成功，缩松问题完全解决，原来20%的产品气密性合格率提高到96%以上，加工后表面无气孔。

对于形状复杂的铝合金压铸件，很容易产生气孔和缩松，为了防止气孔并改善铸造性能。必须改善合金液的充型性能，使之填充型腔的同时，能完全排尽型腔内的气体。考虑分型面、尽量少使用型芯等的同时，还要更多地考虑内浇道的设置问题。

案例84　汽缸盖气孔缺陷的解决

生产条件及存在的问题　柴油机汽缸盖毛坯单重20kg，外形尺寸为225mm×149mm× 125mm，材料为合金铸铁。造型线砂箱尺寸大小为900mm×700mm×320/320mm，采用组芯方式。经过整体浸涂料、表干、烘干、下芯等工序，每箱铸造4件，在Hansberg射压线上生产。在产品批量投产后，由于铸件气孔原因造成的汽缸盖的废品率一直居高不下，占废品率的75%左右，主要分布在铸件上表面和螺栓孔侧面，如图3-73。

解决措施

（1）采用阶梯式浇注系统，并改变内浇道位置。在汽缸盖生产中，一般采用的是封闭式浇注系统，防止由浇注系统裹入气体，同时具有较好的阻渣能力。

通过采用合适的内浇道位置与数量，配合适当的出气冒口系统，可以有效地解决侵入性气孔问题，减少缩松倾向，得到高质量的汽缸盖铸件。

采用阶梯式浇注系统，铁液充型后，型腔内金属液的温度上部高于下部，有利于顺序凝固和冒口的补缩，减少缩松、缩孔倾向，提高汽缸盖的气密性。

经分析认为，挺杆侧面气孔缺陷主要是由以下原因造成：该处铸件壁厚较其他部位肥大，又靠近内浇道，见图3-74。因此在凝固过程中，易形成热节。另外，该处砂芯密集，而且远离砂芯芯头，排气困难，砂芯和铁液中的气体在铸件凝固期间最终集中于此形成气孔。热节的存在也加大了该部位的缩松缺陷。为解决以上两个问题，除考虑芯子排气顺畅外，还考虑如何减轻该处的热节倾向，以达到同时凝固的目的。在其他涉及因素不改变的情况下，我们重新考虑了内浇道的引入位置，见图3-74。实际生产表明，内浇道位置的改变减轻了该处的热节倾向，使该处气孔缺陷大幅度下降，达到了预期的效果。

（2）使用碲涂料。图3-73（b）螺栓孔侧面气孔若能移到壁厚的中心位置，则可以在加工工序中去除，若气孔向壁厚内侧偏移，则无论气孔将壁厚穿透与否，都造成铸件的报废，为了加快气孔缺陷内侧金属的冷却凝固，将可能产生的气孔引入螺栓孔可加工范围，因此使用碲涂料。

碲是一种强烈加大金属液过冷度的元素。为使挺杆孔侧面快速冷却，在水夹层靠近气孔缺陷的部位上（图3-73）刷上含碲10%的醇基快干涂料。碲涂料的使用一方面可以使该部位的铁液快速凝固，避免砂芯和铁液中的气体最后聚集在此形成气孔；另一方面又使此处组织致密，防止打压漏气。

（3）使用出气棒、冷却片。为保证浇注过程中，砂型型腔中的气体能顺利排出和在铸件凝固前加快铁液中的气体排出，在铸件模板的上顶面设置出气棒和出气片。

出气棒，一方面可以引导气体从铸件上顶面排出；另一方面又可将较早进入型腔的低温铁液排出，延迟铸件外表皮的凝固时间，保证进入铁液中的气体从铸件的其他部位顺利排出。但应注意，冷却棒的直径应控制在一定的范围内，否则将在出气棒和铸件的相接部位形成热节，起相反的作用。

蓄气冷却片，用在汽缸盖上表面面积较小的凸台处，由于上平面凸台在浇注过程中易积蓄气体，气体难以从型砂内排出就会形成气孔。蓄气片却在浇满前起一定的蓄气作用，浇满后冷却片本身迅速冷却，起到冷铁作用，使热节远离，减少此处气孔的形成。冷却片对解决汽缸盖上表面狭窄密封带的气孔问题具有良好的作用。汽缸盖通过蓄气冷却片的使用，此处气孔缺陷出现的几率基本降低为零。

（4）正确的组芯。由于水夹层芯在浇注过程中除两侧的小芯头外（图3-74），其余部分完全被包围在铁液中，因此，水夹层芯中气体的排出十分重要，为此，在水夹层芯盒的设计中增加了排气道。在组芯时，上下水夹层的排气道应上下对齐，且不能被黏结剂阻塞，这对于保证浇注过程中水夹层中的气体沿排气道从芯头顺利排出非常重要。

另外，水夹层在组芯时应将上下结合面研平，以保证组合后无披缝。在有披缝的情况下，铁液钻入披缝可能将出气道堵塞，影响了砂芯中的气体排除。

（5）控制其他工艺因素。由于生产组织的问题，经常导致砂芯生产储备过量。若是用了存放时间较长的砂芯，则铸件气孔缺陷明显增加。原因是砂芯存放期间自然吸潮，造成砂芯的发气量增大。为此，要求使用前存放期超过3天的砂芯应进行烘干处理，以去掉砂芯中的水分。型砂的水分和透气性应严格控制。水分应控制在3%左右，透气性要求大于100。

图3-73　汽缸盖缺陷分布图

图3-74　改进后的工艺简图

案例85　半连续铸造铝青铜铸锭气孔、缩孔的预防措施

生产条件及存在的问题　铝青铜是由铜和铝两种元素为主的铜合金，它具有很高的强度和耐磨性、高温耐蚀性及抗氧化性，特别是在大气、海水中也有很好的耐蚀性，所以它被广泛应用于制造齿轮、飞轮、滑动轴承、导向摇臂衬套等机械零件，已成为工业不可缺少的原材料之一。因为其成分含有铝元素，铝的特性极其活泼，所以，铝青铜具有在熔炼时，吸气性较强、易氧化生渣，在铸造凝固时，体积收缩量大、导热性差等一系列铸造工艺特性，因此，它在半连续铸造时容易出现内部气孔、中心缩孔等缺陷。

解决措施

（1）投炉料应进行烘干或重熔后再投炉。熔铸时与溶液接触的工具，如搅拌棒、捞渣勺、浇注时所用的引锭座和结晶器都不得含有或粘有水分，以免液体吸入过多的气体使铸锭产生缺陷。

（2）防止浇铸温度过低。因为浇铸温度过低时，液体在结晶器内的流动性变差，甚至当液体流入结晶器后就开始凝固，这时由于液体内的气体在液体凝固时要排出液体之外，表面凝固的壳体阻止了气体的排出，气体就会滞留在液体内，铸锭全部凝固后，铸锭内部就会产生气孔、缩孔、疏松等缺陷。

（3）防止浇铸温度过高和凝固速度太快。因为铝青铜液体的温度越高，其液体中含气量就越多，如果速度太快，气体来不及排出就会形成铸造缺陷。

（4）结晶器的设计高度可适当降低，结晶器降低有利于液穴深度变浅，缩小液体与固体的过渡带，有利于气体迅速排出以及液体的补充。

（5）控制拉锭速度与冷却水压。如拉锭速度快，因铝青铜导热性差，当铸锭离开结晶器时，液体还来不及充分凝固，由于水压大，冷却速度快，外边的金属已经凝固，而中心的液体尚未凝固，这样气体因排不出将被滞留铸锭中，形成气孔、疏松等缺陷。待铸锭完全冷却后，因体积进一步缩小，需要液体的补充，但上面的液体已经无法补充进去，还会形成集中缩孔，甚至是整条中心缩孔。

案例86　采用高温停放工艺解决缸面气孔缺陷

生产条件及存在的问题　烘缸缸体毛坯，直径1500mm，高1500mm，主要壁厚45mm，最大壁厚115mm，重3t，材质为HY200。该件结构简单，但要求严格，内外表面要加工，总装后要进行0.5kPa的水压试验。

铸造采用雨淋式浇注，高温1380℃出铁，1330℃浇注（光学高温计测量）。但是，在缸体上部薄厚相接处的外表面上有规律性地出现一片片的气孔，每片面积约60cm×60mm，每片气孔少则有十来个，多则成片。气孔大部分表面光亮，个别的内夹有石墨粉和灰渣。气孔大部分都很小，最小的只有米粒大，大的有黄豆粒太，但为数不多。经机加工后，大部分气孔可以去掉，个别去不掉的就成了废品。

解决措施

（1）对废钢进行挑选。应用的废钢质量比较差，锈蚀严重，厚薄悬殊，油腻较多。用时未经挑选，只要是钢都往炉里加，这是造成铁水内含气量增加的原因之一。据此，要求对废钢进行严格挑选。

（2）不用湿焦炭。应用的焦炭放在露天，下雨易淋湿。为了降低热炭的水分，应天晴时多备焦炭，以备雨天使用。

（3）提高铁水出炉温度。使铁水出炉温度达1380℃以上，以利铁水中的气体溢出。

采取以上改进措施后，气孔稍有减少，而且位置也向渣头方向靠近了，但仍不能彻底解决。后来我们又采用了以下两点措施：①采取高温停放工艺，在1380℃高温出铁后，长时间停放，有时长达6～7min，使铁水里的气体有充分时间溢出，直到铁水表面很平静，没有一点儿翻滚现象时，才进行浇注；②延长浇注时间，把φ14mm的雨淋孔改成中φ12mm，使浇注速度减慢，造成良好的顺序凝固，使铁水中的气、渣子等，移到渣头部位。

经这些措施后，缸面上的气孔全都消失了。

案例87　柴油机缸体金属气孔的消除

生产条件及存在的问题　柴油发动机缸体、缸盖，其材质为HT250，采用湿型砂铸造工艺。长期以来，气孔一直是铸件废品率高的主要原因，占废品总数的30%～50%。

解决措施　要解决金属气孔就必须控制铁液中的气体含量，并且提高铁液流动性，以利于气体溢出。为此，在熔炼时，关键要控制以下几个方面。

（1）控制焦炭质量。除控制焦炭固定碳、磷、硫含量外，还要控制水分不能大于5.0%。一方面，水分作为主要控制项；另一方面，在干燥季节尽量储备足够的焦炭供雨季使用，从而减少铁液中气体含量。

（2）化学成分控制。控制化学成分主要目的在于确保铁液流动性。首先铁液不能有氧化倾向，若采用双联熔炼，铁液在电炉中要考虑到碳、硅等元素的烧损。

（3）孕育控制。孕育量是控制产生气孔缺陷的关键，用量一般不得超过0.5%，但考虑到加工性能，孕育量太少加工困难，因此，就得在原铁液上想办法，使原铁液含硅量不得低于1.50%，同时还要求原铁液含硅量不得高于2.10%，否则孕育量过低；若小于0.2%时则达不到孕育效果，将导致抗拉强度达不到要求。为此，必须使孕育量控制在0.2%～0.5%之间。孕育剂必须烘烤、干燥后才能使用。另外，孕育剂中还必须控制含铝量，使其含量小于2.0%，以进一步降低氢气的析出。

（4）浇注温度。要求浇注温度不得低于1400℃，这主要从熔炼上想办法。一般采取的措施有：提高底焦高度、稳定风焦比、提高层焦加入量、提高焦炭固定碳含量等。

案例88　柴油机汽缸体缩孔的防止

生产条件及存在的问题　X4105与X6105柴油机汽缸体材质牌号为HT250，黏土砂湿型，高压造型，砂型硬度HB90～95，树脂砂芯。由于工艺因素的波动，汽缸体位于上型的厚壁法兰交接处与油管连接的凸起部位产生缩孔。

解决措施　砂型与砂芯发气量大而且发气速度快，来不及排于型外的气体集于型腔内，占据了空间，导致汽缸体位于上型最后凝固的厚壁部分产生气缩孔缺陷。

若砂型水分过高与树脂含氮量高或芯砂中树脂加入量过多，铁液浇入铸型内，产生大量气体，铸件易产生气孔与缩孔废品。

防止措施主要是减少型、芯砂的总发气量，这是治本的办法，型砂水分控制在4.5%～5.0%范围内，采用品质较好的树脂并保证芯砂有足够热湿拉强度条件下，尽量减少芯砂中的树脂加入量。同时增加出气孔和防止砂芯出气孔被堵死。砂型硬度不宜太高，吃砂量不宜太大，改善砂型的透气性。

（1）化学成分对汽缸体缩孔废品的影响。灰铸铁的碳当量愈低，抗拉强度与Si/C值愈高，汽缸体愈容易产生缩孔；当CE≥3.96%时，灰铸铁汽缸体很少产生缩孔废品。

（2）Si/C对汽缸体缩孔的影响。当Si/C＞0.55，灰铸铁汽缸体容易产生缩孔废品；CE一定时，灰铸铁缩孔率随Si/C的提高而增大，Si/C从0.5增至1.0时，缩孔率约增大30%。

当CE一定时，随着Si/C的提高，铁液凝固结晶温度范围变宽，初生奥氏体枝晶析出量多且粗大，石墨析出量减少，是造成铸件缩孔率增大的原因。

（3）铬对灰铸铁汽缸体缩孔废品率的影响。随着铬含量的提高，灰铸铁汽缸体缩孔废品率增加，灰铸铁汽缸体以Cr≤0.15%为宜。

案例89　改变凝固顺序解决铸件缩孔裂纹缺陷

生产条件及存在问题　T型线夹TY-800/70，外形尺寸125mm×240mm×210mm，铝管外径φ65mm，内径φ40mm，引流端子加工厚度25mm，材质采用Al 99.5，质量2.73kg。零件结构及铸造工艺见图3-75。

铝液采用天然气200号石墨坩埚炉熔炼，浇注温度700～720℃。第一次生产300件，有部分产品在端子板与铝管连接转角处出现线形横向裂纹，报废50余件。进入铣面工序后，在完成铣引流面后却发现引流铝板中央都有一个严重的缩孔，缩孔最大截面φ20mm，属于不合格品。

解决措施

（1）将原来的浇注系统倒置，压缩管部分定在系统的下方，引流板定在系统的上方，这样可以保证引流板作为最后冷却的部位。

（2）在引流板中央的上部新增设一个冒口，专门用于对引流板的补缩。改变后的浇注系统，如图33-76所示。

图3-75　原设计的TY-800/70浇注系统简图

图3-76　改进后的TY-800/70浇注系统简图

1.型腔；2.新增冒口；3.浇道

案例90　消除砂箱铸造铝合金铸件气孔缺陷的探索

生产条件及存在的问题　实际生产中，铝合金铸件会出现多种缺陷，气孔是砂型铸造中经常产生的缺陷，是影响铝铸件质量的重要问题。气孔常出现在大型铝铸件的厚大部位以及中小型铝铸件的冒口根部和加工端面。气孔的产生除与型砂的水分、透气性有关外，还与合金的熔炼质量及合金的原材料有关，如何消除该缺陷值得铸造工作者重视。

解决措施

（1）铝合金铸件中产生气孔的机理。铝合金铸件形成气孔的主要原因是合金中含有过量的氢气，氢含量占所含气体含量的80%～90%，其余是氮气、氧气和一氧化碳等，而氢气则来源于大气以及各种金属原材料、熔剂和涂料中的水分受热分解。在高温条件下发生H2O=2H++O2-反应，这是一个可逆反应。分解出来的氧又容易与金属液生成熔点较高的三氧化二铝，反应方程式为：2Al3++3O2-=Al2O3，这样就促进了水蒸气的高温分解，氢离子便不断向合金液中扩散。氢以两种方式存在于铝液中：第一种是分解为原子状态溶解在铝液中，称为溶解型，约占90%；第二种氢则以分子状态气泡形式吸附于夹杂物的表面或缝隙中，称为吸附型。由于氢在铝合金液中的溶解度是随温度上升而增大的，所以在熔炼的过程中合金液将吸入大量的氢气。而在结晶凝固的过程中，由于温度降低表层首先凝固且合金的黏度增大，虽然氢的溶解度降低需要从金属液中析出，但是已经很困难了，这样滞留在合金液中便形成了气孔缺陷。熔化、保温时间越长，氢含量越高。

氢在合金液中的溶解度除与温度成正比外，还与压力以及空气的湿度即氢分压成正比。根据西华特定律，氢在铝金属液中的溶解度［H］与液面上氢分压PH2有关系式：

式中KH——氢的溶解度系数；

　　T——热力学温度；

　　A、B——常数。

合金元素及其含量对溶解度也有一定的影响，硅、铜含量增加则氢的溶解度降低，镁含量增加则氢的溶解度增加。合金成分不同，合金液中氢的临界含量也不同，ZL104铝合金为亚共晶型铝硅合金时吸氢量最大。

（2）防止铝合金铸件气孔缺陷的措施。要防止砂型铸造中铝合金铸件气孔缺陷的产生，就要采取有效措施尽量减少原材料的水分，强化熔炼质量管理，合理选择铸造工艺，提高铸型的排气能力。具体有以下几个方面：

①所有原材料及熔炼用工具都要仔细清除表面的锈迹、油污及熔渣等，中间合金和回炉料的质量也要控制好，质量差的回炉料如碎金属屑、浇冒口不宜大量使用。金属原材料、变质剂、精炼剂、浇包、搅拌勺等在使用前都应该烘干，而坩埚则应预热至暗红方可以加入熔料。通常在金属表面除了凝聚水外，还有与金属氧化膜作用形成的结晶水，在200～300℃低温烘烤只能去除部分凝聚水和溶解水，只有在500℃以上才比较容易除去大部分结晶水。

②操作中应尽量缩短熔炼时间，减少合金的吸气量。熔炼温度不宜过高，温度越高，吸气量越大，一般不超过800℃，熔炼过程要有测温装置控制。还要控制变质时间，变质时间越长，变质温度越高，氧化与吸气越严重。由于铝合金液面的氧化膜有保护作用，可以防止金属液直接与大气中的水分反应。在熔炼、浇注过程中要尽量避免破坏液面的氧化膜，精炼、变质时搅拌勺在液面下平稳搅动。特别是精炼操作要细心，精炼工序是防止气孔重要的一环。金属液浇注时应平稳，速度均匀，浇包和铸型之间保持最小的垂直距离。

③控制砂型的透气性。砂型的透气性过高，容易使金属液渗入砂粒间而形成机械粘砂，或铸件表面粗糙大、尺寸超差等缺陷，透气性过低，则形成气孔缺陷的倾向大。一般砂型的面砂的透气性宜较小，表面硬度较低；而背砂的透气性应偏高些，同时硬度更大以便搬运，有利于保证铸型的整体透气性。在不塌箱的前提下，型砂透气性一般为80～100。

还要严格控制砂型中的水分含量，一般控制在4%～5%。砂型水分含量过高，气孔缺陷加剧。型腔修补时，刷水不能太多。浇注场地不宜洒水，保持空气干燥是一个不能忽视的问题。

④在砂型扎通气孔。在砂型的上型及下型应扎通气孔，以增大在浇注过程中气体的排放。气孔的顶端与型壁应该有一定的距离，一般为4～6mm，距离太大不利于排气。大型铸件的下型排气更为重要，除扎出出气孔外，还可以将铸型用砂垫高。同样，型砂也要保持干净，回用砂及原砂中的杂质要及时清理。

⑤增强砂芯的排气能力。大型复杂铝合金铸件免不了要放砂芯，由于砂芯中的黏结剂在高温浇注时会产生一定的气体，要设法排放。通常的方法有在砂芯中设置排气道、埋放蜡线、扎气孔等，体积较大的砂芯可填放炉渣或焦炭块，这些措施都非常有效。在砂芯的芯头处应该配合有气孔排气，如果砂芯的芯头与砂型的间隙较大，可用石棉绳阻拦金属液，防止金属液堵住排气孔。大型复杂铝铸件在浇注时还应该在排气系统出口处点火“引气”，以减少排出的压力，有助于气体的排放。

砂芯中黏结剂及添加剂的用量应合理。黏结剂的发气量一般很大，在保证砂芯使用性能的前提下应尽量减少加入量。对于桐油砂芯，桐油加入量的质量比一般为2%～3%。为提高砂芯的湿强度和表面硬度，加入糊精的量一般为1%～2%，糊精的发气量很大，因此加入量要严格控制。此外，砂芯在使用前应长时间烘烤，待冷却后方可放入铸型。

⑥增强冷铁排气。为形成顺序凝固，某些铸件会放置冷铁以提高冷凝速度，而冷铁的排气性较差。为改善冷铁的排气性，可在冷铁上拉通气槽以及涂上耐火涂料等。

案例91　运用均衡凝固理论解决连杆的缩孔缺陷

生产条件及存在的问题　某曲柄连杆铸件，是一个重要的运动部件，承受交变的弯曲应力和旋转应力，故铸件的强度、刚度、耐磨性能等都有要求。材质牌号为QT450-10，最大壁厚为70mm，轮廓尺寸为510mm×150mm×70mm，铸件毛坯质量约17kg，结构见图3-77。铸造技术要求：力学性能按附铸试块的力学性能验收，铸件不允许有夹砂、气孔、夹渣、缩孔等缺陷，在图3-77的A部位需进行超声波和荧光探伤检查，B部位需进行超声波检测，交付时进行退火处理。从结构上可以看出，铸件两端有厚大热节，容易产生缩孔、缩松缺陷。

解决措施

（1）铸造工艺实验方案的确定。通过分析铸件结构，经过讨论，确定了以下两种铸造工艺实验方案。

①按照传统铸造工艺理论，为实现顺序凝固，采用两箱造型，连杆的大小两端各有一个暗冒口补缩，内浇口从连杆的大端引入铁水，并在内浇口旁设置体积较大的暗冒口补缩。

②按照均衡凝固理论，改大冒口为有限压边冒口和小端无冒口工艺，简化了造型工艺。铁水从连杆的大小端压边浇冒口与杆身交界处的缝隙注入，经冒口下承窝进入型腔；连杆小端设置排气孔。铸造工艺方案的示意图如图3-78，设置随形冷铁，冷铁长度约大小端圆环的一半，采用扁平内浇道。

采用大孔出流理论确定压边浇冒口参数的经验公式为：

F=1.1-1.5G1/2（cm2）

D=0.9-1.3T（cm）

H=1.2-1.5D（cm）

H=0.2-0.4D（cm）

e=0.5-1.2（cm）

式中　F——压边缝隙截面积，cm2；

　　　G——铸件质量，kg；

　　　T——热节圆直径，cm；

　　　H——冒口高度，cm；

　　　H——冒口底部承窝深度，cm；

　　　e——压边宽度。

设计直浇道直径D直=50mm，压边缝隙截面积为8mm×58mm。

（2）生产效果。经过多次生产实验及性能检测发现，采用铸造工艺方案一生产的铸件，在连杆大小端与杆身交界处（图3-77中的A处）及大小端处（图3-77中的B处）经超声波检查发现内部产生大量的缩松及缩孔缺陷在所生产的40件铸件中工艺废品率高达30%。而采用铸造工艺方案二生产的120件铸件，经超声波和荧光探伤检查都未发现缩孔、缩松及裂纹等缺陷，偶尔会有由于操作者操作不慎而造成掉砂缺陷，工艺废品率下降到5%以内。随后又生产了500余件铸件，经检测表明该工艺稳定，生产的铸件质量符合标准要求。

图3-77中连杆的B处圆环壁厚大，凝固时形成一个体积较大的几何热节，体积收缩大，难以得到有效补缩，最终导致出现缩松缺陷。而连杆的A处位于厚壁大小端与薄壁杆身连接区，在凝固过程中也会形成几何热节，并且在铸件充型的过程中是金属液流通的通道，因此又会形成物理热节。凝固时，内浇口短、薄、宽会提前凝固，阻断了浇注系统提供补缩的通路，最终也导致出现缩松缺陷，受热内应力的影响，铸件还容易产生裂纹。

改进后按照均衡凝固理论，运用大孔出流原理，将内浇口位置从厚大部位转移，计算冒口的体积。采用内浇口和暗冒口既离开热节又靠近热节这一指导思想，可以对铸件进行良好补缩，又能发挥铸件凝固时石墨化膨胀的自补缩功能。

图3-77　连杆结构图

图3-78　连杆的铸造工艺方案图