表面粗糙缺陷

第五章　表面类缺陷

表面类缺陷（Surface defect）指铸件表面上产生的各种缺陷的总称，包括鼠尾、沟槽、夹砂结疤、粘砂、表面粗糙、皱皮、缩陷、橘子皮、斑点、印痕等。

第一节　表面类缺陷的产生机理和防治理论

这里只对表面类缺陷中几种难以防治的缺陷进行重点介绍。

一、夹砂结疤缺陷

夹砂结疤是一种膨胀缺陷，因膨胀而松散的砂粒，被流动的金属液冲走，而在铸件和分型面处结硬疤，这种硬疤可用风铲铲去，一般在铲去后，铸件的表面平整，可是应当注意，一旦铸件产生了冲蚀结疤，就会在别的部位出现砂眼或夹砂。

夹砂结疤的外形颇似冲砂，有时看起来又像鼠尾或塌形。然而，这几种缺陷的消除方法却截然不同，因为夹砂结疤实质上属于膨胀缺陷，而不是砂型强度（高温强度或干强度）不够。可以这样理解：设想在砂型的某个表层下或表面上，当金属液尚未接触到该处之前就已产生膨胀，膨胀的结果是使砂型表面下一定厚度的砂层强度降低了。

当金属液流过已经膨胀了的砂型表面时，很容易把砂型带走一块或冲刷掉一层，这样，铸件上便会产生一个凸块。显然，这种缺陷的形成是在砂型已有产生结疤的趋势，接着又受到金属液的冲蚀或切割。所以必须对金属液的流动情况和型（或芯）砂的性能同时加以估量。

夹砂结疤缺陷产生的原因可能有以下几方面。

1. 铸件和模样设计

铸件和模样的设计使浇注的金属液必定通过铸件的薄截面处。这种设计使金属液流过分集中，致使砂型表面强度因膨胀而减弱的部分都可能受到冲蚀。从设计观点看，把厚、薄截面尽量均一，夹砂结疤问题便得到缓和。

2. 模样

（1）内浇口和铸件截面过渡处的圆角太小，这是模样设计上的问题。在截面过渡处未做出合适的圆角，使该处产生夹砂结疤和沟槽的趋势增加。尤其在内浇口处未做圆角更易于将砂型冲蚀。尖角处常比有圆滑过渡的转角或截面更容易产生脉纹或夹砂结疤。

（2）因分模的需要把内浇口设置在铸件的薄截面处。这样布置的浇口将造成金属液喷溅，进而将砂型中已削弱的部位冲蚀掉。

3. 砂箱及其准备

（1）箱带布置不当，妨碍均匀舂砂。这可能会导致在砂型中出现硬块和软块。砂型硬度不匀是膨胀缺陷的首要原因，此外，在金属液高速流动的情况下，硬处可能会出现结疤，而软处则会出现冲砂。

（2）刷过泥浆的箱带、固砂木片和砂钩距型面过近。这样导致在砂型的表面附近形成了一个强度低的高水分区，这是产生结疤的基本原因。如果这种结疤发生在金属液流过的地方，就很容易造成冲蚀。

（3）选用的砂箱太小，造成模样的垂直面距箱壁或箱带过近。这样，由于这部分型砂导热过快从而造成散热不均匀，促使产生结疤。如果箱带或箱壁正好顺着金属液的流动方向，那就会造成冲蚀结疤。

4. 浇冒口系统

（1）浇注系统设计不良而产生液流间断。这种浇注系统会直接导致产生膨胀缺陷。当液流停止时，金属液继续烘烤上型砂，把砂型加热到膨胀。这种液流间断也常会造成鼠尾缺陷。

然而，砂型的膨胀现象会减弱砂型的强度，当铁水随后流到时便会发生冲蚀。同样原因，由于浇注不慎而发生断流，其产生的后果相似。

（2）浇口位置不当，使金属液不断冲击并损坏型面。浇口的位置对金属液流的冲蚀能力有影响。夹砂结疤的含义是，若砂型无膨胀，仅仅是液流不断的冲击，还不足以造成真正的冲砂，只有当砂型发生膨胀而强度降低时才能引起冲砂。这里提出一个观点，阐明在冲蚀结疤和冲砂之间存在着细微的区别。仅就金属液流而言，这两种缺陷的起因相同；若是对砂型或砂芯来讲，就可能截然不同。

（3）浇注系统不良造成砂型局部过热。这种浇注系统会使砂型的局部增加膨胀的倾向，“局部”的意思是指这部分砂型比临近较冷的砂型膨胀得快，并在金属液流冲刷之前就形成了一块强度低或将结疤的砂块。

（4）浇注系统设置不当，使初凝的金属硬壳重熔（如青铜和钢等凝固较快的金属）。通常，若发生冲蚀，砂型膨胀必在金属液接触砂型之前，因为当金属液浸没砂型后凝结成的硬壳，能防止砂型进一步被冲蚀。

然而，若金属液长时间不断流过某处，硬壳就被重新熔解（重熔），这样已急骤膨胀的砂型便被液流迅速冲蚀。最初所以能形成硬壳，是因为当时砂型是冷的（吸热）；当浇注断续进行，砂型已被加热，致使金属硬壳不可避免要发生重熔。

5. 型砂

（1）型砂中的水分太高。型砂中的水分太高，是冲蚀结疤和其他各种结疤或膨胀缺陷的主要原因。型砂中的实际含水量不如游离水那么重要，所谓游离水是指超过型砂配砂时所需的水分。由于型砂混碾或混合不良，使型砂中游离水分普遍偏高或极个别砂团中游离水分偏高。游离水过高，则透气性低，细砂过多或含泥量低时尤为危险。

（2）型砂粒度分布太宽或过于集中（单一筛号砂）。这两种类型的砂子，在加热时都会助长砂型膨胀率不均匀，并在砂型中构成低强度区。理想的砂粒分布幅度应能具备抵消自身膨胀的能力，一般的四筛号砂即具备这种特点。

型砂的热导率差，甚或有砂粒晶型转变而增大膨胀率，使砂型型壁各层间造成大的温度梯度，从而使各层膨胀不均而产生压应力。干砂层所处的条件最为不利，因此干砂层中的压应力最为显著。硅砂和熟料砂都可以用作铸钢件的造型材料，但熟料砂型砂铸钢件膨胀缺陷较少，原因是熟料砂受热膨胀量小。

（3）型砂中含碳物质过多引起金属液翻腾。翻腾又引起金属液局部搅动，把强度低的砂型冲蚀掉。此外，这种翻腾现象（也是由于水分过多）减弱了砂粒间黏结膜的强度，直接损坏了砂型表面。钠膨润土有比钙膨润土大得多的水化能力，即使水分凝聚区水分高，钠膨润土砂仍可以保持高的热湿拉强度而提高了型砂抗夹砂能力。不仅要使用优质黏土，还应增加型砂中黏土含量，以保证有高热湿拉强度。

（4）为控制砂型膨胀而加的含碳物质不足。加入含碳物质是为了控制砂型膨胀，粒度分布集中、含泥量低及水分高的型砂，为了减少结疤倾向，要在砂中加入一定数量的抗膨胀的附加物。含泥量高、水分低的四筛号砂可减少这种抗膨胀物质的量。

（5）型砂的高温度退让性差。这是产生冲蚀结疤的主要原因，由于退让性差，当砂型发生膨胀时型壁即产生破裂，型壁破裂就容易造成冲蚀。同样的膨胀量，对高温退让性好的型砂只引起砂型变形，但是由于表面没有破裂，在正常的金属液流情况下，常能防止出现真正的冲蚀。可以在湿型型砂中添加淀粉来增加型砂的热湿拉强度。对铸钢湿型砂而言，钙膨润土活化处理外，再添加淀粉还可以使型砂的热变形量增加，这是铸钢湿型用砂提高抗夹砂能力的重要措施。

（6）型砂处理的质量不佳，如黏土或水分分布不均匀。型砂处理的质量不佳会引起砂型膨胀不均匀和砂型表面破损（曝皮或隆起）。在混碾时间不够和混合不良砂之间有明显的不同，前一种情况是指黏土偏高但分布良好，而混合不良则是湿一块干一块，因而型砂的性能如强度和退让性也随之发生变化。水分凝聚区的热湿拉强度随凝聚水量增加而迅速降低，因此型砂中水分应加以控制。除此以外，型砂中水分越高，砂型形成夹砂临界时间就越短，越容易形成夹砂。夹砂缺陷夹砂层即浇注时型壁表面的干砂层厚度越薄，相应地夹砂缺陷在铸件表面所占的面积就越大，反映了这种型砂抗夹砂能力越弱。

在浇注温度下能软化、黏稠化或稠液化的附加物能增加型砂热变形量。煤粉和沥青是比较常用的附加物。煤粉的代用品不具有这种性能。我国习惯在湿型型砂中添加煤粉5%～7%以增加型砂的抗夹砂能力。木屑在这方面效果比煤粉强，加入木屑2%可与6%的煤粉相当。但往湿型中添加的木屑要求细，最好是用木粉。型砂中有木粉后，型砂紧实性能差，同时型砂的最适宜水分（是指型砂手感干湿程度最为适宜的水分含量，对于手工、机器造型用的型砂而言，此时对应的型砂紧实率为50%左右）量升高，铸件易出现气孔缺陷。木粉（屑）的作用是增大砂粒自由微观膨胀的倾向，减小砂型的宏观膨胀量从而也就减小了砂型受热后的膨胀力。同煤粉相比，木粉（屑）增加型砂热变量的作用更为有效。

6. 制芯

（1）砂芯内部或表面水分过高。这可能是由于砂芯烘烤不足，或是由于在存放或搬运时吸湿返潮。多余的游离水分促使砂芯迅速膨胀，使砂芯表面变脆，容易产生冲蚀。

（2）砂芯引起的气孔缺陷，可能会在邻近的砂型表面引起冲蚀结疤。此时结疤虽然出现在砂型表面，但金属液产生扰动或翻腾的根源却来自砂芯。当砂芯膨胀时，这种形式的翻腾会阻碍金属液形成完整的硬壳，从而发生冲蚀。

（3）砂芯的高温退让性不良。由于芯砂中黏结剂的品种或含量不当引起高温退让性不良，会使砂芯表面在膨胀时破裂，这时，若有金属液流过就会发生冲蚀。

（4）砂芯涂料浸入太浅，可能会造成涂料起皮。倘有金属液流过该砂芯的表面，就很容易把这种起皮的涂料冲蚀或冲掉。砂芯涂料浸入深度与涂料的黏度及砂芯的透气性有关。如果砂芯粒度较细，所用涂料太稠或太黏，则浸入就浅。在浇注时砂芯受热，涂料和砂芯的膨胀率不同，也会引起涂料的剥落。

（5）砂芯的面砂厚度不够。若砂芯的面砂层薄，就会产生类似于涂料浸入太浅一样的后果。砂芯受热时，其面砂会从背砂上剥落或崩离，当金属液流过时就可能产生冲蚀。

7. 造型

（1）舂砂紧实度不匀。这是造成各种膨胀缺陷的主要原因。产生缺陷的地方通常就在舂砂过实和欠实的交界处，该处一部分砂型比邻近部分膨胀得快。如果在金属液流到之前或流到之时，砂型因膨胀而导致表面破裂，这样便不可避免要发生冲蚀。

砂型紧实均匀，有利于减少夹砂缺陷。如果紧实不均匀，则浇注时，紧实度过高之处受热膨胀，将膨胀量都集中于紧实度过低之处。反而使舂得松的地方表现出较大的膨胀力，相应的压应力也高，因此使其干砂层鼓出的可能性增大，铸件表面在这些地方出现沟槽或夹砂缺陷的几率反而增高。实践证明，铸件上浇注位置为水平大平面时，则容易在其上平面上发生夹砂缺陷。这除掉与型砂配方、混碾工艺、浇注工艺、浇注时间等有关外，砂型各部紧实度不均匀也是造成夹砂缺陷的重要因素。对于湿型紧实度可以通过砂型表面硬度的测定进行控制，上箱和下箱硬度分别控制在HB65～75和HB75～85。

造型操作应避免重抿和正反向往复抿压砂型平面。抿平实际是又抹又压，也易造成砂型断面上紧实度不均匀；往复抿平则易使砂型表层和背层之间发生移动，削弱它们之间的连接而易产生夹砂缺陷。

（2）砂钩距模样过近。由于金属砂钩的膨胀率与砂型完全不同，因此砂钩距模样过近会引起无规律的膨胀缺陷。

（3）砂钩上刷的泥浆过多。由于泥浆中的水分会产生水蒸气，并在砂型中形成抗拉强度低的高水分区，这就更容易造成冲蚀结疤。湿型型砂中如以钙膨润土为黏结剂，可加相当于膨润土量5%的苏打粉进行活化处理，但如果苏打加入过多将产生过活化现象，热湿拉强度就降低。使用天然钠膨润土则不存在上述弊病。增加型砂热变形量，对增加型砂抗夹砂能力极其有利。

（4）修型过度。修型过度是产生结疤最常见的根源，这和舂砂硬度不匀的后果一样，都是等于把膨胀率不同的两部分凑到一起。砂型上修抹过的部位在受热时容易破裂而散落，这就使金属液易于渗入，其过程犹如涂料结疤的形成过程一样。

（5）砂型或涂料没有充分烘干，这为水分过多提供了一个条件。烘干良好的砂型产生冲蚀结疤倾向小，但实际上刷涂料或表干的砂型若没有烘干，比质量好的湿型更容易产生冲蚀结疤。

（6）砂型涂料浸入太浅。这与砂型未烘透有联系，砂型未烘透则涂料层强度低。不论涂料浸入太浅或砂芯未曾烘透，砂型与涂料之间，总是存在着膨胀率不同的问题。

（7）涂料的膨胀与型砂的膨胀不相称。涂料的成分应符合型砂的需要，例如，含泥量高的涂料刷在含泥量低的砂型上就容易出现曝皮。在手工造型时，造型完毕，常在上箱型腔顶面插入钉子，并使钉子头与型腔表面齐平。钉子的作用是浇注时，将型壁表层的干砂层牢牢地“钉住”在后背的砂层中，使干砂层不能突出、翘起，防止夹砂产生。其原理同样是增大干砂层突出、翘起时的阻力，防止干砂层脱离后背的砂层。

大型铸钢件，手工造型用干型，其上箱型腔顶面为大平面时，在钢液强烈辐射加热条件下，铸件表面也会产生夹砂。此时为了防止夹砂，造型时可在上箱型腔大平面上钉上一片片铁片，既可防止型壁表层脱离后面的背砂层，又可削弱钢液充型时对上型顶面强烈的辐射加热作用。

8. 浇注工艺

（1）浇注温度过高。浇注温度过高使砂型受热更快，产生冲蚀的趋势也在增加。这样就加剧了砂型的膨胀速度，同时，金属液对已膨胀的砂型的冲蚀作用也更剧烈。浇注温度低，温差应力小，型砂抗夹砂能力强。

浇注速度快、时间短，在型壁表层的干砂层未鼓出、翘起之前，金属液已充满型腔，依靠金属液柱压力阻止干砂层的鼓出、翘起。也就是可以使浇注时间短于或等于形成夹砂临界时间，避免产生夹砂。此外，缩短砂型受热时间，使型壁中温差应力减小，铸件就不易出现膨胀缺陷。

（2）浇注时断流。浇注时断流会引起砂型表面产生不均匀的膨胀。如果一部分砂型比邻近部分膨胀得快，就会发生破裂，也就会容易产生冲蚀。

混在砂型表层里的任何外来杂质，可能引起局部膨胀或把型面崩落而掉入流进型腔的金属液流中。

型腔顶面如果是大平面的话，则在浇注时，在整个浇注时间内，大平面受金属液辐射热之作用，其表面干砂层极易突出、翘起而易使铸件在大的上表面上产生夹砂。因此这类铸件（平板类）常用倾斜浇注法，即将砂型倾斜安放，使内浇道在底端。浇注时，金属液自下而上地充满斜放着型腔，从而使型腔大的平顶面能分段接受浇入金属液的辐射加热，并很快地被上升的金属液压住。这样就使每段型腔的充满时间就可能短于或等于该段形成夹砂临界时间，而使该段平顶面的干砂层不会突出、翘起而形成夹砂。每段都如此，则铸件的上表面上也就不会产生夹砂缺陷。

二、化学粘砂缺陷

化学粘砂是一种表面缺陷，其外观粗糙而带有光泽。由于金属氧化物像熔剂那样侵蚀着型砂，所以这种缺陷是金属氧化物渗入了型砂形成的。就这一点来讲，化学粘砂是由机械粘砂演变而成的。

许多金属氧化物包括氧化铁在内，对砂子（二氧化硅）有一定的亲和力，而且在相当低的温度下也能与砂子起反应。如果金属氧化物与砂子反应生成的熔融物，仅仅是一硬壳或熔融层，将其剥离后仍可以获得表面光滑的铸件。很多的铸钢件就是典型的具有这种熔融的硬壳，减轻了铸件的清理工作量。

然而，如果金属氧化物和型砂长时间接触并成为铸件表面一部分时，则金属氧化物和二氧化硅的熔融物就会形成一种粗糙的、玻璃状的表面，从而增加清理的工作量。必须指出，如果这种熔融的金属氧化物和二氧化硅复合物，继续不断渗入型砂表面，并且主要以金属形态包住型砂，这就是俗称的机械粘砂。

化学粘砂产生的原因可能存在于以下方面。

1. 铸件和模样设计

（1）如果设计的铸件有锐角、悬伸和突出的部分，或有扁薄的砂芯或砂块夹在厚截面中，则这种设计本身就是促成化学粘砂的一个因素。由于化学粘砂是一种高温化学反应，其反应速度随温度升高而加快。因此，在砂型或砂芯的任何部位，若因铸件设计而造成砂型某些部位的温升比别处高，那么该部位产生化学粘砂的机会也最大。

（2）模样的结构不良，引起砂型紧实度不均或松软，因而改变了金属和型砂之间的相互关系。这样会生成较多的氧化物，使氧化物渗入更深。

①分模面选择不当，使型砂未能舂实。

②模样在模底板上的位置不当，使模样之间或模样与箱壁的吃砂量太少。这样，要把这部分砂子舂实到一定的紧实度就会遇到困难。

③直浇道、冒口和横浇道模样的位置放置不当，形成一些狭窄的凹陷部位，在这些部位，型砂难以舂实到适宜的紧实度。

④拔模斜度太小，使某些砂型难以舂实到适宜的硬度。这种模样虽然不常遇到，然而，由于拔模斜度太小，使型工不得不把砂型舂得松软一些，以免起模时损坏砂型。

（3）模样的结构使金属液静压头过高，例如，竖立安放的模样就比水平的静压头要高，垂直面长的模样对下型面产生的压头也高。

2. 砂箱及其准备

（1）砂箱结构设计不佳，致使砂型紧实度不均或松软，这种情况应力求避免。妨碍凹陷部位舂砂的箱带，会使其下面或附近的砂型舂不紧实，砂箱太小，模样在砂箱中排列拥挤，使模样和箱壁间的型砂也难以舂实。如果箱带的位置妨碍直浇道和冒口安放在正确的位置上，而造成舂砂困难，这又会使砂型中出现软块的机会增加。

（2）上箱过高，对金属液的静压头有直接影响，增加了铸件产生化学粘砂或同时产生机械粘砂的机会。上箱需要有足够的高度，这对防止产生各种收缩缺陷和某些类型的气孔缺陷，是完全必要的。但上箱的高度若超过补缩所需，则对铸件的表面光洁度和外观质量非常不利。

近年来，由于广泛使用通用的标准砂箱，因上箱过高而引起的机械粘砂缺陷也日益增多。某些铸件本来可以而且应该选用较浅的砂箱，但若采用了做高铸件的砂箱，则对铸件质量将带来不良后果。

3. 浇冒口系统

（1）浇冒口的位置不当，使砂型局部过热，加快了金属氧化物和型砂间的化学反应的速度，从而造成化学粘砂。

直浇道或冒口距型腔垂直面过近，则那部分型砂不仅很难舂实，而且温升很高。温度越高，金属氧化物和耐火材料（砂型）间的化学反应速度也就越快。

型砂表面某一部分流过的金属液过多，能使该处的型砂直接接受到加热。由于型砂温升过高，也会引起舂砂缺陷。所以，如果铸件产生化学粘砂和舂砂缺陷，都是由于型砂温升过高所致，就会在舂砂缺陷的附近出现化学粘砂。

上箱高度和浇注高度过高（从浇口嘴到砂型的距离）是影响压头最明显的因素。在浇注系统中，金属流的波动或冲击现象使每个冲击周期引起瞬间时高压，但它对粘砂的影响却并不明显。

浇注速度慢的浇注系统，延长了砂型的受热时间，提高了型砂的温度，容易产生化学粘砂。

（2）直浇道、横浇道和内浇口的截面比例不正确，使金属液在浇注过程中发生氧化，增加了液面上的氧化物的数量。因而，粘在铸件表面上的熔融物的数量也相应增多。采用10∶9∶8的全封闭式浇注系统能减轻化学粘砂，滥用1∶4∶1的开放式浇注系统，并把横浇道放在上型（错误做法），不仅会使金属液氧化，而且会产生冲击现象。

（3）冒口颈尺寸过大使型砂过热，会增加化学粘砂的程度（尤其是采用发热冒口）。冒口颈尺寸过大，再加上冒口本省热量，足以说明为什么化学粘砂常常出现在发热冒口根部附近。

（4）浇口杯或直浇道形状不良而卷入空气（漩涡效应），造成金属液氧化。由于金属氧化物较多，生成的熔融物也多。

4. 型砂

（1）原砂的熔点太低，说明此种砂原已含有低熔点杂质。这样在浇注时砂子与金属氧化物就更加容易和更加迅速地形成熔渣。有时，砂子的烧结点会低到没有金属氧化物也能发生化学粘砂的程度。不过，掺有低熔点杂质的砂子并不一定会发生粘砂。一般来说，铸件表面存在金属氧化物，是产生化学粘砂的不可或缺少的条件。

（2）砂处理中某一工序质量不佳造成砂型疏松，可引起化学粘砂。原砂粒度分布不良造成型砂紧实度低，使金属氧化物更易黏附在砂粒表面。紧实度和透气性有一定联系，紧实度低的型砂，其透气性高。

型砂的流动性和/或成型性差，将导致砂型疏松，而砂型疏松又使金属氧化物在浇注及铸件凝固过程中易于渗入砂型。通常引起型砂流动性会成型性差的原因是：水分偏析；淀粉类黏结剂过多；水分过多；型砂的湿度退让量过大；松砂不佳和型砂结块。

型砂透气性过高，是紧实度低的一种表现。型砂中碳素或还原材料不足，使金属迅速形成金属氧化物。这种材料必须有足够的数量，以使砂型在发生化学粘砂的温度范围内始终保持还原气氛。然而，碳素材料加入过多，就要增加水分，而水分过多就会大大抵消碳素含量高的优点。

（3）选用造渣材料时考虑不周，膨润土的熔点比纯耐火黏土低。但某些耐火黏土因含大量有机杂质，会造成化学粘砂，多数化学附加剂会加剧化学粘砂。例如，可溶性硅酸盐（如硅酸钠）会显著改变石英转化为白石英的比率，造成膨胀型机械粘砂或膨胀型化学粘砂。

5. 制芯

（1）芯砂的烧结点或熔点过低。

（2）未刷涂料的芯砂粒度太粗或分布不当。

（3）砂芯松软。芯盒中排气塞数量不足或安放位置不当，造成砂芯紧实度低；活块下面的砂子没有很好地用手塞实，都会引起化学粘砂；吹芯的气压低也会造成砂芯松软或紧实度低。

对于有特殊要求（含有水分）的芯砂，淀粉过多或黏结油过少，都会直接影响芯砂的舂实和吹芯性能。尤其当水分稍多时，吹芯就特别困难。

（4）砂芯表面粗糙或疏松，使金属氧化物易于渗入。通常，砂芯表面的紧实度最高，如果砂芯表面破损、粗糙不平或松散，就会出现不正常的化学粘砂或机械粘砂。

脱模剂质量低劣或用量不够，便会有砂粒附在芯盒上，是砂芯表面粗糙多孔。对那些规定要浸涂或淋涂料的砂芯，若涂层厚度不足或涂敷方式不正确，就可能使整个砂芯都被金属氧化物渗透。未烘透的砂芯表皮强度低，这种砂芯在浇注时会产生一股高压气体。

砂芯烘烤过度，表面局部崩裂。由于表面强度低，金属氧化物易于渗入，所以容易出现渗入型化学粘砂。刷上涂料或未刷涂料的砂芯，经振动、磨蹭或其他原因，使紧实度高的那层表皮遭到损坏，则可导致金属氧化物渗入砂芯。

（5）引起铸件产生脉纹或毛刺的各种条件（如砂型开裂），不仅使金属氧化物流入砂芯，而且像烟筒那样，把砂芯中气体引出来，提高了型腔中气体的压力。

（6）砂芯表面涂料破损或蹭坏，这是由于搬运不慎或搬运时涂料未干，露出砂粒而导致化学粘砂。

（7）涂料浸透深度不够，这是由于芯砂粒度过细或涂料的波美度太高及湿润剂错用所致。

（8）砂芯的高温强度低，会使砂芯表面崩落，而且产生金属氧化物和发生化学粘砂。砂芯的高温强度低，可能是由于黏结剂的高温强度过低或加入量太少所致。

（9）芯砂混合不良，不但使发气集中而且又不均匀，同时造成砂芯的局部强度低。

（10）砂芯清扫过重和修整不良，露出粗大颗粒导致化学粘砂。

（11）砂芯浸涂或喷涂后未进行二次烘干，造成砂芯水分过高。浇注时，型腔内湿度过高，加剧氧化和金属氧化物的形成速度。

（12）芯盒不干净，使砂芯粗糙不平和露出粗大的砂粒。

（13）芯砂中含有起造渣反应的材料（包括造渣型黏结剂），因而降低了产生化学粘砂的最低温度。

（14）砂芯在存放期吸湿返潮，引起浇注时型内湿度增高，加快了氧化物形成的速度。此外，蒸汽在高温下与许多金属接触具有强的腐蚀性。

6. 造型工艺

（1）舂砂不实或不匀，会引起化学粘砂。这可能由于模型的凹陷和吊砂部分未能塞紧；造型不易舂砂的部分砂型欠紧实；压缩空气压力低；造型设备规格小，没有成型触头或触头设计不良以及造型机的震动不够。

（2）砂型修补不良，造成砂型粗糙不平整，表面疏松。

（3）补砂不良，造成砂型松散，金属氧化物得以渗入而产生化学粘砂。

（4）砂型涂料喷涂不均或不够，能引起化学粘砂。

（5）表面干燥型上的涂料不均或烘干层浅，也会引起化学粘砂。

（6）分模粉和分模液用量过多，均会出现问题。液体分模剂用量过多，会减弱砂型的表面强度，并在浇注时引起金属液翻腾和使铸件产生冲蚀缺陷。低熔点的分模粉或熔剂会导致砂粒熔融。

（7）涂料的黏度太低，会引起化学粘砂。

（8）模样表面的面砂太少，这完全是一般的操作疏忽。

（9）砂型中冷热两种材料相遇，会造成水分凝聚，而产生化学粘砂。

7. 金属成分

容易氧化的金属较易产生化学粘砂，如果型砂的温度达到金属氧化物石英砂能产生反应的程度，则越容易氧化的金属就容易产生化学粘砂。

8. 熔化及浇注工艺

（1）金属氧化，金属氧化物可能是熔化过程中的直接产物。过多的氧气和/或水汽，还包括从炉衬材料中析出的氧化物，在高温时都能与金属生成金属氧化物。

（2）任何助熔材料，如石灰石、苏打粉和萤石，都会引起化学粘砂。

（3）浇注温度过高，尤其当铸件结构或浇注系统设计不良时，使砂型过热情况更为严重。型砂的温度越高，越有利于在砂型的金属界面上达到化学粘砂所需的反应温度。

（4）对于熔模铸造而言，为防止熔模铸件化学粘砂，应采取以下措施。

①要正确选择型壳耐火材料。做高锰钢和高合金钢铸件时，型壳面层应使用中性耐火材料如电熔刚玉等。

②面层制壳耐火材料要纯，有害杂质含量不应超过允许范围。

③合金在熔炼及浇注时，应尽可能避免氧化并充分脱氧，去除金属液中的氧化物。

④在可能条件下，适当降低金属液浇注温度。

⑤改善型壳散热条件，防止局部过热。

三、机械粘砂缺陷

机械粘砂是指金属或其他氧化物渗入型砂颗粒间的空隙，而未移动砂粒的位置。

一般说来，机械粘砂总是与型腔表面的粗糙度有关。但也常有例外，在型面密实的砂型中，如在高压造型、二氧化碳硬化砂造型的芯和型中、在壳芯和壳型以及舂砂紧实的化学硬化砂芯和砂型中浇注的铸件上，也会出现貌似机械粘砂的粘砂。这里所说的机械粘砂是指纯粹靠渗透作用引起的粘砂，而不是那些外观十分相似的其他缺陷。

应当注意，在机械粘砂的定义中还包括金属氧化物的渗入。事实充分证明，有时渗入砂型孔隙的不是熔融的金属，而是金属氧化物。高温金属（包括液态金属）在氧化性气氛中（包括空气）的氧化速度确实很快，认识这点很重要。从某些有粘砂缺陷的铸件上可以看到，这种缺陷是在金属刚刚凝固，但尚处于高温状态时发生的。例如，铸件停留在砂型中比红热状态落砂粘砂程度要严重得多。

也有这样的情况，即表面看起来，金属液已渗入砂型的微小孔隙中，但按金属液的流动性来说，显然是不能渗入的，这只能解释为氧化物渗入的结果。因此，即使在有冷隔缺陷的铸件上，也会伴随机械粘砂。

导致产生机械粘砂的原因可能在以下方面。

1. 铸件和模样设计

铸件和模样的结构，使砂型具有尖角、悬伸或突出的形状，或具有扁薄的砂台或砂芯（并且这些部位还处于厚大金属截面的包围中）。这类结构的铸件使砂型（或砂芯）局部热量集中，其正常的性能因而受到破坏。砂型（或砂芯）表面提前溃散，是金属或金属氧化物易于渗入。某些设计中要求在热量集中的部位采用特殊的砂型，如锆砂、炭粒砂或橄榄石砂，以提高其长时间受热或受高温辐射的能力。

2. 模样

（1）模样的工艺设计不良，是砂型舂不紧实或紧实度不均，这会造成型腔表面粗糙或疏松，对产生机械粘砂有直接影响。模样的工艺设计方面常常出现下列错误。

①分模面选择不当，致使上型过高，或在砂型中形成很深的型腔，或是模样的拔模角小于1.5°。这往往是因为设计者企图减少砂芯或减少舂入芯所致。

②模样在模底上的位置布置不当，使凹陷处难以舂实。这可能是由于模样距箱壁太近或模样排列过密所致。

由于模样排列过于拥挤，会引起铸件产生严重的或轻微的胀砂，甚至，即使没有明显的胀砂，也会发生机械粘砂。由于产生缺陷的根源相同，机械粘砂和胀砂可以出现在同一个铸件上。

③直浇道、冒口和横浇道的位置布置不当，是上述②的又一种形式，也会出现不易舂实的凹陷部位，这与浇冒口系统的布局有关。

④拔模角小于1.5°时，即使整个砂型的紧实度合适，也会将砂型表面撕裂，易于使金属或金属氧化物渗入。砂型表面的开裂部位，其紧实度绝不会有砂型本身那么高。

（2）模样的工艺结构不良，导致金属液静压力过高。竖立放置的模样较水平放置的模样，其静压力要高。竖立放置的模样使砂型最低处的静压力更高。静压力高或低，对铸件是否产生气孔及缩孔都有关，而且常常是保证某些部位获得正常凝固所不可或缺的因素。但由于静压力的增高，砂型的负荷加重，故需要采用特殊的砂型或更紧实的造型办法，以抵挡金属液对砂型的渗透压力。

3. 砂箱及其准备

（1）砂箱的设计结构不合理，导致砂型紧实度不匀或舂砂过软。这可能是因为造型时砂箱发生变形或妨碍某一难以紧实部位的舂砂。之所以如此，可能是由于砂箱设计不当，或砂箱已严重变形、弯曲、出现较深的凹坑，或砂箱上的某些部件松动等。产生这些问题的一般原因如下。

①箱带的位置不当，妨碍某些凹陷部位的舂实，因而导致砂型局部过软，引起胀砂和机械粘砂。

②对模样而言，因砂箱太小造成舂实不足。

③箱带位置不当，使直浇道和冒口不能放在合适的位置上，以致冒口（或直浇道）与模样间的砂型舂不紧实。又因该处必然造成热量集中，使机械粘砂更为严重。所以，如直浇道或冒口的位置不能改变，则必须将箱带割去一块或整个除掉。

（2）上箱过高，这一问题在模样中已有阐述。机械粘砂通常与型腔表面的抗渗能力即金属液的静压力有关。如就某一砂型而言，当金属液压力低时，铸件表面质量满意。一旦金属液压力提高，就很可能产生机械粘砂。金属液压力的大小，与金属的比重和上箱高度有关（在直浇道高度相等的情况下，密度大的金属如铸钢，对型面施加的压力较密度小的金属如铸铝要高）。如从铸件补缩需要出发，上箱应该有一定高度，但型砂性能也一定要随之加以改善。然而，如上箱的高度超过需要，则应予以减小。

4. 浇冒口系统

（1）浇冒口的位置不当导致砂型局部过热，从而促使型腔表面过早破坏，这样，金属液在高温下形成的金属氧化物就更容易渗入型腔表面。这类情况较典型的例子有下列几种。

①直浇道或冒口距型面过近，形成一个热节区。这一热节区的砂型如未曾舂实，则机械粘砂缺陷就会十分严重。

②在一定的型腔表面上流过的金属液过多，会把型面加热到足以毁坏的程度。特别危险的是，如果型腔中初期凝固的硬壳被后来流入的金属液重熔，则粘砂更为严重。

③在浇注时，凡能造成金属液压力过高的任何因素，均可能导致铸件产生机械粘砂。当金属液不仅压力高，而且温度也高时，情况尤为严重。

④浇注缓慢会延迟凝固，因此，其作用相当于延长了砂型受高温作用的时间。

（2）直浇道、横浇道和内浇口的截面比例不当，使金属液在浇注时不断受到氧化，增加了金属氧化物的数量，并导致对型砂的助熔作用。在浇注过程中，浇注系统应始终充满金属液，否则，在浇注系统中的任何部位均能使金属液受到氧化。

封闭式浇注系统，把金属液氧化问题减小到最低。因为整个浇注系统始终充满着金属液，使氧气与金属液接触的机会大为减小。不管何种类型的湍流，均能加快氧化速度。因而，对形成氧化物质速度过快的金属（如钢），更希望能保持无湍流的流动。

（3）冒口颈尺寸过大，将造成其周围型砂过热，这是一个较为普遍的问题。这一问题常常是由于冒口颈太长引起的，为了使冒口颈中金属液不致过早凝固，就不得不加大颈部尺寸。如果因为冒口颈设计错误导致补缩不到，那么最好是缩短冒口颈，以防止凝固，而不是加大其尺寸。尺寸较小的冒口颈，不仅能减少砂型受热，还能降低铸件清铲和打磨的费用。

（4）浇口杯或直浇道设计不当，以致浇注时卷入了空气（旋涡作用）造成金属液氧化，这通常是由于湍流引起的，随着熔融金属上金属氧化膜的不断积累而引起机械粘砂。

5. 型砂

凡因型砂本身原因而引起的砂型表面疏松，就会产生机械粘砂的倾向。应该看到，砂型疏松只是一种现象，而型砂的性能才是导致粘砂的真正原因。性能不佳的型砂，即使使用良好的工艺设备，也难于造出完好的砂型。

（1）原砂粒度分布不良，有可能造成砂型紧实度低。原砂的粒度分布对砂型的最大紧实度有直接影响。例如，基本上是两个筛号的砂子，如40目和200目，叫做两头高砂。理论上，这种砂子的紧实度最大，但是不能采用，因为它会引起膨胀缺陷。

另一个极端是砂粒集中在一个或两个筛号中，这种砂的透气性最好，而紧实度也最差。通常是采取折中的办法，选用分布在三个或四个筛号内的原砂。

（2）型砂的流动性和成型性差，这与许多因素有关。必须牢记，选择紧实方式应十分慎重。例如，加入少量淀粉能提高型砂被压实的能力，但其被震实的能力却被降低了。

同样，含泥量高可能会降低砂型的流动性，却能提高吹压成型的整体硬度。这是因为黏土可以使压实力充分发挥作用。

由于造型方法不同，所以不能只考虑型砂的流动性。同是一种型砂，对某种紧实方法来说流动性最好，而当换用另一种形式，流动性也许就不好了。下列几个方面应注意。

①水分偏析会恶化成型性，而且不管用哪种造型方法都会产生机械粘砂。一定要防止水分偏析，因为它还会引起其他许多缺陷，如气孔、结疤和二次夹杂。这些缺陷都是混砂不良的结构。

②虽然淀粉在压实造型时能提高型砂的流动性，但用量过多反会降低其成型性。

③型砂中水分过多是最麻烦的事，尤其对硬度高的砂型。虽然在压实造型时，高水分可能获得较高的紧实度，但大多数情况是降低成型能力。

④型砂的湿退让性过高会降低型砂的紧实度，尤其在采用震击和舂实成型时及在抛砂成型时，都不希望湿退让性过高。

⑤松砂不良通常被视为变相的水分偏析。从湿砂机出来的砂粒可能呈小团块状，若不加以处理，则会降低其成型能力。可以用粗筛或松砂的方式把小团块打散。

⑥压实的大砂块比⑤中阐述的小团块更影响成型能力，这种情况在砂斗中运输皮带上或者当型砂入砂箱时均可能出现。因此，在紧实时要追加能量，才能使砂块恢复到舂实砂型所要求的原始松散状态。这一点对于震击或比压十分低的压实式造型机来讲，更应引起注意。

（3）壳型砂上树脂的覆盖太薄。这使型壳的局部强度降低和局部砂型未被树脂覆盖，往往由于这样简单的原因，使铸件发生机械粘砂。

（4）铸件的透气性过高，这是型砂颗粒太粗的另一种反映。透气性和紧实度是相互影响的两个因素。紧实度低则透气性高，反之亦然。

（5）型砂中碳素材料或脱氧物质不足，会产生过多的金属氧化物，而且还会使氧化物湿润砂粒而易于渗入。铸件表面的氧化是一个放热反应过程，使该部位的型砂受热。

6. 制芯

（1）未刷涂料的砂芯，其砂粒太粗或粒度分布不佳。这仅适合于不刷涂料的砂芯，因为，假定刷过、浸过或抹过涂料后，砂芯所有的孔隙均应被填平。

（2）砂型未舂实，与砂型未舂实的性质一样，对机械粘砂都有重大影响。砂芯或砂型的实际孔隙度与其最高紧实度及造型或制芯方法有关。对砂芯来讲，造成孔隙度过高的原因如下。

①芯盒上的排气管（或排气塞）不足或位置不当。若芯盒中的气体不能迅速排出，芯盒就不能吹满，型芯也达不到最高的紧实度。在多数情况下，空气是带着型砂而不是推着芯砂进入芯盒的，所以空气必须先排出，芯砂才能完全充满芯盒。

②芯盒活块下的芯砂未塞紧。这是制芯工操作疏忽所致，最常见于手工制芯。芯盒中的某些部位用一般简单的震实或舂实是达不到紧实要求的。

③压缩空气的压力过低，是砂芯吹制不良的常见原因。空气消耗过大，压缩空气的气压常出现暂时下降，而且可能当压力低于标准时，又未引起注意。若芯盒的夹紧盒砂芯的吹制需有一定压力，则低于这一压力，即使时间短暂，也会造成砂芯紧实度不均匀。

④在特殊用途的芯砂中，淀粉加入量过多或芯砂油过少。这种特殊用途的芯砂不像正常芯砂那样易于吹成或舂实。芯砂中的淀粉过多或芯砂油过少也可能是相对于含水量而言，实际则是水分含量不当。某些芯砂为获得最佳的吹成性能，要相当精确地控制水分。

（3）砂芯表面粗糙或多孔，会引起机械粘砂。金属或金属氧化物浸润了这种粗糙的或多孔的表面后就开始渗入砂芯。如铸件截面很厚，下型很深，或者在金属型中浇注能膨胀的金属（灰口铸铁），倘若再提高金属液的压力，无疑会产生粘砂。砂芯表面粗糙或疏松常与下述的因素有关。

①脱模剂用量过少或用错，以致从芯盒中顶出或取出砂芯时，其表面遭到损坏。

②砂芯涂料太薄或用错。以致发生机械粘砂，因为这样的涂料不能保护表面粗糙多孔的砂芯。显然，砂芯表面越粗糙，就越慎重地选用黏稠度适中和优质的砂芯涂料或涂膏进行保护。

③砂芯未烘干会在浇注时因产生气体或水蒸气而造成机械粘砂。

④砂芯烘烤过度造成局部酥松，同样也会在砂芯表面构成一个薄弱点。可能这只是由于搞错了最佳烘烤时间或烘烤温度。也可能与砂芯在烘炉中大小搭配不好（大小砂芯同炉烘烤）或是烘炉中温度分布不均有关。也可能是由于烘炉的温度计不准确所致。另一种常见的原因是实心的大砂芯，表面已烘烤过度而中心部位还没有达到所需的烘烤温度。为避免出现这种现象，大砂芯可在其中心部位填焦炭或采用其他减少吃砂厚度的措施，这样便可不等砂芯表面破坏或削弱到表面划痕硬度很低时，就把砂芯从烘炉中取出。

⑤刷过涂料或未刷过涂料的砂芯，经磨削或用夹具及其他方式修整后，使砂芯表面明显地粗糙疏松了。然而，这种原因造成的不良后果，往往比砂芯表面擦伤严重得多。砂芯由于表面破损，暴露出相对比较粗糙的内层，因此，刷过涂料的砂芯似乎比未刷涂料的砂芯产生问题的机会更多。

（4）砂芯在储存期间吸湿，这一情况和型砂中（2）③所阐述的（水分过多）相同。对砂芯来说，水分过多更为麻烦，因为砂芯水分过多不易察觉。有的砂芯看上去像是干的，但实际上其表面水分仍然很高。对于这类可疑的砂芯，通常采用划痕硬度试验来进行鉴别。

（5）凡是促使铸件产生脉纹或毛刺缺陷的任何条件，如砂芯开裂，会形成一个楔型的裂口而造成机械粘砂。这种裂口暴露出砂芯内部粗大的芯骨，既能产生机械粘砂又能产生冲蚀。

（6）砂芯在搬运时操作不慎，或在涂料尚处于湿态时搬运而招致破损或擦伤涂层。这是上述（3）②的另一种情况。其后果是造成砂芯上的涂料不够，以至于不能阻止金属或金属氧化物渗入砂芯。更为严重的是，涂料破损处就好像无意中在砂芯上开了一个出气孔一样，因而引起金属液沸腾，显然会产生机械粘砂。

（7）砂芯涂料浸入太浅会直接引起机械粘砂，或使涂料层剥落或成片掉下而暴露出砂芯表层下的粗糙面。这种剥落就像上面所阐述的一样，也会由于同样的原因促使金属液沸腾而造成机械粘砂。涂料浸入不够通常的原因，砂子颗粒过细，涂料的黏度不正确，采用的湿润剂有误。

（8）砂芯涂料的高温强度低，是由于涂料中的黏土不足或是溶剂太多，以至于黏结剂含量减少，造成涂料高温强度降低而引起机械粘砂。

（9）芯砂混制不良（和型砂混制不良一样），使砂芯个别部位强度过低，在浇注时造成崩落，因此产生机械粘砂。

（10）砂芯清扫和修整不良，会直接造成机械粘砂。对砂芯加强检验，这类缺陷是应该能够避免的。

（11）砂芯在浸，喷涂料后未再次烘干。与砂芯在砂型中吸湿返潮一样，涂料不干极易发生剥落与掉皮。涂料剥落后，或如（4）中阐述的，由于砂芯表面潮湿而引起的沸腾，均会产生机械粘砂。

（12）芯盒不干净，会使芯砂黏附在芯盒上，因而使砂芯表面粗糙，质量优良的砂芯有一致密的表面层，这一致密的表面层十分重要，但芯砂不干净就得不到优质的砂芯。

7. 造型

造型的好坏通常是造成砂型因松软而产生机械粘砂的主要原因。这一问题之所以产生可能是因操作疏忽或是造型机和砂型配合不当所致。例如，砂型较大而造型机较小，造型工未用手工把砂型塞实，未用尖头砂舂或平头砂舂进行补实，这样就容易造成一个内部松软的砂型。

（1）舂砂松软和紧实度不均匀。在多数情况下，舂砂紧实和紧实度均匀同样重要。然而，有时紧实度不均匀比砂型整体松软的危害更大。如果铸件结构上确有不易紧实的凹陷和易伸部位，则必须由熟练的造型工认真进行操作，不然就得采用造型性能特别优异的型砂和特制的工具，如尖头砂舂、带浇口的造型底板等。

与制芯（2）③中所阐述的一样，压缩空气的压力暂时下降；而造型工却可能没有察觉。当然，也可能在整个造型过程中压缩空气的压力都低。不管是哪种情况，只要砂型松软，就有可能产生机械粘砂。

造型设备规模小，达不到舂砂所需的正常功率要求，除非造型工用砂舂进行补实，不然的话，肯定会对整个砂型紧实度产生影响。

当工艺上应该采用成型压头而没有采用或成型压头设计不良时，则需要紧实的部位便达不到规定的紧实度。有时，砂型松软或紧实度不均匀是因模样布置不当引起的。而有时成型压头的设计虽然合理，但因使用不当，或在库中保管不善，或在使用时丢失及受到损坏，也会造成砂型松软或紧实度不匀。

震实不足或震实过度同样不好，震实过度会把模样震偏，震实不足会在砂型中造成松软部位。

（2）砂型修补不良。砂型修补面粗糙疏松，能直接引起机械粘砂，修型过度或修补部位水分过高，也会造成金属液沸腾而引起机械粘砂。

（3）补砂不良的部位毛糙，疏松，会发生机械粘砂。这种情况也可能引起沸腾型机械粘砂。

（4）砂型涂料不匀或不足，如制芯（3）②中所述，也同样适用于砂型。

（5）表干型的涂料干燥不匀或未充分烘干。

（6）脱模材料或脱模液用量过多，均会引起铸件缺陷。脱模液用量过多会削弱砂型表面强度。促成金属液沸腾而使铸件产生冲蚀缺陷。熔点低的脱模粉或粉状溶剂会使砂粒熔融。这种化学粘砂常与真正的机械粘砂相混淆。

（7）砂型涂料的黏度太低，涂料就会被砂型吸收，因而发生涂料掉皮、掉屑或剥落，同时也直接造成机械粘砂和沸腾型机械粘砂。

（8）模样表面覆盖的面砂量不足。这是常见的操作疏忽，由于这种疏忽而引起的粘砂往往令人费解（因为人们总以为模样已全部为面砂覆盖），类似这种错误的还有错用了不能防止粘砂的面砂；型腔表面的出气孔扎得太多，容易使金属氧化物渗入砂型。

（9）冷和热的材料（砂芯、砂型、芯撑、冷铁等）接触到一起。冷热材料相遇，会使水分凝聚。水分能引起沸腾型机械粘砂，同时大大地增加氧化物的生成速度，随后便发生金属氧化物的渗入。这是产生机械粘砂的一般原因，也是高压造型产生机械粘砂的主要原因。

8. 金属成分

（1）易于变为流动性好的金属氧化物。如果砂型松软或具有上述的其他因素，就会发生机械粘砂。同样道理，流动性好的金属比表面张力高或黏稠的金属更容易产生机械粘砂。

（2）合金中含有低熔点成分，如铅青铜中的铅就易于引起机械粘砂。因为铅比母体金属温度还低很多时仍然处于流动状态。

（3）需要高温浇注的合金。由于这种合金流动性好，因此就可能产生机械粘砂。此外，因要求浇注温度高，加速了氧化物的生成速度，故而更具有形成氧化物机械粘砂的倾向。

9. 熔化

氧化了的金属液，其流动性差。因此，按理来说，不应该产生机械粘砂。然而，大量的氧化膜对型砂确有明显的湿润倾向，能渗入金属液不能渗入的砂粒的间隙内。

10. 浇注工艺

（1）浇注温度过高有双重作用。首先，可使流动性提高；其次，金属液会迅速氧化，因而加速了氧化性机械粘砂。但过高的浇注温度能迅速毁坏砂芯或砂型的表面。

（2）浇包抬得过高，和上箱过高一样，能形成过高的金属压头，迫使金属或金属氧化物进入砂型的孔隙中。同时，也使型砂、制芯和造型各节内所阐述的一切造成缺陷的条件更为严重。

四、沟槽、鼠尾、涂料结疤等缺陷

沟槽是铸件表面的一种V形凹陷缺陷，有时处于膨胀结疤覆盖之下。

鼠尾是一种不规则的很细小的沟纹，这是由于大平面的型面在低温膨胀时隆起的细微皱褶造成的。

涂料结疤是结疤的一种特殊形式，这种缺陷是涂料引起的，与型砂无关。涂料层对砂型（芯）的黏附功通常小于涂料层本身断裂的内聚功，也就是涂料层在砂型（芯）本体上的附着力低，是防止涂料层剥离或脱落的限制性环节。因此，清除铸件表面的涂料夹砂或涂料结疤缺陷，措施绝不是增加涂料层的强度，而是增加涂料附着力，即增加涂料对于砂型（芯）本体的湿润能力。用表面活性剂减小它们之间的接触角（湿润角）。如果涂料的湿润能力不足以使涂料层达到必要的附着力时，应调整涂料配比来增加涂料的渗透性，例如涂料中的骨干料——粉料应该细且粒度级配应适当，以增加涂料的渗透性。

这几种缺陷都属于膨胀结疤类缺陷，是指铸件表面上那些粗糙的金属疤片，这些金属疤片通过很细薄的截面与铸件本体相连。

上型面下垂或上型面剥落，造成铸件上表面凹陷。随着上型面发生下垂或剥落的迟或早，会在铸件相应位置上产生外形像沟槽、鼠尾、明缩孔或明气孔一样的缺陷。

由于砂型表面在铸件的浇注过程中经历了膨胀和收缩，因此，在生产中通常认为型砂是造成上述缺陷的主要原因。然而，这种观点是不完全正确的，因为这类缺陷同时也与影响浇注速度的所有工艺因素密切相关。

由于型砂表面总要发生膨胀，因此，防止上述缺陷的决定性因素是金属液覆盖砂型表面并凝成保护性硬壳的时间的早晚。如果砂型在硬壳形成后膨胀，就不会出现这类缺陷。反之，砂型在硬壳形成前因膨胀而破裂，就会产生膨胀缺陷。因此，浇注时间必定与金属液覆盖砂型表面的速度有关，而与铸件的重量未必有联系。仅仅根据铸件重量而不考虑铸件表面的大小来选用浇注系统的公式，就会在薄壁铸件和重量轻而面积大的铸件上出现膨胀缺陷。所以不能按型中铸件的总重量来确定浇注时间，而要根据单个铸件的重量及其尺寸大小来确定浇注时间。如果型中不止一个铸件，则铸件是否产生膨胀缺陷与金属液覆盖各件型腔的时间有关，而与砂型中的铸件数量无关。例如，某一铸件最适宜的浇注时间是16s，那么，即使在一个砂型中放10个同样的铸件，用一个直浇口来浇注的时间仍然应该是16s。

造成沟槽、鼠尾、涂料结疤等缺陷可能有以下方面。

1. 铸件和模样设计

（1）铸件具有无台阶的大平面。这种铸件应迅速浇注，要在砂型膨胀而尚未破裂之前使金属液覆盖于砂型表面。在浇注过程中，大平面部位受到强烈的热辐射，而且，也很容易造成液流不均（液流间断）。金属液形成有效的保护硬壳之前，砂型中某些部位已有可能产生局部过热。

如果铸件的设计不能变动，则必须快速而又平稳地进行浇注。最好将砂型和浇口倾斜放置，以使金属液向上流动。浇注系统设计良好，通常就能避免出现这类缺陷。如果还不能消除缺陷，则可在型砂中加入超过正常用量的木屑之类的附加物。

（2）铸件的外圆角（半径）太小。由于在浇注过程中砂型尖角处的表面能自由膨胀，因此，外圆角太小容易产生各种膨胀缺陷。而在金属液凝固前，砂型尖角处没有一种能使砂型表面保持在原来位置的约束力，所以，这些尖角部位在砂型膨胀后很容易崩裂或破碎。

尖角部位是两侧受热的焦点，也就是易于使砂型较快达到膨胀温度的地方。有时，铸造工作者可能在外圆角小的地方置放成型冷铁，以便将热量由砂型表面散出。但这只是一种把握不大的补救措施。唯一可靠的办法是加大外圆角半径，否则就加入大量的无黏结性物质，如木屑。

（3）铸件具有大而光滑、无台阶、锅底状或倒置锅底状的表面。这种形状容易使砂型膨胀而开裂，也容易使金属液面上升缓慢或液流间断，所以这种形状的铸件，甚至比同样大的平面铸件更容易出现膨胀缺陷。对于这种锅底状的铸件，若不使金属液在整个铸型表面受热辐射而过度膨胀前，迅速地将砂型全面覆盖起来，那就特别容易产生膨胀缺陷。

2. 砂箱及其准备

（1）箱带或箱壁过于靠近模样表面，会引起舂砂不匀，使砂型中有硬有软，这是造成膨胀不均的普遍原因。当一部分砂型表面较邻近部分膨胀快时，型砂就容易产生移动和滑动。一部分砂型表面因膨胀而挤入邻近部分，引起砂型表面破裂，金属液就趁隙而入，造成脉纹、沟槽或夹砂结疤等铸造缺陷。最好的补救办法是不要把过大的模样硬挤在尺寸较小的砂箱中，箱带的间距要合适，以便正常造型。

有些铸造工作者改用不易舂实的型砂来消除舂砂不匀。这样做显然会导致砂型松软，随之而产生型壁移动、胀砂或带毛刺胀砂等铸造缺陷。箱带或箱壁与模样之间的间隔太小，会使正常的造型发生困难，但还是可以用手工仔细舂砂或塞紧，仍能使砂型达到均匀的紧实度，以弥补砂箱装备上的不足。

（2）模样在砂箱中的布置影响了浇注速度。由于浇注缓慢，延迟了金属液覆盖砂型表面的时间，在硬壳形成之前，砂型就发生了膨胀。

（3）砂箱太浅。虽然因为砂箱太浅而造成夹砂结疤或其他膨胀缺陷的情况很少遇到，但还是存在这种可能性，因为砂箱浅而造成上型面剥落或上型面下沉是相当普遍的。由于上箱太浅，背砂太薄就会使上型瞬间受热。此外，也因为砂箱浅，砂型的强度低，承受不了型砂迅速膨胀所产生的应力。

3. 浇冒口系统

由于砂粒受热膨胀，故应使金属液尽快覆盖整个型腔表面并保持这种状况，这一点十分重要。涉及的三个主要因素如下，浇注系统不佳影响浇注速度；浇注系统不佳造成金属液流间断；浇口分布不佳造成砂型表面受热不匀。

金属液将型面全部覆盖起来，不能阻止砂型的膨胀。然而，如果整个型面为金属硬壳覆盖起来，那么便可得到保护，并能防止型壁向外拱起，否则，砂型就会因膨胀而产生空隙。较快的充型能使金属液迅速紧贴上型腔表面，采用这一方法可使许多上型剥落或上型下垂等缺陷得以避免。

流入下型面上的熔融金属液，使上型表面受到烘烤，上型型面发生膨胀、拱起和下垂。这种现象若发生在金属液到达上型之前，就可能出现真正的上型剥落。如果恰好在上型发生下垂之前，金属液触及上型表面，则金属液可能把行将下垂的砂块托回原位，但砂型已形成裂纹，渗进了金属液，也会形成结疤。

同理可说明各种形式的液流间断与膨胀缺陷之间的关系，若金属液在砂型表面上反复出现覆盖与流失状况，则在型面上的任何部位都可能发生剥落。

4. 型砂

有人认为，改进砂型性能是补救这类铸造缺陷的最佳措施（不考虑浇注速度），这一看法有一定道理，然而型砂的膨胀值，确实是需要准确控制的，以使砂型能够承受膨胀而不致破裂。假定铸件设计和浇注速度都很合理，那么，改进型砂性能的正确措施才能收到实效。此外，必须指出，型砂的某些性能若不加以控制，就会使砂型强度降低，这样，即使浇注系统设计的再好也无济于事。

（1）型砂中的水分过多。这里所说的水分是指游离的或过剩的水分，而不是指型砂中总的含水量。例如，含泥量高的原砂或天然型砂，比含泥量低的型砂需要而且允许有较高的水分。

（2）就型砂水分或砂型硬度而言，含泥量过低。含水分高的型砂要求含泥量也高。用于高压造型的型砂含泥量应高一些，以适应砂型要求的高紧实度（高的砂型硬度）。

（3）碳素材料含量太低。这类碳素材料只是控制型砂正常膨胀的材料之一。碳素材料所起的作用很像一般黏土砂中的木屑和淀粉。

（4）型砂的高温退让性太差。这是引起铸件结疤的首要原因，其次是上述其他因素所造成的。实际上，型砂在高温下是很脆弱的，所以，在膨胀时砂型表面就会发生破裂。高温退让性过大，会导致型壁移动或造成缩孔。

（5）原砂粒度分布不良，会使型砂的总膨胀值过高。粒度分布集中的瘦砂（黏土和细粉含量少）或大部分集中在相隔一个筛号和两个筛号之间的原砂，其膨胀值都高，容易产生铸造缺陷。这种粒度分布，前者称“单一筛号”，后者称“双驼峰”。通常最理想的型砂，其粒度应均匀分布在3、4个筛号中。

（6）原砂粒度及形状不正确。这与上述（5）的情况大致相同。原砂粒度除要求具有大小不同外（4个筛号），还要求原砂具有各种形状。这就是要求砂粒具有多角形、半多角形和圆形。单一形状的砂粒，其特点就和一种粒度的砂粒相似（总膨胀值过高）。

（7）混砂不当造成型砂中原材料偏析。原材料偏析可产生上述（1）、（2）、（3）和（5）、（6）等问题。换言之，前边所指的太少或太多，严格来说是指型砂个别部分混合不好。例如，型砂中的湿块就是（1）中所说的水分过多。型砂中即使只有一小部分水分过多，砂型的那个部位就会产生结疤。与此相同，砂型的某个部位含泥量过低、碳素材料太少或原砂粒度不合适等，都会在该部位产生结疤。

（8）型砂中的抗膨胀材料不足。假定型砂的其他各项因素都是正确的，但是为了弥补铸件设计不合理、浇注速度过慢、浇口设计不正确以及类似的非型砂方面的错误，需要对型砂做进一步的控制，那就可能会遇到型砂中的抗膨胀材料不足的问题。同样，在型砂混制过程中，还涉及到水、黏土以及填充料的配比问题。这些填充料是控制型砂高温退让所需要的。但是，如果填充料的配比减少到一定程度，铸件就会产生膨胀缺陷。如果某些基本操作工艺不正确，即使采用缓冲材料是一种有效手段，但非最好的办法。

5. 制芯

（1）高温退让性能差，型砂的高温退让性能差是膨胀缺陷的主要因素，其理由也相同。

（2）湿砂芯或上半片湿砂芯，下半片为干砂芯，则型砂中所述诸因素对此均有影响。

（3）壳芯的厚度不匀。对于中空的芯子来说，厚度不匀所造成的膨胀不均，与砂箱及其准备中的（1）所述相似。

（4）芯棒或芯骨架距砂芯表面过近。由于芯砂和金属芯棒（或芯骨）的膨胀系数不同，造成了膨胀率的不一致。因而芯骨上的砂子易于碎落或者由于膨胀值相差悬殊，可造成砂芯开裂，使金属液流入裂缝。

（5）紧实度不匀。紧实度不匀，对砂型和砂芯造成的后果一样，其原因与本章砂箱及其准备中的（1）所述相同。

（6）砂芯涂料渗入太浅。涂料渗入太浅，构成了一个低强度区，导致涂料结疤的产生。

6. 造型

舂砂不匀，砂型涂料渗入太浅，砂型涂料过多。此外，若涂料与型砂的膨胀系数相差悬殊，会因产生不相等的膨胀率而直接引起铸造缺陷。

（1）涂料砂型未烘透。这是由于随涂料而附加的水分未按规定去除而造成水分过多的一种特殊情况。有时，当热源去除后，水分由砂型内部返回砂型表面（表干深度不够），这种烘干方式有可能造成砂型表面返潮。

（2）砂钩、固砂木片或铁棍距型面过近。

（3）用手工修型工具修型过度。这样会把砂型的水分引到型腔表面上来，或者会造成类似舂砂不匀那样的硬块。

7. 金属成分

由于型砂受热膨胀是产生各种膨胀缺陷的根源，因此，就认为金属成分与膨胀缺陷无关，是不全面的。事实上，不同的金属成分，其浇注温度和浇注速度不同，产生结疤的倾向也不相同。例如，钢水使型砂受热的速度比铝水快得多，温度比铝水高得多。在实际生产中，正常的砂型工艺是不会出现这种差异的。例如，典型的铸钢用型砂含有一定数量的黏土和淀粉（或糊精），这样常用的附加物减轻了形成结疤的倾向。由于钢水决不会浇入铝铸件的砂型中，所以，两种金属出现结疤的差异就不明显。在同一类合金中（诸如铸钢、灰铸铁、可锻铸铁等），金属成分的微小差别对结疤的产生没有影响。

8. 熔化工艺

凡影响金属液流动性的诸因素也可能会影响浇注时间。因此，引起金属液流动性能不良的熔化工艺（诸如氧化性熔化），浇入按正常浇注速度制作的砂型，会因浇注缓慢而产生膨胀缺陷。这类因素往往不被人察觉，因为，如果金属液流动性不良，除产生夹砂结疤外，通常会造成浇不到或冷隔等缺陷，或只造成浇不到或冷隔而不产生夹砂结疤缺陷。

9. 浇注

（1）浇注速度太慢。如前所述，浇注速度太慢是造成膨胀缺陷的根源，但前面所指的浇注速度慢是由于工艺造成的而不是人为的。不管铸件或浇口设计如何正确，浇注工也往往会放慢浇注速度。这种人为的放慢浇注速度特别不容易查明，除非把那个铸件的浇注时间记下来。

（2）浇注温度过高。浇注温度过高能迅速把砂型加热，如果再将浇注速度减慢（内浇口太小）就会导致膨胀缺陷。

（3）对于熔模铸造而言，防止的措施如下。

①所有防止型壳分层、加强层间结合力的措施都有利于消除熔模铸件产生鼠尾和凹陷缺陷。如面层涂料黏度不可过小，面层撒砂不可过细，表面层和加固层撒砂粒度差勿过于悬殊，撒砂中含粉量及含水量要小，撒砂后或上下层涂料前应去除浮砂，加固层涂料黏度不宜过大，对于水玻璃型壳硬化要充分，硬化后风干时间要适当，特别要注意清除蜡模内角处堆积的涂料和撒砂等。

②提高脱蜡介质的温度，缩短脱蜡时间。

③型壳过湿时不宜高温入炉焙烧。

④尽量避免铸件有大平面结构，避免铸件大平面平放或朝上浇注，必要时应设工艺筋、工艺孔，以防止这类缺陷产生。

五、表面粗糙缺陷

表面粗糙缺陷指铸件表面毛糙、凹凸不平，其微观几何结构特征超出铸造表面粗糙度测量上限，但尚未形成粘砂缺陷。形成该缺陷可能的原因如下。

1. 铸件设计

当铸件有尖角、较深的凹陷部位，应当通过改进设计避免铸件产生缺陷。尖角容易造成断裂和擦伤，而且较深的凹陷部位，还容易造成舂砂松软、侧壁多孔，容易损坏铸型，由于应力集中而降低铸件的强度。所以，在铸件设计时要尽量避免。

2. 模样

（1）模样的某些部位难以填满型砂，会导致产生舂砂松软。如果不能改变模样的设计，则需要设置型芯。

（2）模样表面过分粗糙，可能是在造型过程中反复使用很尖的扎气针所造成的，也可能是模样表面掉漆。当使用韧性好、黏性强的型砂时，可能不会在型腔上再出现这些微小的瑕疵，而当使用流动性较好的型砂时，就会显示出模样上的缺陷来。有时，模样表面粗糙起着反拔模斜度的作用，导致侧壁拉裂。

在实型铸造中，所采用的聚苯乙烯模样表面之所以粗糙，通常是因为发泡过程过度造成孔洞过多、未用蜡质涂料或未用石蜡将胶水粘缝填平所引起的。如果搬运不当，这种泡沫塑料还容易发生裂口和缺口。微小的缺陷，可用石蜡进行修补，但是较大的裂口则需要嵌入填补材料，并重新加工表面。

（3）模样强度不够，当用整体模造型时会出现这种情况。因为在造型的压力下，这类模样容易产生退让，所以表现出反拔模斜度的倾向。当拔模时，这种模样会把砂型拉裂。

3. 砂箱及其准备

箱带设置不当，阻碍正常舂砂，会导致产生轻微胀砂。

4. 浇冒口系统

形成金属液流速过高的内浇口，会在铸件的浇口部位，造成冲刷现象。这种情况下造成表面粗糙，可能是因为有轻微的冲砂所致。

5. 型砂

（1）型砂水分太高或太低。水分含量太高，会直接形成黏模，而使型腔表面粗糙。太干的型砂，会在浇注过程中产生冲砂或在吹扫砂型的浮砂及合型时，使型砂散落。

（2）透气性过高，可能意味着型砂颗粒太粗，不符合使用要求。透气性过高，还是造成型砂干燥过快的一个因素，其结果会使得型腔表面的边缘部分变脆。

（3）型砂配置不当，是造成表面粗糙的一个主要原因。型砂、水分和黏土分布不均，形成黏土球，会在型腔中这三种材料集中的点上，形成粗糙区域。

（4）型砂中有外来杂质或是低熔点的材料太多，这些材料可能形成还原性气氛，但是如果含量过高，形成气体扰动而导致形成局部的粗糙点。

（5）脱模剂用量过多，会在造型过程中对黏模和型砂性能产生直接的影响。除了这些影响外，脱模剂在型砂中结块，会严重的破坏型砂的正常性能，导致形成表面粗糙。

6. 制芯

（1）砂粒太粗，不符合使用要求。

（2）芯盒污染，比如芯盒中有树脂、油和类似的部分氧化了的黏结剂，从而造成砂型表面粗糙。

（3）砂芯舂得松软，会和砂型舂得松软而造成砂型表面粗糙一样，造成砂芯表面粗糙。有些砂芯很难舂得紧实，可能是芯盒设计不当。在不易吹满芯砂的死角和凹陷部位，适当地开设排气孔。流动性好的芯砂，必须及时运送，才能保证砂芯的最好质量。

（4）砂芯喷、浸、刷涂料不当，会造成表面粗糙。

（5）砂芯硬化过度，在运送或下芯过程中，会产生擦伤甚至脱落。

（6）高温强度低，或由于所用的黏结剂的高温强度太低，或黏结剂的用量不够。

（7）砂芯涂层不良或混制不当，造成芯砂性能不均匀的情况。

7. 造型工艺

（1）舂砂松软，会使型砂原有的强度不能正常发挥，导致砂型表面粗糙。

（2）型砂未经粗筛，含有外来杂物和废物等。

（3）型腔刷、喷涂料不匀或不足，这种不均匀的涂层，还会起皮和剥落。

（4）修型不当或是使用过多的脱模剂。型腔表面的这些粗糙部位会复制到铸件表面形成粗糙缺陷。

8. 金属成分

易与型腔表面发生化学反应的金属成分，例如锰钢，会直接导致表面粗糙。

9. 浇注工艺

对多用的造型材料来说，浇注温度太高，会造成化学粘砂、机械粘砂或产生冲砂。而采用低温浇注可以消除原来的缺陷。当使用的浇注温度过高时，还会导致氧化和形成夹渣。浇包撇渣不当，使氧化物随液流进入型腔，也会出现化学粘砂或机械粘砂缺陷。

对于熔模铸造而言，采取的措施如下。

（1）让面层涂层硬化前充分干燥；采用常温硬化，减少涂层和硬化剂温度差，面层涂料的粉液比和黏度应适当高些，以减少硬化收缩等。

（2）尽量减少型壳表面自由Na2O含量。采用低密度、高粉液比的面层涂料；采取各种措施保证型壳能硬化充分，如硬化前干燥，或保证面层硬化时间，或脱蜡时进行补充硬化，并注意防止局部涂料堆积、硬化不透等。

（3）水玻璃密度不可过高，面层水玻璃密度最好为1.26～1.28g/cm3，最高不大于1.30g/cm3。

（4）适当降低浇注时金属液温度和型壳温度。

（5）改进浇注系统，减轻金属液对型壳的热作用。

（6）合理选用型壳耐火材料。做不锈钢铸件时应采用中性耐火材料如刚玉粉砂作为面层，不应采用酸性耐火材料硅砂粉。

（7）防止和减少金属氧化。尽量采用快速熔炼，以减少金属氧化。又如适当降低熔炼和浇注温度，并对钢液进行充分脱氧。在还原性气氛下进行浇注。必要时采用真空熔炼及浇注。

（8）适当提高型壳焙烧温度和浇注温度，以适当降低金属液浇注温度。

六、皱皮缺陷

皱皮缺陷是指铸件上不规则的粗粒状或皱褶状的表皮，一般带有较深的网状沟槽。皱皮是消失模铸铁件特有的表面缺陷。在消失模铸造生产中，它是影响铸件质量和阻碍铸铁生产的主要因素之一。在真空生产工艺条件下，铸铁件皱皮缺陷较树脂自硬砂消失模铸造工艺条件大为减少。但是，如果工艺条件控制不当，它仍是影响铸铁件表面质量和阻碍生产的主要因素之一。

消失模铸件皱皮缺陷常出现在金属液最后流道或液流的“冷端”部。在一般情况下，缺陷多位于铸件的上部（上平面或上侧面）或铸件的死角部位以及壁厚小于15mm薄壁铸件的垂直面处；其形式按外观分主要有波纹状、树枝状、滴瘤状和夹渣状4种皱皮缺陷，其中波纹状缺陷较浅，后三种较深。在真空消失模铸造时，在不利的工艺条件下，泡沫塑料裂解汽化产物来不及完全溢出铸型，使原来泡沫塑料很薄的蜂窝状组织的隔膜增厚好几百倍或上千倍，破坏了泡沫状组织，形成很厚的硬膜。这种液态状或硬膜状的聚苯乙烯残渣漂浮在金属液面上或黏附在铸型的型壁上，比原来蜂窝状组织的泡沫隔膜更难以完全汽化。在金属液冷凝过程中，因液态聚苯乙烯残留物的表面张力与金属液不同，引起收缩，在金属液冷却凝固后使它形成不连续的波纹状皱皮缺陷。

消除铸铁皱皮缺陷的措施如下。

在整个浇注过程中，力求避免泡沫塑料的熔融与燃烧，以防止泡沫塑料高温分解产物的形成，希望它从接触高温金属液发生体积收缩开始，立即像升华一样，直接转变为气体而逸出铸型外，这是消除铸铁皱皮缺陷的有效途径。

（1）选择适宜的铸造用泡沫塑料。根据铸造合金的种类、铸件形状以及型砂的特点，选用密度低的铸造专用泡沫塑料模型材料，例如STMMA共聚材料，以保证泡沫塑料的残渣少、烟雾少、汽化速度快，尽量减少泡沫塑料与金属液接触时残渣和固相分解产物的生成，从而有利于改善铸件的质量。

也有人向泡沫塑料内加入若干促进汽化和阻止燃烧裂解的物质，如对苯醌、甲基紫、三氟化硼等添加剂，使泡沫塑料在接触高温金属液时能尽快地汽化。

（2）提高浇注温度和浇注速度。将铸铁的浇注温度提高20～80℃，并加快浇注速度（以保证金属液流动平稳为原则），可弥补泡沫塑料燃烧、汽化，在铸型内流动过程中的热损失，并具有足够的热以保证泡沫塑料的汽化，从而改善泡沫塑料的汽化条件和有利于金属液迅速地充满铸型，促使残留物和气体溢出。

（3）提高抽气量和真空度。提高铸铁的浇注真空度，有利于排烟排气，从而改善了泡沫塑料的汽化条件和有利于金属液迅速地充满铸型，促使残留物和气体溢出。

（4）选择适宜的浇注系统。根据泡沫塑料模样在型内汽化的特点，消失模铸件的浇注方式可选用底注、阶梯浇注、顶注和雨淋式浇注。但必须注意，应确保金属液流平稳、迅速地充满铸型。

另外，根据消失模铸造的特点，在确定浇注位置时必须充分考虑到铸件的形状。对于大面积或高大的铸件，应尽量采用分散多内浇道或分层阶梯浇注，避免浇道过于集中，这样有利于金属液平稳、迅速地充满铸型，对改善铸件质量起到较好的作用。

消失模铸造的浇注系统与普通铸造应当有所不同，在选择消失模铸造冒口时，应尽可能考虑采用暗冒口。

（5）提高铸型的透气性。铸型具备良好的透气性是确保获得优质真空消失模铸件的重要条件。实践表明，提高铸型透气性的途径主要方法是选用粗砂、提高浇注时的抽气量和真空度，选用合理涂料和涂层厚度。

（6）其他方面。在泡沫塑料或合金内加入适量的稀土元素对铁液合金进行处理，不仅有利于改善合金的性能，而且对消除皱皮缺陷也可起到一定的作用。

对一些大型厚壁模样，可采用空心结构和在模样或铸型内设置内外通气道的方法来改善泡沫塑料模样的汽化条件。还可采用串联式的造型方法，将缺陷集中到顶部冒口上，可确保铸件的质量。

综上所述，影响消失模铸铁件皱皮缺陷的因素是多方面的，绝不是单独地改变一种泡沫塑料或几种铸造工艺就能奏效的；而应围绕如何有利和加速泡沫塑料模样的汽化这一中心问题，全面考虑上述各方面的影响因素，才能制定出最佳的工艺方案，从而保证获得优质的无皱皮缺陷的真空消失模铸铁件。

七、表面类缺陷的防治措施总结

各种主要的表面类缺陷的名称、定义和特征、鉴别方法、成因及防治补救措施总结如表5-1、表5-2、表5-3、表5-4、表5-5、表5-6、表5-7、表5-8、表5-9、表5-10。

表5-1　表面粗糙缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-2　沟槽缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-3　化学粘砂缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-4　机械粘砂缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-5　夹砂结疤缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-6　热粘砂缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-7　鼠尾缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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表5-8　缩陷缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表5-9　皱皮缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

表5-10　龟纹缺陷的特征、鉴别方法、成因及防治措施

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第二节　表面类缺陷防治实例

案例1　A30汽缸体产生夹砂的防止对策

生产条件及存在问题　A30型系列柴油机是具有高可靠性、高动力性、高经济性、低噪声、低排放的环保型增压系列柴油机，A30型柴油机投产以来，作为A30柴油机主要零部件的汽缸体夹砂废品率曾达到15.57%，影响了A30柴油机的生产效率。

缺陷形成原因及防止措施　夹砂产生的因素为：型砂性能，具体因素有：型砂含泥量、代煤粉加入量、水分含量及型砂混制的均匀性；铸件结构（铸造圆角）；浇注速度；浇注系统的布置。

（1）型砂性能。经过对现场使用的型砂性能检测数据进行分析，发现型砂含泥量在16%～18%，为工艺上限，经测定型砂中的死黏土增加，有效黏土含量降低。对此，在旧砂回收系统中增加了3处除尘口，减少扬尘落入回收的旧砂中，从而减少了死黏土的含量。同时，适当调整型砂配比：①新砂的加入量提高到工艺上限，降低含泥量，保证有效黏土的含量；②适当提高代煤粉的加入量，增加还原性气体，并减少型砂的热膨胀；③随着型砂配比的调整适当提高水分含量，将紧实率控制在45%，保证型砂性能稳定和砂型的强度；④在混制好的型砂中发现有残留的砂芯块或混砂不均匀，也是产生夹砂缺陷的原因之一，通过延长型砂混制时间（30s），将残留的砂芯块碾碎，增强型砂粒度的均匀性。经过以上调整，型砂性能有了较大改善。

（2）铸件结构。A30汽缸体凹坑结构多，不利于热量的散发，由于长时间的热作用产生热应力而形成夹砂，将这些凹坑的铸造圆角适当加大，增加热量的散发，减少夹砂的产生。措施实施后，夹砂废品率略有降低，但效果不明显。

（3）浇注速度。将A30汽缸体以不同的浇注速度各生产100台做对比试验，发现提高浇注速度后试验工艺较原有工艺生产的铸件夹砂废品率明显降低，因此将浇注速度稳定地控制在适宜的范围内，对解决夹砂问题有一定效果。

（4）浇注系统的布置。A30汽缸体为中部和底部注入铁液，内浇口直接对准产生夹砂的凸砂位置，高温铁液注入时，对砂型产生冲刷，特别是在浇注速度较快时，对砂型的冲刷作用力更大。为此，改变原来内浇口位置，避免铁液对凸砂位置的冲刷。该措施实施后，显著地减少了夹砂废品。

案例2　135型柴油机汽缸盖铸件粘砂缺陷防止

生产条件及存在问题　135型柴油机汽缸盖铸件，生产时质量波动较大，废品率较高、铸件合格率只有55%左右，铸件主要缺陷是螺柱孔渗水、水腔及进排气道严重粘砂及脉纹。为此进行了反复检查分析，找出了缺陷产生的原因，并有针对地改进造型工艺，选择适宜的制芯材料，严格执行熔炼浇注工艺等，经上述措施的实现，缺陷基本上得到控制，铸件废品率下降到12%以内。该铸件一般壁厚是5mm左右，材质为HT250，铸件质量43kg，轮廓尺寸346mm×258mm×135mm，采用组合芯造型，砂芯均采用三乙胺法制芯。造型方法采用多触头高压造型，一箱四型。15t冲天炉与27t变频电炉双联熔炼，采用3t浇注小车浇注。

解决措施

（1）改进浇注系统，原来铁水由两面经内浇口进入型腔，现改为由三面进入型腔。同时扩大浇注系统各单元的截面积，从而使浇注时间从原来的35s左右降低为25s左右，缩短了金属液填充的时间。

（2）在浇注系统中增设陶瓷过滤网防止铁水中的氧化渣、浇注过程中的杂物进入型腔。

（3）严格遵守熔炼浇注工艺，浇包内铁水应除净炉渣及杂物，出铁温度：1415±10℃，浇注温度：1390±15℃。

（4）选择适宜的制芯材料，调整芯砂成分。在芯砂中增加一定比例的铬矿砂，因为铬矿砂的导热性好且没有同素异态的转变，因此受热体积变化不大，铁水不易渗透。

（5）在芯砂中加入附加物减少砂芯热膨胀或采用上涂料，在金属液与砂芯之间建立隔离层，防止铁水渗透。

案例3　1706L轴头头部内孔严重粘砂问题的解决

生产条件及存在问题　1706L轴头（材质ZG25 1）是蒸球的主要部件之一，它塞焊在蒸球球体上。蒸球是造纸工业专用制浆设备，因而对轴头有较高的质量要求。1706L轴头批量比较大，它单件重800kg，生产过程中，该种铸件的头部内孔粘砂严重，砂子无法清理，只有用电焊切割的方法切除。

解决措施　由于材质为低碳钢，体收缩量较大，冒口的尺寸也比较大（φ390mm× 450mm）。铸件头部形成一个直径为φ135mm的热节，而此处的砂芯外径为φ120mm，砂芯中间又有（φ38mm的钢管作为芯骨，芯骨外缠φ12mm草绳，这样此位置的吃砂量仅有28mm。因此，砂芯很容易被高温铁水熔融和钢水渗入砂芯，形成严重粘砂，无法清理。

我们首先考虑的是如何增加粘砂部位的吃砂量。先是由φ12mm草绳改用φ7mm的较细草绳，吃砂量增加5mm，未取得明显效果。然后又在此位置改缠石棉绳，使吃砂量增加到35mm左右，粘砂的程度有所减轻，但仍不理想。

由于铸件结构限制，除了减少砂芯芯骨缠绕的草绳直径以增大吃砂量外，只能再考虑减小芯骨（钢管）的直径。但该砂芯较长（1650mm）芯骨直径小，强度和刚度都不够，而且浇注时气体不能及时排出，会使铸件产生气孔。我们还试图通过减小冒口直径，进而减小热节圆直径来解决粘砂问题。但是若冒口直径减小，铸件会出现缩孔缩松。轴头内孔的砂芯为水玻璃砂不能刷涂料，我们在易粘砂的部位刷一层石英粉水基涂料，以后又改刷锆英粉水基涂料，取得一定效果，但仍不理想。

在生产过程中，轴头砂芯用的水玻璃砂较细，抗高温能力相对较差，头部砂芯易熔融，由于颗粒度稍大，钢水容易渗入砂芯内。在这种情况下，我们决定采用特种制芯材料进行试验探索。铝矾土砂具有高温化学性定、热膨胀系数小、耐火度高等优点。我们试用铝矾土砂局部制芯，并刷锆英粉水基涂料。此法效果较好。浇注了192件轴头除10件轻度粘砂外，其余182件均很光洁。

为了进一步完善提高，我们用树脂砂制芯，生产出的铸件尺寸精度高、表面光洁。树脂砂不仅常温强度高，而且高温强度也高。总之，在铸件生产中，对于壁很厚、热节圆很大而吃砂量很小的铸件，往往在此处产生严重粘砂等问题，若应用特种砂或黏结剂就会得到显著效果。

案例4　EPC铸铁件表面皱皮缺陷的消除

缺陷产生的原因　皱皮缺陷常出现在金属液最后流道或液流的“冷端”部。一般出现在铸件顶部、垂直侧壁或死角部位。这类缺陷表面常覆盖有轻质发亮的碳薄片以及在缺陷的凹陷处充满有烟黑炭。影响消失模铸件产生皱皮缺陷的因素包括：EPS密度、浇注温度、初始负压度和浇注速度等。克服铸件皱皮缺陷的关键是：选用低密度的EPS泡沫作为模样；高温浇注；在保证不塌型的前提下，控制初始负压度越小越好，同时有利于浇注速度和EPS汽化速度同步。

造成铸铁件表面皱皮缺陷的原因是模样材料不合适。采用PMMA模样材料替代EPS模样材料可以减少皱皮缺陷，这是因为高温金属液充型过程中模样热解产物的不完全排除而造成的。在铸件表面呈现的皱皮状缺陷是模样材料的残渣，主要组成物为EPS模样残留物，呈光亮的皱皮状。

解决措施　美国通用汽车公司为减少或消除消失模铸件出现皱皮缺陷，在模样表面对应于铸件易出皱皮的部分，先涂上一种含硅酮的材料，再涂涂料。这种含硅酮的材料在浇注过程中可使模样材料与涂料层分离，从而抑制皱皮的形成。同时利用这种方法还可降低浇注温度，有利于晶粒细化并提高铸件性能。

采用低透气性涂层，并用低密度模样材料，也有利于减轻皱皮缺陷。铸铁件表面皱皮缺陷是液态金属脉动式充填造成的。在金属液停止流动时，只有金属表料透气性越好，浇注温度越高，液态金属压头越大，就越有利于减少皱皮，获得表面光滑的铸件。

充型速度和皱皮缺陷的形成有关系，对任何给定的铸件都存在着一个特定的临界充型速度区间。当充型速度大于临界充型速度区间的上限时，不仅模样材料的热解产物没有足够的时间从金属—模样—涂料界面排除，而且液态金属前沿的流动也不平衡，这时铸件易产生气孔、皱皮、粘砂等缺陷。临界充型速度的上限大小随模样模数（或壁厚）的增大而增加。

采用较高的负压度，有利于皱皮缺陷的减少或消除。在消失模铸造过程中，负压的作用在于：①能使气体产物的浓度降低；②在缺氧条件下，可减少裂解生成的游离碳的数量；③也有利于生成游离碳的迅速排除。负压度越大，充型速度越快，浇注时间变短，致使低黏度液相产物来不及转变为高黏度液相分解产物，光亮碳出现减少；负压度越高，模型分解产物通过涂层向型砂中吸排，有利于减少皱皮缺陷。

提高浇注温度，可以减轻皱皮缺陷。浇注温度不仅影响模样材料热解产物的类型，而且影响金属液的充型速度。当浇注温度低于某一临界温度时，模样材料液态热解产物占优势，充型速度随浇注温度的提高而增大；当浇注温度高于某一临界温度时，热解产物主要为气态产物，充型速度随浇注温度的提高而降低。

案例5　变速器中壳粘砂的控制措施

生产条件及存在问题　变速器中壳不仅有致密要求，外观也不允许存在明显粘砂缺陷，材质为HT200，重量75kg，大部分壁厚为8mm。实际生产中，经常出现粘砂缺陷。

解决措施　根据机械粘砂形成的原因，采取如下对策。

（1）控制原砂粒度和分布及型砂总含泥量，以控制透气性过高现象，减少毛细管渗透或气相渗透的发生。

（2）控制型砂总含泥量以控制透气性过高现象，减少毛细管渗透或气相渗透的发生。

（3）控制浇注温度在1420～1380℃之间，保持浇注时间在小范围内波动，以减小铁液渗透力。

（4）在粘砂的砂型表面继续均匀喷涂耐火度较高、不易被金属液体润湿且不易与金属液体表面氧化物产生化学反应的醇基快干涂料，同时提高涂料的密度至1.2g/cm3左右，适当增加涂料层厚度，以减少金属液体对砂型表面的熔蚀和渗透。实践证明，上述措施使铸件粘砂缺陷得到了控制。

案例6　不锈钢熔模铸件表面流纹的防止

生产条件及存在问题　铸件表面流纹是铸件表面上深度为0.05～1.0mm的流线状凹痕，是硅溶胶型壳不锈钢熔模铸件较常见的一种铸造缺陷。不锈钢熔模铸件表面流纹较容易产生在壁厚较厚、平面较大的外表面以及较大球形和圆柱面的外表面，而在铸件内腔却很少出现。

硅溶胶型壳熔模铸造碳钢件的生产实践表明：a.扣箱生成密封的还原性气氛确实能大大减少表面流纹缺陷，但不能完全消除，表明氧化应是熔模铸造碳钢件产生表面流纹的主要原因之一，但不是唯一的原因；b.铸件流纹相应部位可能有飞翅出现，但大多数流纹相应部位无飞翅，表明流纹不一定是低熔点FeO侵入型壳裂纹的后果；c.浇注后铸件表面确有深浅条纹，且基本能与型壳内表面的裂纹相呼应；d.型壳内表面裂纹可以是浇注前就存在的，也可以是浇注过程中受钢液激烈热冲击产生的以及浇注后受铸件高温烘烤产生的；e.熔模铸造碳钢件酸洗磷化后流纹更突出、更清晰明显。因此认为硅溶胶型壳熔模铸造碳钢件表面流纹产生的原因之一是：浇注后的铸件表面受由型壳裂纹渗入的空气中氧的影响，产生较铸件其他部位严重的氧化，因而在铸件表面出现颜色较深的条纹状铁的高价氧化物。铁的高价氧化物和基体及FeO的结合力很弱，在抛丸时容易脱落分离而形成流纹。酸洗、磷化时铁的氧化物溶解也使流纹更加突出明显。

解决措施　防止不锈钢铸件表面流纹的根本措施是防止型壳内表面开裂。另外，减小侵入裂纹内气体的压力也可减少流纹。

（1）防止型壳内表面开裂。生产现场解剖型壳发现，型壳脱蜡前，内表面光洁、平滑，无任何裂纹，而蒸汽脱蜡后的型壳内表面则出现裂纹，浇注后铸件相应部位出现流纹。防止蒸汽脱蜡时，型壳内表面产生裂纹的关键是优化制壳、脱蜡等工艺。具体措施如下。

①提高型壳的导热性和面层型壳的透气性。蒸汽脱蜡时，蒸汽热量通过型壳传向蜡模表层，再由表层传向蜡模内层，蜡模受热膨胀而可能导致型壳开裂。如果型壳导热良好，热量传至蜡模表层，蜡模表层在蜡模整体膨胀前熔化，当型壳面层具有良好透气性时，蜡模表层熔化后的蜡液浸渗型壳面层，在蜡模和型壳之间出现间隙，减轻了蜡模整体受热膨胀对型壳产生的张力，防止了型壳开裂。因此面层涂料中的粉料和撒砂粒度应适当粗些，粉液比应适当低些，另外，模组清洗后的刻蚀细纹也能适当容纳蜡模表层的熔蜡，强化型壳内层，缓冲蜡模的膨胀。

②提高型壳干燥率。型壳越干燥，型壳强度越高，承受脱蜡时蜡模膨胀的能力越强，型壳越不容易开裂。另外，干燥率低，型壳中残留水分多，脱蜡时，会受蒸汽高温作用而出现异常沸腾现象，导致型壳局部破损开裂。

③改进组装工艺，降低脱蜡指数。脱蜡指数越低，型壳越不容易开裂。生产中发现，同样的蜡模，内浇道大，则脱蜡时型壳内层不容易产生裂纹，流纹较少。另外，蜡模组装数相同条件下，横（直）浇道过于宽大，型壳内表面容易开裂，流纹也相对严重。因此浇注系统设计时，应适当增大内浇道、减小横（直）浇道和适当减少组装蜡模的数量、设置辅助出蜡口以减小脱蜡指数。

④脱蜡时快速装壳、迅速升压、缓慢降压。脱蜡时，型壳开裂现象同装壳和升压情况密切相关。脱蜡初期热量如能通过型壳迅速传至蜡模表层，蜡模表层在蜡模整体膨胀前熔化，蜡的一部分浸入型壳内表面，一部分由浇注系统熔出，此时，型壳将不容易开裂。为此，要求压力能迅速升至0.7～0.8MPa。最好是脱蜡釜附设贮压蒸汽罐，以保证高压蒸汽进入脱蜡釜后压力不会有大的下降。快速装壳，可以保证脱蜡釜内温度不会有较大的下降。脱蜡结束后应慢慢打开排气阀泄压。降压太快，型壳内外压力差大，型壳内层在残留蒸汽压力作用下向外膨胀，也会导致型壳开裂和破损。

⑤使用熔点低、黏性小、收缩率小的模料。熔点低、黏度小的模料在脱蜡初期快速升压时容易熔出。收缩率小的模料脱蜡时对型壳产生的膨胀张力小，因此，型壳内表面不容易开裂。

（2）减小侵入裂纹内气体的压力：a.提高型壳的透气性；b.提高浇注时型壳温度和降低钢液浇注温度。

案例7　船用汽缸套云斑产生原因及防止措施

生产条件及存在问题　船用柴油机汽缸套，由于其内孔大、壁较厚且外形复杂，铸造毛坯除了经常出现的砂孔、渣孔和缩松外，云斑也是普遍存在的铸造缺陷。为了提高船用汽缸套的铸造质量，必须防止云斑的产生。

解决措施

（1）设计合理的金属浇注模。应根据汽缸套形状设计金属浇注模，要基本保持模具壁厚一致性，要有利于涂料在离心力作用下均匀分布在金属模内，并避免产生热节。

（2）制定符合要求的化学成分。合金铸铁的力学性能主要由铸铁中的组织（基体或石墨）决定，而铸铁组织又由铁液的化学成分和铸型的冷却速度决定，这就要求必须根据铸件的壁厚和它的力学性能要求来决定化学成分。

碳、硅均为石墨化元素，一般灰铸铁在保证抗拉强度大于250MPa条件下，稀土元素应控制在3.7%～4.1%，以获得良好的铸造性能和加工性能。稀土元素在上述范围内，采用高碳、低硅铁液可获得良好的强度和端面均匀性。要控制铁液的碳当量，若采用多加废钢，需在熔化铁液中加入增碳剂。对于感应电炉，铁液温度过热，炉衬中SiO2，还原为硅进入铁液，造成铁液降碳而增硅，从而使铁液成分波动，因此，在感应电炉熔炼铁液时，要采取“高碳、低硅”。

为了提高汽缸套的耐磨性，增加其硬度、强度，钒、钛的加入量要适量，因钒、钛硬化相呈网状分布在晶粒边界上，数量过多会恶化力学性能与切削加工性能。

（3）严格炉料管理。由于生铁在配料中占相当大的比例，所以生铁质量的好坏对汽缸套的质量影响较大，因此，首先要严格控制生铁质量。其次回炉料和废钢锈蚀必须清理干净，按成分分类堆放、使用，不可混杂，以免有害元素混入炉内。

（4）铁液的过热温度和静置时间。对大直径汽缸套所浇铁液，必须高温熔炼，适温浇注，以利于石墨化，防止白口。铁液出炉温度以1400～1480℃为宜，浇注温度在1360～1400℃。在规定范围内适当提高铁液过热温度，以提高汽缸套断面上组织的均匀性，由于有适当的过热温度，能给铁液的孕育提供必要条件。但是，高温静置时间过长，会造成铁液成分波动太大，石墨结晶核心溶解，石墨可能很快生长、长大，引起石墨形态恶化。感应电炉熔炼铁液，高温静置时间不应超过6min。

（5）加强孕育处理的工艺措施。孕育处理的目的是为了消除白口倾向和减少过冷石墨，所以一般采用石墨化孕育剂进行瞬时孕育，出铁槽随流加入孕育剂。使用75SiFe，粒度2～4mm，加入量一般占铁液重量的0.1%～0.2%，并制作容量为50～100g的孕育剂加入勺，根据试样断口和炉前分析结果，确定孕育剂的加入量。

（6）要严格控制金属模模温。

（7）应根据汽缸套的浇注温度和铁液量确定开始喷水时间，而喷水流量应根据汽缸套壁厚和模温确定。

（8）在不致产生铸件成分偏析和加剧双向凝固的前提下，将离心浇铸机转速适当提高，以加快铁液中渣和气泡在离心浇注过程中的溢出速度。

案例8　纯铜砂型铸件表面缺陷预防措施

生产条件及存在问题　由于纯铜的铸造性能特别差，具有很大的体收缩（4.1%）和线收缩（1.42%），使铸件很容易产生表面冷隔（皱皮）、凹（凸）坑、粘砂（粗糙）、聚渣（结疤）等缺陷。

原材料：Cu-2、Cu-3、Cu-4（铜含量不小于99.50%）。辅助材料：Mg-2、Mg-3（镁含量不小于99.85%）；氯化锌；木炭。

熔炼设备：功率为100kW容量150kg中频电炉，500kg焦炭火焰反射炉。

主要铸件有：1～5kg重的电极接头和电极把持器；不同规格的重量在80～350kg之间的矿热炉导电瓦板；100～800kg重的矿热炉集电环；30～50kg重的高炉风口套；5～20kg重的纯铜棒等。

解决措施

（1）型砂质量控制措施。型砂质量直接影响到纯铜铸件表面质量。型砂在原砂选用上首先选用耐火度较高（1300℃以上），粒度圆整，杂质含量较少的黏土砂。面砂选用100～200目较细的黏土砂，以便降低铸件的表面粗糙度；背砂采用70～140目较粗的黏土砂，以便提高砂型的透气性。砂型在造型过程中面砂的厚度一般保持在10～20mm，其余全部为背砂。另外，铸型在浇注前应彻底烘干，合箱后应清理干净型腔中的砂粒和杂物，否则，铸件表面容易产生粘砂、聚渣等缺陷。

（2）砂型紧实率要求。砂型的紧实率对降低纯铜铸件表面粗糙度很重要。由于纯铜液容易向砂型表面深度渗透，促使铸件表面粘砂，因此，在造型时砂型尽量舂均匀、舂实，还应采用干型浇注。干型砂型表面的紧实率应大于90%。背砂的紧实率应控制在60%～80%，有利于铸型退让和透气，防止铸件产生凹凸坑。

（3）砂型涂料要求。配制抗粘砂能力较好的涂料是提高纯铜铸件表面粗糙度的有效途径。由于纯铜液浇入型腔后首先与砂型涂料接触，涂料抵御高温的能力强，与液态金属不易形成氧化物，铸件表面就不易产生粘砂，铸件表面光洁；涂料与砂型接触的越牢固就越不易被液态金属冲垮，对提高铸件表面粗糙度越有利。干砂型的涂料厚度应控制在0.5～1.0mm。

（4）液态金属质量控制措施。纯铜的熔炼是一个较为复杂的工艺过程，一定要做好每一个环节，否则将很难保证铸件质量。简要工艺过程为：配料—炉料预热—炉底加覆盖剂—加料—熔炼—脱氧—排气清渣—静置—扒渣—炉前检验—浇注。熔化温度控制在1200～1220℃，浇注温度控制在1100～1150℃。炉前检验就是在浇注前先浇注含气试样，观察表面变化，表面鼓起并有气泡溢出时，证明金属液中含有大量的气体，应重新脱氧除气；若表面微微下凹根部有轻微撕裂状，也没有气泡溢出，证明金属液合格，即刻扒渣浇注化学分析试样、力学性能试样和铸件。这个过程简单但很实用，也非常关键，能直观地检验出纯铜液态质量的好坏，千万不可省略。若液态金属中含有大量的气体，容易使铸件表面产生凹凸坑缺陷；浇注温度过低容易使铸件表面产生冷隔（皱皮）缺陷；液态金属氧化后铸件表面很容易产生聚渣（结疤）缺陷；浇注温度过高容易使铸件表面产生粘砂缺陷。

（5）浇注系统及浇注要求。纯铜砂型铸造的工艺方法主要体现在浇注系统和铸件的浇注方式，对于平板类和杆类铸件，应尽量采用平放立浇方式，浇注系统应为底注阶梯式，可根据铸件高度开设二层或二层以上的内浇道，兼备了顶注式和底注式的优点。平放平浇时浇注系统的截面比为ΣF（直浇道总截面积）：ΣF（横浇道总截面积）：ΣF（内浇道总截面积）=1.2∶1.5∶1.0。若平做立浇时，就不开设横浇道，直接开设直浇道和内浇道封闭式浇注即可。其浇注系统的截面比为ΣF（直浇道总截面积）：ΣF（内浇道总截面积）=1.2∶1.0。液态金属在浇注时，先采用大流股充满直浇道底部及第一道内浇道，后采用小流股，并逐步抬高压力头，平稳注满砂型型腔。如果浇注系统开设不合理，液态金属在铸型中翻腾，充型不稳定，金属液流忽大忽小、忽高忽低，铸件表面容易产生冷隔（皱皮）缺陷；若液态金属冲型过猛，铸型就容易吸气冲砂，若是砂型排气不畅通，砂粒不能很好地浮出到冒口，铸件表面很容易产生粘砂、聚渣、凹坑等表面缺陷，严重的会影响铸件内在质量。

案例9　磁轭铸件粘砂缺陷的防止

生产条件及存在问题　磁轭铸件毛重约1450kg，材质为ZG270-500，浇注工艺图见图5-1，内浇口分两道阶梯引入钢液，将铸件木模加高550～600mm，直接带出冒口，冒口外径与铸型相同。冒口钢液重850～900kg。铸型的底部均匀设置啄≥80mm厚的外冷铁，内圈设置一圈内冷铁。中间砂芯用石灰石制作，并刷一遍涂料。采用快—慢的浇注方法，浇注结束时浇包剩余钢液从冒口处浇入铸件。铸件表面存在粘砂和胀箱现象，造成清理非常困难，补焊量较大，消耗原材料多，生产成本高。

解决措施　改进后的工艺见图5-2。

（1）内浇道分两层阶梯引入钢液，上层内浇道直接从冒口处引入，上下两层内浇道距离约为300mm。

（2）铸型底部和侧面四周均匀设置厚度δ≥100mm的高碳钢外冷铁。铸型和外冷铁均匀涂刷耐高温涂料。在铸型内部距中间砂芯30mm处，设置一圈用δ＜10mm中板边做的内冷铁，且内冷铁距铸件顶部150～200mm，并在内冷铁的底部100mm左右，用δ8mm圆钢焊接在底部中板边上，以加大底部内冷铁的厚度。

（3）中间砂芯用石灰石砂制作，并刷两遍涂料。砂芯顶部冒口处设置一圈补贴，砂芯中部开出φ30mm的排气孔，并通至型腔外。砂箱底部用干砂填成，在干砂床上开出十字形排气道，并与砂芯中部排气孔相通，以形成完整的排气系统。

（4）将木模加高350～400mm做成冒口，冒口钢液重550～600kg，并在冒口顶部四周扩大80mm以上，做成上大下小呈倒八字形冒口，以充分提高冒口的补缩能力。

（5）浇注采用“快—慢—快”的工艺方法，出钢温度控制在1550℃以下，钢液倒入浇包后静定3～5min后，低温浇注。

（6）分两次浇注铸件，当钢液上升到冒口高度2/3左右时停止浇注，并加入保护渣，不停地捣冒口。间隔20～30min后再用高温钢液补浇冒口，浇注完后再捣冒口30min以上。

（7）浇注结束后，铸件保温8h左右，吊开盖箱和铸件上部，让铸件底部暴露在空气中急冷，以利于铸件底部先凝固，达到顺序凝固的目的。

图5-1　磁轭铸件改进前浇注工艺

图5-2　磁轭铸件改进后的铸造工艺

案例10　大型薄壁铝铸件表面沟槽缺陷的消除

生产条件及存在问题　壳体铝铸件，内腔表面保持铸造毛面，其粗糙度要求小于Ra12.5μm，外表面全部加工，加工过程中要经过数次气密和4.5MPa的外液压强试检查。X射线探伤缩松、夹杂，针孔要求达HB6578—1992规定的2级。内腔表面的缺陷直接影响到零件的壁厚尺寸和承压能力，并干扰X射线片的评判。在批量生产中，有两种铸件的尾段壳体和中段壳体，一度曾因内腔出现严重的沟槽，导致铸件接连报废。尾段壳体铸件结构及工艺见图5-3，为流线型，大致呈锥形，毛坯主要壁厚12mm。铝铸件均采用差压铸造方法生产。材质为ZL101A，黏土干型，酚醛树脂砂芯，原砂用大林砂，醇基快干石英粉涂料，因砂芯大，芯中贯通一根带孔眼的钢管作为气道，以排气和支撑。浇注系统为4根与铸件等高的缝隙浇道。沟槽状缺陷杂乱零散地出现在尾段内腔表面，以4个缝隙浇道对应处居多。

解决措施　我们检查了铸件中作为排气通道的钢管，发现因长时间使用不及时清理，挤入钢管中的芯砂已凝块，严重地减少了排气通道的截面积。将芯砂清理干净，使气道保持畅通。另外，在中段砂芯上部缩颈处，围绕气道周围，用φ6mm的长钻头打数个斜指向R15的排气孔，尾段砂芯上部因已无空间，不能采取类似的措施。在其他工艺条件不变的情况下，各试生产3件。结果，3件尾段和3件中段上沟槽缺陷均消失。按此方法，在其后各数十件的小批生产中，沟槽缺陷没有再出现。

实际生产中，应把可能加剧沟槽状缺陷的以下各方面工艺因素也予以控制。

（1）涂料层的厚度和首次涂刷的黏度。稀涂料容易渗入砂粒间，可增加涂层附着力。涂层过厚，则容易导致鼓起、剥离。

（2）树脂加入量和芯砂的混制均匀程度。树脂加入量越大，芯砂的发气量及发气速度越大，有可能增大热解气体压力。如果芯砂混制不均匀，含有树脂富集团块，还会使缺少黏结剂的部分强度降低，在放置、烘烤、吊运过程中砂芯表面容易出现细裂纹，富集的树脂发气速度大，热解产生的气体欲就近从裂纹处排出，容易在铸件表面产生沟槽缺陷或凹下的细纹。

图5-3　尾段铸件及工艺示意图

案例11　大中型消失模铸钢件内孔粘砂缺陷预防

生产条件及存在问题　某厂采用真空消失模铸造工艺，大中型铸件在安装孔、格子孔以及内角处经常出现粘砂及烧结现象，特别是厚度大于70mm以上的铸钢件较严重，但铸件表面很少有黏结、烧结现象。认为孔眼处型砂紧实度不够，抽负压时，孔眼处有局部形成空洞，涂料层在高温金属液热作用以及浇注静、动压力头作用下，涂料层破裂造成金属液进入孔眼内而形成粘砂烧结。

根据经验介绍，采用高铝砂、镁橄榄石砂等混制的树脂砂预埋孔眼，有时粘砂、烧结现象反而更为严重。烧结的孔眼为砂与金属的混合物，常规清理非常困难，需要用电焊、碳弧气刨、气割等手段慢慢修出，对产品的质量、生产效率影响较大，特别对高锰钢铸件质量影响大，因为高锰钢受热碳化物容易析出，使材料冲击韧性下降，造成铸件产生裂纹、断裂等早期失效。

解决措施　烧结是粘砂的特例，是更加严重的粘砂现象。预防烧结可注意以下几方面。

①加强脱氧，降低浇注温度，以减少金属氧化物形成或加剧金属氧化达到增加氧化铁层厚度，以减小化学粘砂。

②保持足够负压时间，并减少搬运砂箱，防止过早搬运产生震动使型芯表层破裂，在铸件没有完全凝固时，金属液渗入型芯内，形成型芯烧结现象。

③加快型砂冷却速度，使铸件表面形成较厚的凝固层，以抵抗外力作用。

④提高涂料强度、抗激热开裂的性能。

⑤更换润湿角更大的原砂，并提高砂粒细度，减少孔隙，配合型砂振实工艺，提高砂型强度。

案例12　电机机身铸件表面缺陷的改进对策

生产条件及存在问题

电机机身铸件（材质为HT150，零件结构见图5-4）废品率达14.8%，表面严重缺陷导致报废的机身类废品率就达10.7%。

解决措施

（1）配方调整的实施。原来型砂配方为：10%新砂，5%煤粉，2%～3%陶土，余为旧砂。经查阅资料，型砂中煤粉含量超过8%，煤粉量再增加就无任何意义，现配方中，煤粉量已达5%，故对煤粉量不做调整，只对新砂和陶土加入量进行调整，进行4个对比实验，由于再增加新砂、陶土会引起成本过高，引起配砂困难及型砂退让性差等缺点，故将新的配方作为最终拟采用的优选配方：型砂配方为20%砂，5%～6%陶土，5%煤粉，余为旧砂。

（2）型砂混制工艺的调整。原型砂混制工艺参照有关资料定为干混1～2min，湿混8～10min出砂，其辗砂周期长达15min（加上出砂及加料时间），1h只能混4辗砂，满足不了生产要求。混辗时间由配砂工随意更改，一般混2～3min就出砂，不能有效保证型砂混制品质，型砂加水前必须有1min干混时间，湿混时间在4～5min即可符合要求，因此把型砂混辗工艺正式定为干混1min，加水湿混4～5min，即可出砂，严格执行。

（3）加强合箱前检验，保证铸型紧实度。铸型上、下表面用铸型硬度计测量紧实度，其值达到HB70～85，做到每型必查，并对铸型经常局部胀、夹砂部位进行重点检查，如紧实度不够补砂舂紧。该操作规程严格实施后，基本消除铸件胀砂的缺陷。

图5-4　机身零件结构

案例13　防止铸件粘砂的若干工艺措施

生产条件及存在问题　机械粘砂系金属液渗入砂型或砂芯砂粒间隙中，与砂烧结并黏附在铸件表面。它可以是薄薄的一层，也可能是数毫米的厚层。金属液有时会渗透到砂芯的整个截面，致使内腔阻塞，这种粘砂往往是不可能清除的，铸件不得不报废。化学粘砂系金属液化学反应生成的金属氧化物与造型材料作用形成的黏着力很强的硅酸铁浮渣。它多产生在铸件内浇口或厚壁处，尤其当砂型或砂芯较薄而铸件较厚时较易产生。化学粘砂与机械粘砂的简易鉴别，区别在于前者粘砂层中往往不含有金属铁。

解决措施

（1）预防机械粘砂可采用如下措施。

①避免较高的金属液静压力头；在满足铸件补缩条件下冒口高度不要过高；避免浇包处于高位直接浇到直浇道内，必要时可利用盆形浇口杯缓冲一下金属流，并形成恒高静压力头。

②尽量使用粒度较细的铸造用砂。

③砂型应紧实良好。机器造型不可超载，供给造型机的压缩空气应保持规定压力，避免使用过湿或存放期过长的型砂，因难以紧实，芯盒通气孔（塞）不得堵塞；采用树脂砂造型和制芯不能仅靠型砂的良好流动性，要保证紧实，必要时辅以震动。

④防止铸型“爆”或“呛”。型砂不可加入过量煤粉和水分。尽量为型和芯开好出气孔、通气孔，增加铸型透气性。

⑤减缓型内产生的动压力。铸型应多设出气孔，多扎气眼；高紧实度的铸型分型面上可设排气槽（通气槽或通气沟）。

⑥铸型或型芯使用有效的涂料。即充填型、芯最表层砂粒的空隙。如涂料过厚可能开裂，使金属液渗入砂中，这时，可在第一层或第二层中使用较稀的涂料，然后再以正常或较稠的涂料。

（2）预防化学粘砂可采用如下措施。

①砂子供应来源不同，铸造用砂的纯度、烧结点、耐火度有很大差异。烧结点在1200℃以下的低纯度硅砂将促使粘砂；浇结点在1450℃以上的高纯度硅砂或非石英砂，如锆砂、铬铁矿砂等将减少粘砂。

②湿型黏土砂中加入煤粉约5%能防止中小尺寸铸件的粘砂。铸造用煤粉的灰分含量应小于10%。为防止型砂系统中失效煤粉及粉尘的积累，每个生产周期应淘汰一些旧砂并加入一些新材料。旧砂废弃量一般为10%～15%，薄壁铸件生产取下限，厚壁铸件生产取上限。

③水玻璃砂由于混合物烧结点低，必须采用涂料。混砂中硅酸钠和旧砂不应过多，混砂中加入1%～2%的煤粉也有助于防止粘砂。

案例14　铝合金压铸件中亮皮现象的消除

生产条件及存在问题　亮皮是指在压铸件的断口中看到的形状不规则、大小不一、化学成分及硬度与原材料相同、光亮的片状物。亮皮总是在横浇道处数量最多，单个亮皮的面积也较大，而经过尺寸较横浇道小的内浇道进入铸件中的亮皮往往尺寸较小，这是由于内浇道的过滤及对大块亮皮的破坏作用所致。亮皮存在于铸件中，同铝液中的夹杂物一样，它使组织不连续，会使铸件渗漏或成为腐蚀的根源，明显降低合金的塑性和强度。

解决措施　通过对铝液进行清洁程度测试或直接取样观察断口，即可断定：亮皮并非来源于铝液，而产生于压铸过程中，主要有以下几种情况。

（1）铝液从浇注结束到压射开始的静置过程中，接触压室的铝液散热较快，压射开始时已形成硬壳，这种硬壳在压射时破碎成小块被带入铸件中形成亮皮。

（2）压铸过程中产生的飞边、毛刺未及时清理干净，并被留在型腔中参与压铸形成亮皮。

（3）压射过程中，冲头与压室间隙较大时，将有部分铝液通过冲头与压室间的缝隙冷却并黏附于压室表面，而在下次压射时又被冲头刮起带入铝液中参与压铸形成铸件的亮皮。黏附在压室壁上的铝皮由于在冲头滑过时受到冲头上所带的冲头润滑剂的污染，所以产生的亮皮颜色暗淡，有污染痕迹。

（4）避免措施如下。

①适当提高浇注温度，并尽量减少浇注结束到压铸开始的静置时间，以避免接触压室的铝液形成较厚的硬壳参与压铸过程。

②利用喷枪喷吹压缩空气清除飞边、毛刺，避免其参与压铸。

③调整冲头与压室的间隙或改善冲头压室的工作状况，以避免有铝皮黏附在压室壁上并被冲头刮起参与压铸过程。

案例15　硅溶胶型壳铸钢件表面沟槽的消除

生产条件及存在问题　熔模铸造硅溶胶型壳的碳钢、不锈钢铸件常常在表面产生形状不规则、长度不一的沟槽（或称为凹槽），其深度为0.05～1.50mm。它虽不影响铸件力学性能，但却恶化了铸件表面质量。这种夹砂类缺陷（鼠尾），主要是由于型壳表面层与过渡层热膨胀系数不同，加上其他原因造成两层结合较弱，在焙烧或浇注时产生分层，表面层鼓起或翘起而在铸件表面上形成的。有的称其为表面流纹，认为与型壳中的气体有关。浇注不锈钢时，除有沟槽缺陷外，还伴有麻点（或麻坑）缺陷。经观察分析，浇注同样的铸件，在硅溶胶型壳工艺中易于出现这类缺陷，而在水玻璃型壳工艺中不会出现或很少出现。

表面沟槽是散布于铸件表面的一种表面凹槽类缺陷，不同于气孔、砂眼、夹砂和表面凹陷等缺陷。其截面形状呈圆弧状，深浅不一，表面边缘光滑，长短不一，走向无规律。铸件大平面、厚大部分、内浇道附近更易出现，内表面很少产生。与缺陷对应的型壳部位有裂纹，有暗黑色氧化凸起物形成的棱。且未发现型壳表面层与过渡层的分层现象。型壳上的裂纹宽度、长度越大，则突起的棱越高、越宽、越长，其缺陷就越宽、越深和越长。有时在铸件表面上形成一定深度、一定面积的凹坑，对应型壳内表面部位有相应大小的氧化凸起物，在氧化物下面分布了多个小孔洞。在浇注不锈钢时，铸件上除有上述的沟槽外，还会形成球冠状的凹坑（内部充填有暗黑色物质），对应型壳部位有黑色的球冠状凸起物，有的呈火山口形状，与碳钢比较，其氧化物表面不致密，呈多孔状。

解决措施　对型壳上的凸起物进行化学分析表明，主要成分是铁的氧化物。

表面沟槽形成的主要原因是，合金表面的非均匀氧化。因此防止措施有：一是减小合金的氧化倾向，如采用真空熔炼浇注，提高型壳面层的致密度，浇注后形成还原性气氛（如采用碳质耐火材料、扣箱）等；二是保证铸件表面均匀氧化，如防止型壳表面产生裂纹，提高型壳孔隙率，提高氧化速度和均匀性，面层涂料涂挂均匀等。

案例16　铸件夹砂缺陷与鼠尾缺陷的异同

夹砂缺陷与鼠尾缺陷相同的地方

（1）两者均属于铸件膨胀缺陷，均起因于造型材料的高温膨胀而产生的热压应力。因此，向型砂中加入适量煤粉、木屑，采用膨胀系数较小的石英长石砂；适当降低型砂的紧实度，选用粒度较分散的石英砂，都可以减少型砂的宏观膨胀量，降低热压应力，可有效地防止铸件夹砂缺陷及鼠尾缺陷的产生。

（2）两者均常见于用湿砂型生产的铸件，这与湿砂型中水分迁移而造成的水分饱和凝聚区有关。因此，采用干型及水玻璃砂型可以有效防止夹砂缺陷与鼠尾缺陷的产生；降低湿砂型水分，在一定程度上也有助于防止夹砂缺陷与鼠尾缺陷的产生。

（3）当铸件具有较大平面时，鼠尾缺陷与夹砂缺陷很容易同时出现。

（4）浇注系统的横截面积太小，也可能导致下箱鼠尾缺陷及上箱夹砂缺陷同时产生。

夹砂缺陷与鼠尾缺陷不同的地方

（1）两者形成机理的力学实质迥然不同。形成夹砂缺陷的力学实质是干砂层产生了类似于薄板受压的失稳破坏，而形成鼠尾缺陷的力学实质是干砂层受压产生了剪切滑移。

（2）夹砂缺陷对型砂的热湿拉强度很敏感，对干型砂的热强度不敏感。鼠尾缺陷则恰恰相反，其主要影响因素不是热湿拉强度，而是型砂的热强度。因此，增加黏土含量或采用热强度较高的黏土，以提高型砂的热强度就能有效防止鼠尾缺陷。

（3）夹砂对型砂水分十分敏感。水分增加，鼠尾缺陷增加，仅仅是由于水分增加后会增加水分饱和凝聚区形成时间小于液态金属铺展开时间的机会。

（4）夹砂缺陷易出现在黑色金属（高熔点合金）铸件上，而鼠尾缺陷则易出现在铅合金（低熔点合金）铸件上。

（5）对夹砂而言，浇注温度越高，夹砂缺陷产生倾向越大。而对鼠尾缺陷而言，浇注温度越高，鼠尾缺陷产生倾向可能越低。鼠尾缺陷易产生于浇注温度约700℃左右的铸造合金。

（6）鼠尾与夹砂缺陷均容易在有大平面结构的铸件上产生，但准确地说，夹砂缺陷易于在具有大平面结构的铸件上产生，是由于大平面的干砂层的失稳临界压应力与尺寸的平方呈反比，临界压应力较小，而且型腔上表面要承受较长时间的烘烤；而鼠尾缺陷易于在大平面结构的铸件上产生则是由于这类铸件的型腔表面不易形成自由液面，局部易产生细长状过热的干砂层。

（7）引起夹砂缺陷实际上是由于液体金属流量太小，至型腔上表面长时间受辐射传热，而引起鼠尾缺陷的真正原因则是内浇道太小。液态金属流量小但充型速度快，易形成细长流束，从而产生鼠尾缺陷。

（8）夹砂缺陷易产生于铸件顶面，而鼠尾缺陷则易产生于侧面或底面。

案例17　铸钢轧辊粘砂的对策

生产条件及存在的问题　材质为高碳钢或高碳低合金钢（如：80CrMo、70Mn2Mo、60CrMnMo等），直径φ270～φ690mm，单件毛坯重650～8450kg。从工装来看，辊身冷型为铸铁铸造而成直筒式；上、下辊径砂箱也是铸铁材质的专用箱。原砂用硅砂，粒度1～2mm，涂料为锆英粉涂料（主要成分是ZrSiO4），加入少量糖浆和膨润土，用搅拌机拌成糊状使用。

造型时，辊身冷型吃砂量为10～15mm，用木锤夯实，专用刮板刮出型腔。上、下辊径砂型吃砂量为70～90mm，用风锤捣实。砂型做成后均刷涂料2～3次，厚度为1～2mm。砂型进干燥窑烘干，合箱；钢水用5t碱性电弧炉冶炼，用铂铑—铂热电偶测温；浇注后冷却至小于100℃打箱、切割冒口、清理修磨，热处理、送加工车间加工。存在的主要质量问题就是粘砂。

解决措施　1540℃不是出钢温度，它是粘砂临界温度，也即始浇温度。为保证始浇温度不大于1540℃，从而保证轧辊不粘砂。出钢温度应接下式确定：t出钢（℃）=1540℃+钢包镇静降温+出钢过程降温。

上式中，1540℃是常数，后两项之和应根据各厂各台电炉分别进行多次实测求得准确值。轧辊钢属高碳钢，含碳量均在0.6%以上，若只考虑含碳量对凝固点的影响（其他元素不考虑），计算其凝固点在1500℃左右，1540℃-1500℃=40℃，这里有40℃的过热度足够供浇注正常进行。出钢温度应按下限控制。

案例18　碳钢熔模铸件表面流纹的防止措施

生产条件及存在问题　铸件表面流纹是铸件表面上深度约为0.05～1mm的流线状凹痕，是硅溶胶型壳碳钢熔模铸件较常见的一种铸造缺陷。虽然流纹一般不影响使用，但往往因影响表面美观而造成成批报废。碳钢熔模铸件表面流纹较容易产生在壁厚较厚、平面较大的外表面以及较大球形和圆柱面的外表面，而在铸件内腔却很少出现。

缺陷产生的原因

（1）钢水在浇注凝固过程中的二次氧化。

（2）蒸汽脱蜡后型壳内表面的裂纹及浇注时型壳内的气体。

防止产生流纹的措施

（1）防止钢水在浇注凝固过程产生二次氧化的工艺措施。

①铸型浇注后放在砂床上，扣箱密封，箱内加入废蜡、木屑等易燃性物质，使之与箱内的氧气反应燃烧，从而使箱内处于还原性气氛中。

②在制壳的第四层浆料中加入10%～15%的石墨粉，型壳在弱还原性气氛中焙烧，通过型壳进入钢水与型壳界面的氧气与型壳中的石墨反应，阻止铁的氧化反应。

③钢水熔炼过程中加强脱氧减少钢水中FeO的含量。

（2）防止型壳内表面产生裂纹的工艺措施。

①严格控制面层干燥间的工艺参数，防止面层干燥过快而产生裂纹。面层干燥间的环境温度应控制在25±2℃，相对湿度55%～65%，微风，干燥时间5～7h。

②提高型壳的干燥程度，特别是二层、三层的干燥程度。型壳越干燥，型壳的强度越高，则承受脱蜡时蜡模膨胀的能力就越高，型壳就不容易开裂。严格控制制壳间的工艺参数，适当延长干燥时间是提高壳模干燥程度的有效措施。

③提高型壳的导热性和型壳面层的透气性。面层耐火材料锆砂、锆粉适当粗些，粉液比适当低些，能提高型壳的导热性和型壳面层的透气性。生产中一般选用325目的锆粉、80～120目的锆砂，粉液比一般为（3～3.3）∶1。蒸汽脱蜡时，蒸汽热量通过型壳传向蜡模表层，再由表层传向蜡模内层，如型壳导热良好，热量能迅速传至蜡模表层，蜡模表层在蜡模整体膨胀前熔化。

④蒸汽脱蜡时快速装壳、迅速升压、缓慢降压。脱蜡时型壳开裂现象同装壳和升压情况密切相关。脱蜡初期热量如能通过型壳迅速传至蜡模表层，蜡模表层在蜡模整体膨胀前熔化，蜡的一部分渗入型壳内表面，一部分由浇注系统熔出。此时，型壳将不易开裂。为此，要求压力迅速升至0.7～0.8MPa。模壳装入迅速，可以保证脱蜡釜内温度不会有较大的降低。脱蜡结束后应慢慢打开排气阀泄压，降压激烈，型壳内外压力差大，型壳内层在残留蒸汽压力作用下向外膨胀，导致型壳开裂和破损。

案例19　改变浇注系统位置解决水纹缺陷

生产条件及存在的问题　锚唇产品是典型薄壁产品，壁厚一般为20～30mm，最大轮廓尺寸3500～4500mm，材质GS-45。我们的工艺在控制尺寸和产品壁厚方面很成功，但是浇口从内圆冒口下切入（如图5-5的Ⅰ所示），产品浇注出来后，发现表面水纹特别严重，一道道的沟槽，砂（气）孔也很多。

解决水纹的措施　后来，浇口改为从产品最低处引入，正对引入位置安置一个小冒口（如图5-5的Ⅱ所示），铸件的表面质量改善，取得意想不到的效果，水纹问题从根本上解决了，砂孔也极少出现，产品几乎不需要焊补处理。按照同样的工艺思路，我们后来生产过多种型号的锚唇产品，产品质量一直很稳定。

图5-5　锚唇铸造工艺示意图

案例20　覆砂金属型铸件表面粘砂的消除

生产条件及存在的问题　粘砂是铸件最常见的缺陷之一，在某厂曲轴车间覆砂铁型铸件出现的粘砂主要是机械粘砂及化学粘砂。特征是铸件被黑黑的粘砂层所包裹，粘砂层硬度较高，用砂轮机磨削，可看到金属光泽。有的铸件粘砂层局部呈剥离状态，取这种粘砂层3～5g样品放在浓度为40%的盐酸中，产生气泡很少，酸液颜色无明显变化，最后的残留物是多孔团絮状物质。铸件大部分地方经抛丸清理后粘砂层都被清理掉，少部分地方即使反复抛丸清理也很难去掉，抛丸后的铸件外观形貌与一般铸件相比显得表面粗糙。

解决措施　覆砂铁型与砂型铸造相比，铸件表面粘砂原因的不同主要表现在如下几个方面：a.在砂型铸造中，粘砂一般是浇注温度过高引起的，而在覆砂铁型铸造中，粘砂大多是浇注温度过低造成的；b.覆砂铁型在铸造生产中发生粘砂是铁型（相当砂型铸造中的砂箱）温度不恒定，导致覆砂受热焦化、使强度差引起的，而砂型铸造中铸件表面粘砂则与砂无关；c.在砂型铸造中，砂箱的连续使用，不会对铸件粘砂产生影响。在覆砂铁型铸造中，铁型（指整体铁型）的连续使用，会使铁型温度升高。覆砂被焦化，造成粘砂缺陷；d.砂型铸造中，易发生在铸件表面粘砂的铸件是在开始浇注的前几箱中。覆砂铁型铸造中，发生粘砂的铸件一般在浇注快结束前的最后几箱中，这主要与浇注温度低有关。因此，解决覆砂金属型铸件表面粘砂的措施如下。

（1）降低铁型及型板温度。给覆砂固化提供热量的有型板和铁型两个热源。在铁型温度过高的情况下，可适当降低型板温度，覆砂在型板上的固化时间要长一点儿，但总的覆砂时间不能超过生产要求，以免影响正常的生产率；覆砂层表面要干净，更不能有掉砂现象。

尽可能减小铁型温度变化的幅度。在不影响生产率的前提下，让铁型在开箱后冷却较长时间再覆砂造型；采用强制冷却的办法，例如，风冷，即安装多台电风扇在清砂工段周围吹风冷却，加快铁型散热速度；间接水冷，采用间接水冷装置使铁型在覆砂前降温。

在保证其刚度的前提下，尽可能减小铁型的随形型壁厚度，能随形的地方尽可能随形。

（2）适当提高铁液出炉温度。铁液的出炉温度保证控制在1500～1520℃（电炉铁液），尽可能缩短从出炉到浇注这一环节的时间，减少铁液受外界环境氧化的程度。

案例21　高密度造型铸件的粘砂防止

生产条件及存在的问题　高压及气冲等高密度造型已日益增多，采用这种造型方式可显著地提高生产效率及铸件的尺寸精度。但该法也易使铸件产生化学粘砂及机械粘砂，从而增加了铸件的清理工作量。

解决化学粘砂及机械粘砂的措施

（1）铸型表面涂涂料。最有效的方法是在湿型表面喷涂石墨涂料。

（2）精选膨润土和煤粉。为了防止粘砂必须精选膨润土和煤粉，并定期检测其在型砂中的有效含量。型砂中死黏土含量过高时，若过多地增加型砂所需的水分，使型砂的软化点下降，则易形成粘砂。

（3）控制型砂的紧实率。紧实率高于50%时，机械粘砂就会急剧增加。

（4）及时排除型芯的气体。型腔内产生的气体达一定量时会引起水蒸气爆发，以至于成为粘砂的诱因。为此，必须彻底排除型芯的气体，其措施如下。

①铸型多设出气冒口，以尽量释放浇注时产生的气体，减轻型腔的内压力。

②尽可能挖空砂芯，对于柴油机机体、缸盖铸铁件，砂芯采用覆膜砂热芯盒制作时，砂芯壁厚为5～8mm时便能满足工艺要求。

③被铁水整体包围的柴油机机体水套砂芯，尽量设置上芯头排气。有些水套砂芯上半部可不涂涂料，以便释放浇注初期产生的气体。当采用上下两片拼合工艺时，缸盖的水套砂芯可用47%机油和53%的云母粉配制成油糊黏合，以防铁水钻入砂芯气道。

④对于砂芯爆发气体而引起的粘砂，可在工艺上采取一些有利于排气的措施解决。

（5）控制旧砂的质量。型砂中由于混入芯砂会造成型砂性能的波动，旧砂温度高时促使型砂水分的波动范围增大，湿压强度和充填性能降低，也易黏附在带式输送机上造成散落干砂量增加。由于砂铁比变动也会导致型砂性能的变化。

案例22　还原罐离心铸造的粘砂缺陷对策

生产条件及存在的问题　近年来，国内出现多家金属镁还原罐生产（离心铸造）企业，在生产过程中，还原罐的成分一般较好掌握，但罐体成型及表面往往有许多缺陷，致使产品达不到要求。

出现罐体表层夹砂缺陷，涂砂厚度大约5mm，涂砂时，型筒的转速为800～600r/min。在罐体表面局部出现粗糙并稍有凸起的麻面，且有清晰的周边轮廓。严重时会形成环带状的夹砂，切开并去掉粗糙的钢表层后，可见存在其中的夹砂。由于炼镁还原罐体为非加工产品，出现这种情况，只能报废。

解决措施　表层夹砂主要是由于型筒内涂砂，存在分层现象，浇注时发生裂纹，钢液钻入将表层涂砂夹在中间所致。涂砂分层现象形成的主要原因是涂砂在注入型筒时分布不均，另外，涂砂密度不均也会导致分层现象。为了减少此类现象的发生，要注意以下几点。

（1）涂砂厚度要均匀，一般5～8mm。

（2）涂砂导入时分布要均匀。

（3）要注意导入涂砂时型筒的转速。

案例23　精铸型壳“墨点”和铸件“黑皮”消除

生产条件及存在的问题　熔模铸造中，铸件脱壳后表面上出现大小不等、形状各异、相互孤立的黑斑，类似太阳表面的“黑点”。喷砂后，黑斑表面被除去，铸件表面留下与黑斑大小、形状相同的凹陷疤痕。铸件的另一种缺陷是，铸件脱壳后表面出现大面积的“黑皮”，其分布具有随机性。放大看这些“黑皮”是由许多黑色粟米状丘疹组成。它们十分顽固，喷砂也不能将之除去，化学清理（碱爆或酸泡）后形成许多圆形点状小麻坑，严重恶化铸件表面质量。

解决“墨点”和“黑皮”的措施

（1）无论“墨点”还是“黑皮”，其根源都是制壳耐火材料中含铁，所以，必须严格限制制壳材料中的杂质含量，尤其是含铁量。

①作为铸件生产厂家，对入厂的面层耐火材料应进行严格监管，定期抽查其化学成分，尤其是含铁量。

②背层耐火材料，尤其是撒砂料，过去一般不认为它会对铸件表面质量产生影响。背层材料（特别是前3层）含铁量高，同样有可能对铸件表面质量造成严重影响，所以，也要严格限制采用回收砂制壳，其中含铁量往往较高，实践证明，其不宜被用作前3层制壳材料。

（2）严格涂料浆质量控制和管理，定期监测涂料浆中黏结剂提取液的胶凝时间。坚决废弃已经老化变质的涂料，特别是面层涂料。

（3）在保护气氛下浇注和冷却，可有效抑制铸件表面产生“黑皮”、氧化麻坑和疤痕。

（4）合金在熔炼时，应尽可能避免氧化并充分脱氧，除去金属液中的氧化物。

（5）适当降低浇注温度，有利于缓解上述缺陷。

案例24　冷芯盒缸体结疤的防止措施

生产条件及存在的问题　LR105型柴油机四缸、六缸体铸件材质为HT250。采用冲天炉工频炉双联熔炼，浇注温度1380～1400℃。浇注时间：四缸体为16～20s，六缸体为18～20s。上型、下型采用高压造型湿型生产。缸筒曲轴箱主体砂芯采用三乙胺冷芯盒法垂直分盒制芯。自1994年试验批量生产后，大批铸件曲轴箱上型内腔弧形面处出现结疤，各缸均出现过，中间缸缺陷程度严重，两端缸缺陷断续出现。2001年结疤单项废品率四缸体达5.1%，六缸体达5.88%。

解决结疤的措施

（1）增加砂芯强度。

①采用抗湿型树脂。

②禁用超期砂芯。主体砂芯存放时间较长时砂芯强度随之降低，铸件结疤倾向增大。这是因为三乙胺法冷芯盒树脂黏结剂反应产物聚氨脂呈孔洞结构，吸湿性大，砂芯存放时间过长时，砂芯返潮，强度降低，抗结疤能力下降。主体砂芯可使用时间为7天，以保证砂芯具有足够强度，防止结疤，同时对防止铸件气孔有利。

③改进涂料工艺。三乙胺冷芯盒制芯时涂料工艺，采用砂芯脱模后即刷水基烧结涂料烘干工艺。涂料的使用一方面增加了砂芯吸湿性，降低了砂芯强度，对防止结疤不利；另一方面，涂料可削减铁液热量向砂芯内部的传递作用，增加砂芯抗结疤能力。当采用砂芯脱模后在主体砂芯上型弧形面处喷涂纸浆废液再刷水基涂料烘干工艺时，缸体内腔结疤减少。

④防止跑砂漏气。四缸、六缸体两端缸主体砂芯共用，上型弧形面处由芯盒活块形成，在对应活块四周，砂芯经常出现孔洞，而铸件对应活块部位结疤频繁产生。当芯盒活块间隙调修并加密封效果后砂芯孔洞、铸件两端缸结疤立即消失。这是因为三乙胺法制芯吹胺时间在30s内，树脂黏结剂在三乙胺催化剂作用下固化反应迅速，而射砂、吹胺均在0.35～0.5MPa压力下进行。

⑤更换射砂嘴。当射砂嘴缺口时，射砂呈发散状态，砂芯不易射实，尤其射砂末端砂芯疏松，强度较低，进而引起铸件结疤。

⑥防止芯盒粘模。三乙胺法制芯是在一定压力下射砂、吹胺的，树脂易脱离砂粒表面黏附芯盒造成粘模。而砂芯固化迅速，开模时砂芯部分已完成固化，在芯盒粘模条件下，开模时砂芯易被拉伤，砂芯强度降低，从而引起铸件在粘模处形成结疤。生产时内腔结疤部位与芯盒粘模处一一对应，而当清除芯盒粘模后，结疤没有出现。

（2）减少砂芯受热辐射。

①调整下芯卡具。主体砂芯平行横浇道方向压泥绳拦火时，减少了铁液直接冲入铸型型腔的倾向，铸件结疤及渣孔缺陷减少。

②防止砂芯磕碰伤。由于缸体浇注系统几个组元位置紧凑，横浇道距型腔很近，当砂芯在横浇道与铸型之间处有因搬运、组芯过程中磕碰伤时，铁液易直接进入型腔，增加主体砂芯上表面受热辐射程度，使铸件产生结疤，因此防止砂芯磕碰伤利于防止铸件结疤。

案例25　离心复合铸造铸铁轧辊辊颈粘砂的防止

生产条件及存在的问题　离心铸造生产复合铸铁轧辊，外层NiCrMo无限冷硬铸铁浇注厚度70～80mm，浇注温度为1400～1420℃。离心机电机转速1050～1200r/min，辊型转速450～500r/min，离心旋转时间20～30min，辊模温度210～240℃。芯部金属采用孕育铸铁（HT250、HT300），浇注温度为1380～1400℃。在生产中，产生了严重的粘砂缺陷。

解决粘砂的措施

（1）提高砂型的紧实度，减少空隙率。端盖砂型在动态浇注条件下使用，受到离心压力的作用，同时充芯铁水量很大，静压力很大，所以紧实度一定要高，还有以下三个特点：a.在浇注温度下，铸型表面不产生液相；b.小而均匀的热膨胀；c.具有较大的蓄热能力。

（2）提高砂型的湿强度和干强度。提高型砂湿压强度和流动性，降低粘模力，易于均匀紧实和起模，使砂型表面光洁。提高砂型干强度，使其在离心力场作用下不致破损。

（3）改变型砂配方。实践表明，铬锭矿砂和锆砂对改善热粘砂和化学粘砂较为有效，但对改善机械粘砂不够理想。因此与其采用多种原砂，倒不如改变型砂配方使反渗透压力增大或减少砂型的空隙半径，从而减轻机械粘砂。经过多次实践，采用了石墨砂。

（4）建立合理的砂型烘干制度。烘干温度为300～400℃，烘干过程分均热阶段、水分迅速蒸发阶段、缓冷阶段，切勿使砂型和涂料开裂。

（5）改进和完善工艺。

①在允许范围内，加大端盖模型的拔模斜度，方便起模不致损坏砂型。

②加大端盖砂型圆角，改善该部位的受热和散热条件，减少热集中，使铁液凝固和收缩方向趋向于金属脱离砂型的方向，不易机械粘砂，且清砂容易，辊颈表面光洁。

（6）改进涂料。

减轻和防止涂料层破坏，涂料层应具备下述三个特点。

①有高的耐火度和相当高的高温耐压强度，能承受液态金属长时间的冲刷。

②小而均匀的热膨胀，能牢固地附着于砂型表面，并且不产生裂纹。

③不能和碱性的保护渣起反应而形成低熔点物质。

案例26　球墨铸铁件局部麻面缺陷的预防

生产条件及存在的问题　球墨铸铁件局部麻面缺陷一般出现在铸件上表面的凹角处，由许多凹坑组成。凹坑的外形为圆形或不太规则的多边形，其直径大小多在1～3mm之间。坑壁多处保留有灰色的氧化物，而且，在凹坑附近，石墨不呈球状而是以细的片状或点状形式存在。

解决麻面缺陷的措施　铁液中残留的液态熔渣以及各种金属氧化物随铁液进入到铸型后不断上浮，最后在上表面的凹角处受阻，并滞留于此。在这里，液态熔渣凝固形成渣孔，具有碱性的各种金属氧化物。在高温的作用下与型砂中的酸性物质发生反应，其反应产物形成了渣孔和气孔等缺陷。另外，铸件的凹角处正是砂型的尖角处，此处被铁液包围，受热最为严重。在高温作用下，砂型表面的低熔点物质熔化，加大了砂粒之间的距离。铁液由此进入，从而形成热粘砂缺陷。这些缺陷综合在一起，便在此处形成了局部麻面。

（1）加强型砂更新力度。从而提高其耐火度，并使其pH值小于7。

（2）合理安排生产。控制半自动造型线造型所用球墨铸铁的熔炼温度在1550℃以下。

案例27　熔模铸件“橘皮”缺陷的防治

生产条件及存在的问题　熔模铸造生产中，铸件“橘皮”缺陷出现在铸件肥厚部位、热节及内浇道附近以及受热集中而冷却又慢的部位。铸件表面有微凸的小圆斑，呈“眼圈”状，这些表面粗糙，看起来像“橘子皮”的斑点，在多种铸件中反复出现，有时整批铸件均有，其在每个铸件上的数量少则几个，多至整个平面；小圆斑有的较大，有的小至麻点；有时是单个分散的，有时也呈密集的片状凸起物，高出铸件0.4～0.6mm，直径3～5mm。

解决措施

（1）原料选用。

①水玻璃在模数合适的情况下，必须严格控制杂质含量；应根据环境的温度、湿度、铸件的结构特点以及所配粉料的特点调整水玻璃密度。

②粉料在粒度符合使用要求的条件下，其粒形至关重要，球形和多角形粉料是较理想的；而片状粉料不能使用。

（2）工艺对策。

①水玻璃密度的调整。密度的合适与否将直接影响铸件的表面质量，密度过大会导致涂料流动性差而造成分层和“橘皮”缺陷，密度过小又会形成铸件表面的黄瓜刺；合适的密度通常与环境温度、粉料的粒度、微观形状及铸件的结构特点有关系。密度一般控制在1.27～1.29g/cm3之间，其调整原则是：a.环境温度高时增加密度，低时减小密度；b.粉料粗且片状比例小时增加密度，粉料细且片状比例大时减小密度；c.结构简单涂料易流动的铸件可适当增加密度，反之减小密度。

②粉液比的确定。粉液比也是影响铸件表面质量的重要因素之一，比例过大则会因涂料的流动性差导致涂挂不均匀而产生分层和涂料堆积；而太小则会产生铸件表面的黄瓜刺。其配比原则是在保证涂料流动性的前提下尽量提高粉液比。

③硬化液的浓度、温度与硬化时间。一般情况下，氯化铵质量分数在25%以上的硬化剂才会有较好的硬化效果；如果氯化铵含量低，靠延长时间是不能改善硬化效果的。

④涂挂操作方式。实际生产中有相当一部分“橘皮”问题是由于操作不当造成的，涂料的单方向流动极易产生堆积而造成硬化不充分，所以在蜡模浸挂涂料之后的滴控直到撒砂完毕的整个过程中，必须不断改变模组的方向。

⑤脱蜡工艺。在脱蜡热水中补充适当的硬化剂，由于硬化剂的吸热作用和反应，会进一步使得表面层所滞留的反应产物NaCl溶于脱蜡水中而大部分去除，此时，型壳表面形成的是一层低钠硅胶层，有利于防止“橘皮”缺陷的产生。

⑥环境温度。环境温度偏低会导致涂料流动性差，造成涂挂不均匀而形成“橘皮”及其他制壳缺陷，制壳工序的环境温度应控制在15℃以上。

案例28　熔模铸造中蜡模表面鼓包缺陷的消除

生产条件及存在的问题　熔模铸造中，使用气动压蜡机制模时，蜡模表面鼓包是一种比较常见的缺陷。在实际生产中，我们发现鼓包的部位通常在蜡模最厚大的或最薄的地方，前者一般为孤立的一个，面积较小；后者多为一片，面积较大。在蜡模从压型中取出时没有发现有鼓包，而在放入水中冷却1h左右便能观察到有鼓包现象，也有的在蜡模存放了10h后出现鼓包。有的鼓包非常明显，即肉眼可见的皮下气泡，而有的只是微微隆起，出现于蜡模的中心位置，需仔细观察才能发现。熔模铸造蜡模的质量，直接影响铸件的尺寸精度和表面光洁度，有鼓包的蜡模一般只能报废，因此，该缺陷严重影响了蜡模的质量。

产生鼓包缺陷的原因　从模料注入压型到取模的整个制模过程可分为压型充填和模料凝固两个阶段。就整个压制周期而言，压型充填时间极短，而凝固时间则较长，后者主要取决于型腔的横截面积大小、模料和压型的热传导性以及模料的热容量和压型的温度等因素。但是，模料注入型腔时的状态是极为重要的。使用气动压蜡机，模料在低的压力下以液态或半液态压制成型，为压注成型。压注压力的大小主要由模料性能、熔模结构特点以及模料压注温度和压型工作温度而定。如果压制时蜡模的压注温度、注射压力、保压时间和压型的排气性等控制不好时，都可能产生鼓包现象。

常用模料的原材料是各种碳氢化合物的混合物，加热时，都会不同程度的变形，此外，为了提高模料的强度、热稳定性和表面光洁度，使用的低温蜡料组成中添加了聚乙烯和EVA（即乙烯—醋酸乙烯酯共聚物）。EVA的熔点为80℃，聚乙烯的熔点为105～130℃，由于制膏的温度一般为90～95℃，一般新蜡料第一次在低温模料制膏机制膏的过程中，难以将其环链结构完全熔化，环链结构的链节活动性和柔顺性差，所以黏度大，性硬脆，工艺性能变差。但是，制膏的温度又不能太高，过高的温度及局部过热均会因蜡料氧化、炭化等问题而使蜡料的性能变坏。这种蜡料压制的蜡模中的未熔化的EVA和聚乙烯在压力减小后发生回弹，内压力释放，也容易造成蜡模鼓包。

防止鼓包缺陷的措施

（1）模料压注温度的调整。压注时模料的温度对蜡模质量影响很大，特别是对于蜡基模料影响更为严重。在保证能够压制成蜡模的情况下，应尽可能降低压注温度。这样，既可以减少蜡模的收缩，保证尺寸要求，又可以防止过多的气体卷入蜡料中引起蜡模表面鼓包。使用双工位低温模料气动注蜡机，发现在蜡料的配比不变的情况下，当压注蜡温上限定为60℃，下限定为59.5℃时，压制的蜡模鼓包现象非常严重；随后，调整为上限59.5℃，下限59℃，压制的蜡模个别有鼓包；再调整为上限59℃，下限为58.5℃，压制的蜡模没有鼓包；继续调整为上限58.5℃，下限58℃以及上限58.3℃，下限58.1℃，效果都非常好。多年的生产说明，不同型号的蜡料在不同型号的压蜡机上制模时，其温度一般是不一样的，这需要操作者根据自己的经验反复调整得到合理化参数。

（2）模料注射压力及保压时间的调整。模料注射压力及保压时间对蜡模的质量影响也比较大。在实际生产中，有些工人为了提高效率，往往喜欢将注射压力尽量调大，有的无论压制什么蜡模都将压力定为4个大气压。其实，注射压力及压注速度过大，容易使熔模表面不光，也会产生鼓包现象。因为气动压蜡机蜡料中肯定会混有气体，注射压力过高，蜡料中的气体由于压强大，在大气中冷却时依然会发生体积膨胀。从蜡模成品的破坏性试验中可以发现，存在蜡模中卷入气体但尺寸并没有超过公差这种情况，只有压强较小的气体在冷却的过程中体积才没有明显的变化。而且充型越快（充型时间越短）蜡模的收缩越大，对熔模的尺寸精度也非常不好。对于黏度比较小、流动性较好的模料宜选用较低的压注压力。压制一般复杂结构的蜡模，选用压力为1.8～2.9MPa，推荐选用2.5MPa。

保压时间对蜡模越厚大的部位的收缩影响越大，但超过一定的时间后，这种效果就不太明显了。为获得良好的效果，保压时间应大于注射充型时间。根据蜡模的复杂结构不同，保压时间设定为8～14s，复杂者取上限，反之取下限。

（3）新旧模料的配比调整。实践证明，第一次使用的新蜡料与使用过多次的旧蜡料的性能是不一样的，后者的使用性能要优于前者。这是因为多次的熔化搅拌制膏，破坏了蜡料中的高分子有机物的链状结构，使模料具有良好的热稳定性和表面光洁度。我们对全部是新蜡料及全部是旧蜡料压制出的熔模进行对比，发现后者的质量要比前者强。后来又在新蜡料中逐渐加入旧蜡料，最终对比的结果表明：新蜡料的质量百分含量一般不应超过蜡料总质量的30%。

（4）压型模具的排气方法调整。在设计压型时，必须考虑排气的问题。型腔内的气体不能及时排除时，包裹在熔模中被压缩的气体产生的反弹力也可能在蜡模表面形成鼓包。通常压型排气的方法有以下几种。

①排气孔（排气槽）排气。一般开在分型面型腔一侧，排气槽深可取0.03～0.1mm，宽1.5～4mm，其出口不要对着操作工人。也可将分型面上的排气槽做成弯形且逐步增宽过渡到压型外。小制件的排气量不大，如排气点正好在分型面上，一般可利用分型面闭合时的微小间隙排气。

②利用压型零件的配合间隙排气。可以利用顶出杆和顶杆的间隙排气，顶管与顶块的配合间隙、底板与型芯等的配合间隙都可以排气。此外，在固定镶块或型芯上也可以开针孔排气。

案例29　提高柴油机缸盖内腔表面质量的工艺措施

生产条件及存在的问题　226B柴油机缸盖为一缸一盖的单体缸盖。主要尺寸为188mm×133mm×100mm，单个毛坯重量为11.2kg。缸盖铸件简图见图5-6。缸盖的铸造工艺主要由一个大皮芯及上下水夹层及进排气道芯组合而成。主要问题是内腔质量存在报缝厚大、粗糙粘砂较严重、水腔局部粘砂不通等问题。

解决措施

（1）采用覆膜砂热芯盒工艺制芯。覆膜砂固化后强度很高，常温抗拉强度至少在2.5MPa以上，比热芯盒树脂砂强度高；覆膜砂在固化前是松散的干态混合料，流动性特别好，能射制形状很复杂的砂芯，而且砂芯填充完整，紧实度高。

（2）防止上下水夹层砂芯变形。上下水夹层砂芯后两半之间很容易出现间隙，特别是当砂芯本身变形后更甚。由于该上下水夹层断面细小，射芯后仍是热态，有时变形可达1～2mm。由于上下水夹层的分芯面不是一个平面，同时为上下水夹层的定位增加了三个圆的工艺定位芯头，所以砂芯本身没有一个平面可放。为使之能放平，加工了专用随形底板。从射芯机取出芯子后，先放在专用底板上。使其自然冷却一段时间，温度降至很低，基本不再变形后，再放在砂芯运输架子上，以保证打出的上下水夹层砂芯本身不变形。

（3）采用优质耐火涂料。在砂芯表面增加一层涂料以提高表面强度和抗粘砂能力，是防止粘砂等缺陷，获得表面光洁的铸件、减少清理工作量最有效的措施之一。对一般石墨涂料和优质涂料进行了铸件生产对比，结果表明，采用优质涂料后，铸件清砂容易得多，基本不粘砂，铸件表面发亮，光洁度很高。

（4）改进沾灰工艺。要想涂料达到应有的效果，一是涂料本身要好，二是要正确合理地使用。

①控制涂料浓度。在实际生产中，应当严格控制涂料浓度，保持涂料成分均一，充分发挥涂料作用，才能保证铸件质量的稳定性，特别是对大批量生产更为重要，应对使用中的涂料定期用比重计检测，根据涂料比重要求决定稀释剂水的加入量。

②对涂料进行搅拌。涂料具有一定的悬浮稳定性，才能保证涂料性能稳定。由于耐火填料的密度较高，当涂料池处于静止状态，时间一长，涂料就不可避免地发生分层和沉淀现象，致使涂料池上面部分变稀，涂料浓度下降，芯子沾灰质量就达不到要求。因此要对涂料搅拌，使涂料成分保持均匀，涂料性能才能稳定。

③对芯子局部不紧实处或局部过烧处要先抹一遍灰膏。该上下水夹层结构复杂，断面细薄，有三四处由于太细小总是射砂不紧实或局部过烧。这几处经解剖铸件后总发现机械粘砂严重，甚至水腔不通。为解决这些问题，在芯子上先抹一遍灰膏，使之能填充砂芯表面上的孔隙，阻止液态铁水钻入，增强耐热能力，然后再沾灰，效果很好。

图5-6　缸盖铸件简图

案例30　造纸机械烘缸缸体表面的黑斑缺陷消除

生产条件及存在的问题　缸体外形尺寸：φl500～φ3000mm；L=1950～8000mm；δ=25～45mm。重量达5～30t，材质牌号HT250，硬度HB170～240。采用黏土砂或树脂砂工艺生产，铸型直接舂制或用砖砌垒刮制，砂芯用黏土砂或树脂砂制作，采用顶注式雨淋浇口浇注，浇注后进行人工时效处理，清理后转入加工工序。黑色斑点在粗加工及粗磨时眼睛很难观测，精磨时才明显呈现在缸体表面上。斑点为圆形或多边形的小黑点，极不规则。外形尺寸在0.5～2mm、深度小于0.5mm，多呈集中片、块状，在缸体外圆中上段分布。经短时间放置，该斑点会出现明显锈蚀色或氧化色泽。根据缸体的化学成分、硬度及斑点的特点显示，它不同于针孔、缩松缺陷。

防止黑斑缺陷的措施

（1）改进型芯制备工艺。严格控制型芯砂水分及修型时的用水量、舂制紧实度、烘干厚度，以增强铸型的排气能力，达到工艺控制要求，同时通过减少合金液的吸气量、减少铁液中的氢气及氧化铁的方法来避免该缺陷。

（2）控制浇注温度及浇注速度。在不影响缸体质量的前提下，适当降低浇注温度，不仅能保证筒型铸件的顺序凝固过程及结晶成核能力，也能减小其线收缩量，从而避免因冷凝造成的缩松、斑点缺陷。缸体的最佳浇注温度1320℃，出炉温度需达1480～1500℃。缸体的浇注速度控制在35～45s，得到了最佳的效果。

（3）调整铸件化学成分。化学成分的比例搭配对铸件质量有直接影响。为减小铸件的收缩量，避免缸体表面小黑点的产生，我们通过配料对铁液的硅碳比进行了调整，将原来的硅碳比值0.41提高到了现在的0.55，金相显示石墨形态由原来的C型转化为E型，晶间结构较均匀，放大100倍时，石墨长度9mm，从而缸体的表面光洁度得到了较大改观。

（4）原材料严格把关。合格的原材料是保证缸体质量的前提条件，这是实践中的教训告诉我们的事实。若合金原材料不合格而又不采用双联熔炼，则很难得到纯净的、化学成分合格的铁液。所以，严把质量关就显得尤为重要。严格的质量管理不仅能减少铸件的缺陷，同时也能提高产品质量及企业的竞争力。

案例31　铸铁件夹砂类缺陷的防止

生产条件及存在的问题　夹砂类缺陷是铸铁件生产中常见的一类表面缺陷，它是在铸件表面还没有凝固或凝固壳强度很低时，因砂型表面层膨胀发生拱起和破裂而造成的，属于一种“膨胀缺陷”。其特征是，铸件表面有夹着砂子的细小纹路、条状沟槽以及结疤状凸起物，若铸件表面出现较浅（＜5mm）的带有锐角的凹痕，则为鼠尾；若铸件表面上产生较深（＞5mm）的边缘光滑的V型凹痕，则为沟槽，沟槽通常有分支，多发生在铸件的上、下表面；若铸件表面产生了疤片状的金属凸起物，其表面粗糙，边缘锐利，有一小部分金属和铸件本体相连，疤片状凸起物与铸件之间夹有砂层则为夹砂类缺陷结疤。

解决措施

（1）控制型砂的质量。选用导热性能好和热膨胀系数小的原砂，可以降低型内各层的温差，降低热压应力。采用石英含量稍低的硅砂，原砂粒度多选用分散的砂。

选用黏结力强的钠质膨润土或对钙质膨润土进行活化处理，适当增加膨润土的用量，可增加铸型的表面强度以及水分饱和区的热湿拉强度，这是防止湿型浇注时铸件产生夹砂类等膨胀缺陷的有效措施之一。

在型砂中加入煤粉、重油、沥青粉、木屑等可增加型砂的退让性，降低表面层的热压应力；尽量降低型砂的水分以保证水分凝聚区的热湿拉强度；去除旧砂中的粉尘。另外，加强混砂操作，如保证一定的混砂时间，并使型砂进行渗匀和松砂，使型砂获得应有的性能，也可减少夹砂类缺陷的产生。

（2）选择合理的造型工艺。

①采用快速浇注。砂型的表面总是要发生膨胀的，因此防止夹砂类缺陷的关键是铁液是否能迅速覆盖和触及砂型的表面，并对砂型产生一定的压力。快速浇注能使铁液在铸件产生夹砂类缺陷的“临界时间”之前充满铸型，不给予砂型有产生膨胀和形成高水区的充分时间。如果上砂型受烘烤后在局部发生垂下的瞬间，铁液能立刻触及，则铁液有可能把垂下的砂块托回原处，从而可利用铁液的压力来对付砂型的膨胀。

②提高铁液的上升速度。铁液在砂型中应有较高的上升速度，以降低上砂型受烘烤的程度。铁液的上升速度与浇注方案有关。自下而上充型的倾斜浇注方法（一般倾斜3°～15°），能避免分散的铁液流，利于砂型的排气、减少铁液对砂型的热辐射和提高铁液的上升速度。而平做立浇的工艺则更能显著提高铁液的上升速度。

③选用恰当的浇注位置。铸件的浇注位置必须有利于铁液的平稳充型和型腔气体的排除，否则，会导致夹砂类缺陷。

④采用适宜的铸型。应根据铸件的大小选择适宜的铸型。湿型一般适用于小件和平面不大、壁不厚的中件。对于中、大的板类和厚壁件宜采用表干型和干型。一些大型平板可用热膨胀小、导热性好和热容量高的碳素砂或耐火砖做下型，既能重复使用，又能有效地防止夹砂类缺陷。

⑤增加砂型的排气。及时地排除型腔的水蒸气及其他气体能有利于铁液的快速充填和减轻高温气流对砂型表层的起拱作用，有益于降低水分凝聚区的水量和使其位置内移。因此在砂型上多放明出气冒口，分散排气是十分重要。

（3）确保砂型的制造质量。砂型的制造质量涉及产生夹砂类缺陷的“临界时间”。如何精细地造型，提高砂型的整体强度，是防止夹砂类缺陷的关键。

①舂砂要紧实和均匀。砂型应舂得紧实均匀，避免局部过紧和分层。湿型不要求过高的紧实度，砂型硬度可控制在HB75～80，而表干型和干型应有足够的紧实度。当然增加砂型紧实度会影响砂型排气，与之相应的重要手段是多扎气眼，并尽可能接近砂型表层。

②细心修型和上好涂料。修型时不能过度地修磨砂型，这样易把水分引到砂型表面，形成硬块且与本体分离。砂型损坏之处要划毛后修补，不宜刷水过多。浇道附近、凸台边缘、大平面及铁液断续流经的部位应插钉加固。插钉呈梅花状，使砂型有一个整体的强度。

③控制烘干范围。砂型干燥不好也容易产生夹砂类缺陷。为此，砂型应有正确的烘干范围。干燥炉开始不能升温过快，否则会使砂型内外层存在较大的温度差，以致开裂。保温要有充分的时间，以确保砂型烘干透彻。配箱后应尽快浇注，以免返潮。

④搞好浇注工艺及操作。为了防止夹砂类缺陷，在浇注工艺方面，应在保证不出现其他缺陷的前提下，力求用较低的浇注温度，在浇注操作上，应避免断流和尽量用较快的速度浇注。

案例32　铸件表面夹涂料灰缺陷的消除

生产条件及存在的问题　某公司铸工车间采用的是德国KW气流预紧实高压自动造型线，主产品为四缸机体与缸盖，其工艺规定浇注温度为1420～1435℃，浇注系统均为底注式，两箱潮模造型。生产机体时，为了防止铸件粘砂，下箱采用全喷醇基涂料工艺，上箱因温度相对较低而采用局部喷涂工艺。在铸造生产过程中，使用醇基涂料的比例一般不太大，因此，对涂料可能引起废品往往重视不够，以至于出现了涂料废品时，会因反应不及时而造成批量报废。

解决措施　车间造型使用的是自制醇基涂料，配制工艺为：鳞片石墨粉、土状石墨粉、膨润土、松香、酒精按一定比例混合，搅拌6～8h呈膏状待用，使用前对入酒精到喷涂池。其特点是渗透性较强而强度很低，用手抚摸时便会使手上沾满了黑色的涂料灰粉。因为喷涂太厚、涂料强度低而使涂料漂浮造成了铸件夹涂料灰。采取了下列控制喷涂措施。

（1）严格控制喷涂厚度，规范了操作者喷涂的具体操作方法，由原来喷1～2个来回规定为只喷一个来回。

（2）以精确称量代替凭经验的容积定量法，严格控制醇基涂料成分配制，每天由施工员抽查涂料性能指标，确保使用涂料的合格。

通过采取上述措施，铸件夹涂料灰的废品很快就彻底消除了。

案例33　铸钢磨盘粘砂、夹砂缺陷的消除

生产条件及存在的问题　2500磨盘是典型的厚大类铸钢件，其最大轮廓尺寸为φ2928mm×685mm，毛坯重量为11500kg，铸件材质为ZG270-500，最大壁厚为190mm，其铸造工艺见图5-7。此铸件不仅是典型的厚大结构类铸钢件，还存在大的水平面，从而增加了磨盘的铸造难度，铸件在生产过程中很容易形成粘砂、夹砂等铸造缺陷。

解决措施

（1）铸造工艺方面。在铸造工艺设计时，我们采取如下工艺措施，以尽量缩短钢液充型时间和钢液凝固时间，减少钢液在浇注和凝固过程中对砂型的烘烤和热辐射，从而实现消除粘砂和夹砂缺陷的目的。

①浇注系统的设置采取阶梯式浇注系统，这样可有效缓解在充型过程中钢液集中充型，从而减少铸型局部热量过度集中而形成粘砂缺陷。

②冷铁的设置根据铸件结构，利用内、外冷铁结合的方式进行冷铁设计。在磨盘的中间部位设置随形内冷铁，在其他部位设置平面状的外冷铁，其冷铁具体布置方式见工艺简图。两种冷铁结合使用，可有效提高钢液凝固速度，缩短钢液凝固时间，不仅有效地消除粘砂、夹砂等铸造缺陷，还能细化组织晶粒，在很大程度上提高铸件的内在质量。

③补贴的设计按照常规设计方式，该铸件中间部位的内补贴宽度应设计为圆台环式冒口补贴，若此处补贴太大，则中间孔太小，在这种情况下此处受到的热辐射越剧烈，热量也越集中，从而导致严重的粘砂、夹砂缺陷；相反，则有利于消除粘砂、夹砂缺陷。因此在使用内冷铁的基础上，尽量减小中间孔处内补贴的尺寸。

实践证明，最大宽度为50mm的内补贴在与内冷铁结合使用的前提下就能够满足补缩需要。

（2）生产过程控制。在生产过程中，我们主要采取以下措施保证铸件表面质量。

①铬铁矿砂的应用。1号砂芯和所有铸件拐角处全部应用铬铁矿砂。铬铁矿砂的导热性能和耐火度均高于普通的石英砂和石灰石砂，它的成功应用可有效地减少铸件粘砂的形成。

②改善混砂工艺。在混砂过程中加入一定量的细碎锯末，以改善型砂性能，提高砂型退让性，而良好的砂型退让性可有效地减少铸件夹砂缺陷的形成。

③控制浇注过程：浇注过程遵循“低温快浇”的原则，浇注温度在1540℃左右。浇注过程中应全流快速充型直至分型面，缓流浇至冒口的2/3处再改从冒口中浇注。

图5-7　磨盘铸造工艺简图

案例34　液压泵壳体铸铁件粘砂的对策

生产条件及存在的问题　PVBQA泵壳体材质HT300，湿砂型铸造，浇注温度1380℃。试生产过程中在冒口附近及型腔拐角处有粘砂缺陷，表面粗糙度Ra50μm以上，严重影响了产品外观质量。

解决措施

（1）改进型砂质量。

①严格控制煤粉采购质量，其品质不应低于SMF-30各项性能指标规定，除挥发成分符合要求外，加测光亮碳含量，并适当增加煤粉的补加量以保证型砂中的有效煤粉含量。

②新砂选用更细的ZGS90-15H-30硅砂，严格控制其含泥量并增加补加量。

③在型砂中添加黏结光亮覆膜剂（305粉，桂林市中南铸造材料厂生产）。305粉的主要成分是热敏性很强的有机物，在高温下炭化后形成防粘砂效果很好的还原性气体和可剥离的光亮膜，可提高铸件表面光洁度。

（2）保证型砂紧实度。如型砂紧实度太低，则砂型表面的砂粒比较疏松，铁液渗入砂粒孔隙较深，将使铸件产生机械粘砂。一方面通过适当降低紧实率来提高型砂的流动性。另一方面手工造型时采用手指塞紧的方法防止型腔拐角处局部疏松。

（3）浇注系统设计。在保证充满型腔和获得致密铸件的前提下，尽可能选取较小的压力头，以减小铁液的静压力。

（4）浇注温度。将浇注温度由1380℃降为1360℃，以减小铁液的渗透能力。

案例35　消失模负压白色缺陷的预防

生产条件及存在的问题　消失模负压铸造干砂进入铸件形成的缺陷也叫白色缺陷，这是该成型方式最常见的铸造缺陷之一。白色缺陷在外观上是看不出来的，加工后一片片白砂点就呈现出来。在铸铝件、铸钢件上也时有发生，但最常见的还是在铸铁件、球墨铸铁件上，铸件越大、在一个浇道内铁水流量越大、越快，越易出现白色缺陷。一般来说，浇口杯与直浇道连接处、直浇道的上半段、直浇道与横浇道相连处的底部、离直浇道最近的内浇道与横浇道连接处、横浇道与横浇道的搭接处的型砂易冲掉。

白色缺陷的消除措施

（1）浇口杯与直浇道相接的缝隙处进砂的预防。

①对这一问题的解决目前有多种方法：a.买耐火陶瓷浇口杯及相配合的直浇道引管；b.使用陶瓷浇口杯；c.在浇口杯与直浇道相接处用水玻璃砂封住，吹CO2硬化；d.在直浇道及砂箱上铺好塑料密封薄膜，尔后直接座上浇口圈加型砂捣实，露出包有塑料膜的直浇道的上端，并吹净上面的浮砂；e.在直浇道口先垫上有相应孔眼的石棉布，尔后压上塑料膜把浇口杯上的孔对好直浇道棒端并插牢；f.在塑料膜的上下各垫一层石棉布，尔后压上浇口杯。

以上方法在预防直浇道与浇口杯相接处白色缺陷上对铸钢件只要正确操作都有效，可对铸铁件来说，以上方法都不能根除冲砂问题。

②其根源在于：a.浇口杯在高温铁水的冲击下极易向外大量发气，形成高温高压气源，而真空密封的塑料膜在上述的各种方式中都离高温铁水极近，边缘易被烧坏，为高温高压气源与高真空源（浇口杯与直浇道接口处）的短路提供了空间，此时高温高压气源会急速地带着干砂通过直浇道冲进铸型中，形成白色缺陷口；b.虽然浇口杯孔插入直浇道棒的四周经过耐火泥的密封，耐火泥一般都是用水调和好的，但是其耐火不耐冲，即高温铁水不能把它熔化掉，但在高温下耐火泥的抗冲击能力差，铁水可以把它冲走，尔后带走耐火泥后露出的干砂，形成白色缺陷。

③解决办法：a.使密封的塑料膜远离直浇道上沿的高温金属液；b.耐火泥中加入高温粘结剂（如磷酸盐），使耐火泥在高温下有较大的抗冲刷能力；c.消除直浇道与浇口杯之间的接头，即将浇口杯用白模做好，直接连在直浇道上，而后刷2～3mm厚的耐火涂层，干燥好后埋箱（要使浇口杯模高出砂面10mm左右），压上塑料膜，吸真空直接将铁水冲进浇口杯内的白模，此时，虽然浇注时铁水把浇口杯四周的塑料膜烧坏，或有空气被吸进砂型中，但直浇道与浇口杯之间没有接缝，防止了白色缺陷的产生。

（2）直浇道底部冲砂的预防。一般采用在直浇道底部增加一个面积较大的耐冲击底座，以使冲击力分布在大面积上以减少冲击压强，但会降低工艺出品率；也可以在直浇道与横浇道连接处的底部垫一块耐火砖，其四周用耐火泥封好埋箱，当直浇道越高时所垫的耐火砖面积越要大一些，尽量使其延续到横浇道上一定的长度，其两侧用耐火泥封到与横流道上沿平齐，在直浇道下部，泥要封到横、直浇道相接缝的上部40～50mm，以确保能承受铁水的强烈冲击。

（3）直浇道与横浇道的冲砂预防。防止直浇道和横浇道冲砂的方法有2种：①涂层加厚至2～3mm。②直浇道、横浇道表面刷水玻璃，撒细砂，以增强它的耐火、耐冲击能力。

（4）横浇道与内浇道接口处冲砂的预防。一般在箱内组合或箱外组合的群铸中，内浇道与横浇道的相接处又插钉子又贴多层带涂料的胶带纸，结果冲砂还是发生，原因是带涂料层的胶带纸叠层，在高温下变成了强度极低的细粉薄膜，又被一层层空间分割开来，几乎没有强度，更不耐铁水的冲刷，通过它把砂子吸进型腔是极方便的。解决办法：用耐火泥密封，为防止振实时把耐火泥振脱位，用普通的胶带纸缠既方便又可靠，也可以用乙醇加酚醛树脂加石英粉混成的快干涂料涂刷，只是应调稠一点儿，使涂层厚一些，湿时就可以埋箱，以保证振实时涂层不开裂。浇注时早开3～5min的真空泵就可以把涂层吸干。

案例36　提高铸铁件表面质量的途径

生产条件及存在的问题　排料管、磨机衬板等1200多个品种，采用的材质有灰铸铁、球墨铸铁、低合金耐蚀钢及高铬耐热钢等；设备有中频炉1台，冲天炉2台，烘模炉1台，起重行车3～10t多台。

造型工艺：采用本地红山砂，不添加任何辅料，只需混碾5min。可以反复回用，颗粒度约为100/50目，黏土含量在5%～6%，水分在6%左右，可塑性较好，透气性较差。采用木模刮板造型、制芯，地坑、砂箱造型并用；湿型和干型并用，芯骨有带孔铁管、实样铸铁。有的芯子和外型喷水玻璃水或水+石墨粉，喷涂不烘干，直接合箱浇注。也有少数产品是采用煤粉面砂加背砂或刷水基石墨粉涂料，再进窑烘干后，合箱浇注。铸件的表面质量不好。

解决措施　通过理论和实践证明：采用潮湿砂型，表面喷涂煤粉水基涂料。再用液化气火焰喷头表面烘干，表面成干型，既吸取了干、湿型的各自优点，也避免了其不足，是既简便又快速和有效的防粘砂提高表面质量的途径，深受清理工人的欢迎。

水基煤粉涂料的配制：煤粉采用包头产光亮碳含量高的“蒙牌”煤粉，颗粒度＜100目，防止喷涂时大颗粒堵塞喷枪口，影响连续工作。

配比为水∶煤粉∶黏结剂=1∶0.25∶0.06。

经人工在铁（塑料）桶中用木条搅拌20min，成均匀黑色液体，即可装枪喷涂，根据喷涂表面情况可喷1～2次。

案例37　熔模精密铸件“梅花点”的防治

生产条件及存在的问题　“梅花点”是在靠近铸件浇道的内外表面上出现的一种铸造缺陷，呈梅花状斑痕，严重时还伴有灰砂，造成铸件报废。

这种缺陷多发生在大型的直浇式铸件上，如图5-8所示的汽缸体就是一个典型。

解决措施　缺陷的产生过程是这样的：浇注过程中钢水一般先接触到型壳内上表面A处（图5-8）而引起飞溅，飞溅起来的钢水进到S线以上的型腔内外壁上，随之冷却形成一片片斑点粘在上面，热态下，其表面又形成了一层较厚的氧化层。当它们与充型过程中的钢水接触时，这些低熔点的氧化铁便立即沸腾起来。由于型壳对钢水的冷却作用，氧化物无法随钢水上浮，“斑点”也不能及时与钢水熔合，冷却后，便在原处形成了梅花状的斑痕。

了解到“梅花点”的形成原因，就可找出消除的办法。最有效的办法就是把握好浇注环节。浇注时，要把稳浇包，撇净包内浮渣，让钢水定点地顺型腔的外表面B处（图5-8）流入，尽量避免钢水的飞溅。事实证明，采用这种办法后，铸件表面很难找到这种缺陷。

另外，在条件允许时，可尽量提高浇注时型壳的温度，减少钢水与型壳间的温差，使“梅花点”的消除更为保险。也曾试过底注的方式，这种方式不仅能消除“梅花点”，还避免了“灰砂”、“灰渣”的产生，但这给组型及制壳工艺带来较大难度，在硬化、风干、焙烧过程中又容易造成型壳损坏，不利于批量生产。综合考虑，还是“直浇式”经济实惠，便于控制钢水质量。

图5-8　“梅花点”缺陷产生示意图

案例38　铸铁管的表面重皮防止技术

生产条件及存在的问题　表面重皮是水冷金属型离心铸造工艺中常见的缺陷，常出现在DN100～DN1000等各种规格的铸铁管中，约占废品总量的30%。

解决措施　铁液在浇注过程中的流动是轴向运动与圆周运动的复合，从流槽流出的大部分铁液向承口方向流动，但仍有少量铁液向插口方向流动，在铁液落点的后方出现一股“超前流”。这股以少量铁液形成的“超前流”向插口方向流动的速度越大，铁液的厚度就越薄，当其接触到管模时，受管模的激冷作用而迅速凝固。当流槽出铁口移动到该轴向位置时，铁液落在凝固的“超前流”内表面上，如果不能与“超前流”凝固金属熔合在一起，则会形成重皮，表现为铸铁管的外表面有断续的不规则分布的疤痕，近似呈螺旋线分布，严重时顺插口方向分层。“超前流”是形成重皮的最主要原因，但“超前流”的存在是不可避免，针对不同情况通过改变其他工艺因素减少重皮。

（1）承口重皮。降低扇形包翻转角速度可降低铁液流量，适当控制“超前流”。在操作台增设快速翻包键，扇形包翻转初期按此键，使扇形包以设定速度的2～3倍翻转。铁液流出扇形包后，再让其以设定速度翻转，就保证铁液流量。

（2）插口重皮。

①流槽的调整。调整流槽出铁口弯头，使流槽弯头与流槽轴线呈17°角，恰好能满足浇注需要，浇注时将流槽调整到第四象限，并降低流槽高度，减少了铁液飞溅。

②修补扇形包。及时修补、清理扇形包包嘴，确保其宽度、高度、形状符合生产需要；修改落槽形状，使铁液与落槽在落点处相切，并用挡板在落槽下部挡住飞溅的铁液。

（3）管身重皮。

①控制冷却循环水温度合理提高铁液浇注温度及冷却循环水温度。

②管模的控制：a.控制管模冷却温度。当浇注一根管子后，在一切条件成熟时，尽可能快地拔出热管，浇下一根，以保证管模温度在200～250℃；b.控制管模转速；c.管模内壁麻点较深时，增加浇注过程管模与铁液的摩擦力，有效预防“超前流”的形成。管模进行打点时，高压风带动打点头高频上下锤击管模内壁，降低管模打点机进给速度，使打出的麻点变稠密；同时提高风压，使空气压力保证0.7MPa以上。

案例39　消失模铸造铸铁件表面皱皮（积碳）的缺陷防止

生产条件及存在的问题　考虑和设计消失模铸铁件浇注工艺时，往往只注意成型，即不论一箱大、中件单件或几件还是中小件组串工艺，都将直、横、内浇口加大（15%～20%）；铁液浇注温度提高2O～50℃；浇注速度加快，生产中常常会在铸件表面出现厚薄不同皱纹（或叫皱皮），其形状为波纹状、滴瘤状、夹渣状或夹气夹杂状等。波纹状较浅，其余皱皮则较厚、深。其表面还常呈现轻质发亮的碳薄片（光亮碳膜），深凹沟处充满烟黑、炭黑等。皱皮缺陷的出现，严重影响了铸件的表面品质。

解决措施

（1）采用低密度EPS或EPMMA作模型材料。对于较大的铸件或直浇口（如球墨铸铁磨球＞φ100～φ120mm，直浇口＞φ100mm），可采用空心的模样和直浇道（以减少发气量）模料密度0.016～0.022g/cm3为宜。

（2）设计合理的浇冒口系统。应保证铁液流动时平稳地、迅速地充满铸型，以保证泡沫塑料残渣和气体溢出型腔外或被吸入涂层和干砂空隙中，尽量减少浇注过程中铁液热量的损耗，以利加速模料汽化。采用顶注和侧注虽不易出现皱皮的缺陷，但会产生内部富碳缺陷（因为下落的铁液易将模样分解后的残留物卷入）；底注能减少铸件内部富碳缺陷，但易在顶面，特别是厚大部位造成皱皮。对于高度不大的小型铸件采用顶注，对大型件采用阶梯式侧注，但要保证内浇道由下而上逐层起作用，从而防止铸件产生皱皮。在顶端或残余物挤至死角处设置集渣冒口或集渣包，加大切除量，而将皱皮集中起来。

（3）提高浇注温度和浇注速度。使铁液有充分热量以保证模料汽化，减少其分解物中的固相、液相及玻璃态成分，以防止出现皱皮。实型铸造时，铁液浇注温度比砂型铸造高30～80℃，或再高些；对于负压干砂消失模铸造铁液浇注温度1420～1480℃为佳。浇注速度由细流变粗流再变细流。收包时，从冒口处补浇。

（4）合理的控制负压度。由于负压条件缺氧，浇注时模料将主要发生汽化，而很少燃烧，使发气量大为降低（104g泡沫塑料模在空气中1000℃燃烧时生成1000L气体；在缺氧条件下只产生100L气体）。同时，该气体产物及时通过干砂型被抽去，铁液和模样之间的间隙压力降低、铁液充型速度加快，有利于模样分解。

（5）提高涂层的透气性。选用相应涂料，涂料的透气性取决于涂料中耐火材料的粒度、配比及涂层厚度，好的涂料涂层在0.5～1.0mm，已具有足够强度和良好的透气性。涂层过厚会使透气性下降，逸气通道受阻，易产生气孔、皱皮等缺陷。球墨铸铁涂料，不能加入有机物将其烘干而提高透气性，因为涂料中存在着有机物的残余，增加了碳、氢气含量反而易产生气孔或皱皮，要按铸钢件使用涂料原则选用和配制球墨铸铁铸件涂料。干砂粒径以0.850～0.425mm为佳。

（6）其他工艺因素。铁液化学成分，降低铸铁碳当量，减少自由碳数量，配料时尽量按标准化学成分下限。型砂可采用具有氧化性能脱碳的702型砂。

案例40　防止熔模铸造阀体产生夹砂、粘砂缺陷的措施

生产条件及存在的问题　生产口径DN20～DN300的各种闸阀、截止阀、球阀阀体和闸板支架等铸件，材质为“美标”WCB，即低碳钢件和不锈钢件等，水玻璃涂料，热水脱蜡，煤粉加热炉焙烧壳型到900～950℃，热壳埋砂浇注，手工清理，喷丸清砂，补焊后，补焊打磨，退火热处理，再二次喷丸清理，浸防锈水入库转出。常产生的缺陷有夹砂、粘砂等。

解决措施

（1）夹砂缺陷。夹砂即由于型壳分层，在浇注时，钢液钻进型壳中间层，造成铸件上“长”了一个砂铁夹层片疙瘩，不便清砂和补焊。造成型壳分层主要原因是制壳时，自然干燥时间较短，面层砂较粗（5号砂），过渡层（即第二层）砂粒也较粗（30目），砂粒差别较大，不易形成一个整体壳；水脱蜡时间过长≥1h，降低了型壳强度。

现在确定保证自然干燥时间，今天制壳，后天脱蜡焙烧浇注，面层砂改用6号砂，过渡层为5号，第三加固层为30目，第四层为10～20目，并利用夜间焙烧炉余热预热烘干湿脱蜡型壳，增加型壳强度。另外，影响型壳硬化层厚度（即强度）的因素有NH4Cl，其在硬化液中含量愈高，NaCl杂质愈少，则硬化层愈厚；水玻璃模数M，GB规定的是3.2～3.4，生产厂家供给的却高低不一，我们采取了上中限即3.35，因为M愈高强度愈高；涂料密度，厂家一般在1.35g/cm3，较为合适，不单黏度相应降低了，型壳硬化层却加厚了，型壳分层的可能性也就相应地降低了。最后再审查一下工艺的合理性和钢液的浇注温度和不断流，型壳分层缺陷也就自然消失了。

（2）粘砂缺陷。位置大都在法兰盘根部和阀体内腔拐角热节处。不是化学粘砂，而是机械粘砂。

①由于面层涂料小气泡多，因而烧结层有很多小针孔，钻进小针孔的钢液与铸件本体相熔，热节处的型壳就难以分离，不能经锤击而脱落。

②加固层涂料黏度大，达50s，水玻璃密度调不适当，因而干强度较高，不易清理。

③加固层砂子太粗，外形多孔易吸收水玻璃涂料，经焙烧和浇注空隙间的水玻璃都流在砂子外表，即强度提高而不易清砂。

根据以上分析和观察，决定对面层涂料严格按工艺配制：石英粉和水玻璃加入量之比为1∶1，严控水玻璃的三要素（M=3.35，密度1.30g/cm3，黏度为12s），严格控制活化剂（JFC）和消泡剂含量在0.05%（占涂料总量），混搅≥30min，涂料黏度为30～40s，以涂料涂挂时无气泡为宜。对加固层涂料也不可忽视，也应相应制定出配制工艺：水玻璃为1，石英粉0.4～0.5，铝矾土0.4～0.5，水适量，混搅时间≥30min，JFC和正辛醇加入量均为0.05%，黏度控制在25～35s之间，砂粒均匀光滑较易清砂。

案例41　机械粘砂和化学粘砂的预防措施

生产条件及存在的问题　砂型铸造的铸件大概占到铸件总量的80%～90%以上，尽管出现了许多先进的铸造方法，砂型铸造方法的应用仍然是最普遍的方法之一。但是它也有缺点，即铸件粘砂问题，自从有冶铸技术以来，这种缺陷就存在于砂型铸件中。

解决措施

（1）防止机械粘砂的措施。

①减小铸型表面的微孔尺寸。对于湿型，甚至树脂砂型（芯）应采用细砂粒；在较粗砂中附加细砂或石英粉；应保证型、芯具有足够的、均匀的紧实度；在型、芯表面涂敷涂料。

②型砂中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物。

③改用非硅质特种原砂。如采用高温能固相烧结的铬铁矿砂；采用导热快、蓄热能力大的锆砂。

此外，降低金属的浇注温度、合理设计浇注系统和减小金属液的压力等措施也有一定防止机械粘砂的作用，但常受其他工艺条件的制约。

（2）防止化学粘砂的措施。

①尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应。对造型材料来说，主要是采用耐火度高、热化学稳定性高的造型材料，如采用高品位硅砂；对某些大型铸件和高合金钢铸件可考虑采用锆砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、棕刚玉砂等非硅质砂作型砂或涂料。

②促使形成易剥离性粘砂层或易剥离的烧结层主要方向之一是在金属—铸型界面上创造适量氧化气氛，或加入氧化铁、氧化锰或炉渣粉，或加入有利烧结的物质，或使用易剥离烧结型涂料等，对铸铁件粘砂壳应设法提高光亮碳膜厚度。

案例42　消失模铸件表面皱皮缺陷的消除

生产条件及存在的问题　近年来，消失模铸造工艺在世界范围内得到迅速发展，铸件产量以成倍的速度增长，但在铸铁件表面易出现皱皮缺陷，使铸件表面凸凹不平，有起伏状波纹，严重影响铸件表面质量。

解决措施

（1）表面皱皮缺陷是液态金属脉动式填充造成的。

（2）在金属液停止流动时刻，只要金属表层温度高于1170℃，就可获得没有皱皮缺陷的光滑表面。

（3）泡沫聚苯乙烯塑料降解潜热越小，涂料透气性越好，浇注温度越高，金属压头越大，越有利于减少皱皮，获得表面光滑的铸件。

案例43　提高水玻璃型壳精铸件表面质量的方法

生产条件及存在的问题　精铸件的表面质量要从两个方面来衡量：一是表面粗糙度；二是表面缺陷。同硅酸乙酯或硅溶胶型壳相比，水玻璃型壳精铸件的表面质量较差。

解决措施

（1）用较低模数和较小比重的水玻璃配以石英粉，制成高粉液比的涂料，可大大降低胶凝收缩，而且涂料层本身的渗透硬化速度快，容易硬透，这是消除上述各表面缺陷的有效措施。

（2）涂料要充分搅拌和回性。搅拌的目的是使黏结剂与粉料均匀混合，回性（在搅拌后长时间即大于4h停放）则是使黏结剂与粉粒充分润湿，排除粉粒表面吸附的气体和搅拌时卷入的气体。长时间搅拌可以缩短回性时间，但不能取代回性。经充分回性的涂料，其黏度会因气体溢出而下降并趋于稳定，胶凝收缩小，型壳强度高。粉液比愈高，就愈应重视回性的有利作用。

（3）重视第二层涂料的作用。通常第一层涂料硬化后，涂料层中必然还有一些小孔洞，第二层涂料对第一层涂料中的孔隙有填平补齐的作用，故不可忽视第二层涂料对铸件表面质量的影响。一般来说，第二层涂料的黏度可小于第一层涂料而撒较面层为粗的砂，这样做可使低黏度涂料渗入第一层涂料孔隙之中，而较粗的砂子又能形成粗糙的背面，有利于与下一层涂料（即第三层）良好的镶嵌络合，能有效地防止铸件夹砂缺陷。

（4）面层涂料硬化前干燥，可以大大降低胶凝收缩，加快硬化速度，还可显著提高型壳表面的湿强度，不会因降低水玻璃比重而带来强度低的危害。这一措施对消除本文所述的几种表面缺陷，改善铸件表面质量是很有效的。

案例44　汽车制动鼓铸件夹砂缺陷防止措施

生产条件及存在的问题　XN型系列汽车制动鼓铸件材质牌号为HT250，湿型铸造。在生产中常发生夹砂缺陷，有些结疤表面看起来不十分明显，但经粗加工后，铸件表面就出现不规则的沟槽。

解决措施

（1）造型材料方面。从夹砂形成机理可知，砂型中石英砂粒的膨胀和由于水分迁移造成水分饱和凝聚区热湿拉强度下降，是造成夹砂缺陷的关键因素。

从减少砂型中石英砂膨胀值的角度出发，首先可以采用比较细而分散的原砂，砂粒愈粗，膨胀愈大。根据本厂实际，我们选用代号为70～140的贵阳陈亮红砂，并在型砂中加入2%的木屑，以减少膨胀值。

（2）旧砂回用处理。在湿型砂配制时，需要大量地回用旧砂，但是由于旧砂中包含着某些失效物质和粉尘，若不进行处理就回用，会使型砂性能下降，铸件缺陷增加。因此，我们对每次浇注后的旧砂进行冷却，破碎筛选、去除粉尘、铁渣。同时补加6%的黏土、20%的新砂、5%的煤粉、0.8%的渣油或柴油。使经过处理后的型砂粉尘不大于7%。

（3）合理选择黏结剂。原采用贵阳黏土（白泥），膨胀系数为6.5，胶质价为35～38，耐火度1400℃，含水量1.2%，经常出现夹砂。后改用浙江余杭县仇山膨润土，膨胀系数大于10，胶质价＞51。加入2%苏打粉进行活化处理，保证和提高了膨润土的热湿拉强度，夹砂缺陷显著下降。

（4）提高型砂的热湿拉强度。在仇山膨润土中加入2%的苏打粉进行活化处理后发现，其热湿拉强度由原0.14MPa提高到0.22MPa，从而增强了型砂的热湿拉强度，减少或避免因砂型受热水分迁移所造成的砂型表层与里层连接强度降低的缺陷。

（5）严格控制型砂水分。含水量过低，导致膨润土强度得不到充分发挥，使型砂性能不稳定；含水量过高，在高温辐射下，使水饱和凝聚区形成所需的时间愈短，即离金属和砂型界面愈近，砂型热湿拉强度下降愈快、愈大，使铸件容易产生夹砂。所以严格控制型砂水分，并使水分适中。这样可减少型砂水分迁移，提高砂型表面强度，进而减少夹砂缺陷。一般将水分控制在5%～6%，雨季控制在4.5%～5%。

（6）造型工艺控制。铸型紧实度要适当均匀，避免局部过紧或过松，避免用压勺工具来回抹砂型表面。修型时应尽量少刷水，适当增扎出气孔，并做到适当均布，使铸型内的高温气体分散排出。

（7）混砂工艺。过去传统的混砂工艺是先加砂和膨润土干混2～3min，然后加水湿混4～5min。后采用新工艺，先加砂和水混碾2～3min，后加膨润土和其他附加物混碾1～2min，这样既缩短了混碾时间，减小了粉尘污染，又提高了型砂的混碾质量。

（8）控制浇注温度和浇注速度。过去对浇注温度不加控制，往往铁液一出炉就立即浇注，浇注温度有时高达1420℃；这样就增加了砂型的吸热与膨胀，增大了金属液对砂型的热冲击作用，造成加大铸件夹砂倾向。根据铸件的具体情况，将出炉铁液静置，使温度降至1350℃左右再浇注。为减少铸件夹砂，在保证不产生气孔、不出现浇不足及冷隔等其他因浇注温度低而产生缺陷的前提下，应尽量降低浇注温度。为了降低型腔气压，加强排气，浇注后要立即点火引气。