鑄造缺陷(3)

1、3、膨脹缺陷,（1）定義：澆注金屬時(shí)，砂型（芯）表面層受熱而發(fā)生膨脹和強(qiáng)度的變化，因此而引起的鑄件缺陷，統(tǒng)稱為膨脹缺陷。 （2）分類：濕砂型時(shí)，主要產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤和鼠尾缺陷；有機(jī)物粘結(jié)劑的砂型或砂芯中產(chǎn)生的毛刺缺陷。,（3）夾砂,夾砂缺陷在類型上有兩種：夾砂與結(jié)疤，如圖8-4所示。 型砂的膨脹與其礦物組成及緊實(shí)程度有關(guān)： 1）硅砂的膨脹隨溫度的升高而不斷增大，在573℃溫度時(shí)，發(fā)生β-石英

2、向α-石英的轉(zhuǎn)變，線膨脹總量達(dá)1.375%，這種膨脹又稱“低溫膨脹”。 2）型砂緊實(shí)度不太高時(shí)，砂粒間孔隙大，砂型受熱砂粒“低溫膨脹”時(shí)可以無阻地自由微觀膨脹，砂型的宏觀膨脹就小，猶如砂型能自行適應(yīng)和吸收“低溫膨脹”；如型砂的緊實(shí)度較大，砂型的受熱膨脹受阻，會(huì)導(dǎo)致砂型宏觀膨脹增大，出現(xiàn)膨脹缺陷的可能性增大。,3）解釋“膨脹缺陷”的“膨脹-應(yīng)力理論”認(rèn)為：膨脹缺陷經(jīng)過三個(gè)階段。即： a.砂型表面受熱迅速膨脹

3、， b.砂型表層脫離砂型本體而凸起， c.砂型表層（干砂層）破裂、金屬侵入而造成夾砂。 夾砂產(chǎn)生傾向 = 鑄型表層膨脹力/高濕度弱砂帶強(qiáng)度。 高濕度弱砂帶的熱濕拉強(qiáng)度越低，產(chǎn)生夾砂的傾向越大。 提高型砂熱濕拉強(qiáng)度的作用對(duì)防止夾砂，效果好。,（4）鼠尾,鼠尾的形成過程如圖8-7所示。它常出現(xiàn)在鑄件的平面上，特別是鑄件的下平面上。 消除鼠尾的根本措施是：減少膨脹力，可

4、在型砂中加入減少砂型膨脹量的附加物，最有效的是加入纖維物和木屑。,（5）毛刺,由于砂型（芯）受熱膨脹導(dǎo)致開裂成縫，金屬液滲入縫中所形成的刺狀金屬突起物，稱為毛刺。砂型（芯）的工作表面開裂縫呈網(wǎng)狀時(shí)，所形成的網(wǎng)狀金屬毛刺稱為脈紋。 硅砂的受熱膨脹，是產(chǎn)生毛刺與脈紋的根本原因?！　⌒蜕敖M成不合理（如顆粒篩號(hào)比較集中）會(huì)增加砂型的宏觀膨脹量；鑄鐵的碳、硅和磷含量高，金屬液的流動(dòng)性好，都會(huì)加劇鑄件表面的毛刺量；砂型局部過熱，

5、冒口太接近砂芯頭部位等都易使砂型（芯）開裂成縫而形成毛刺。,為了防止毛刺，要求澆注時(shí)，芯砂或型砂有較高的熱變形量。砂型熱變形量過低時(shí)，可采用下列措施改進(jìn)： 　　1）控制細(xì)粉含量，使之低于8%~12%； 2）加木屑1~2%； 3）對(duì)水分和型（芯）砂混碾質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)加控制；等等。,4、充填缺陷,金屬液充填鑄型型腔時(shí)，充填得不完整，或金屬液機(jī)械沖擊或沖刷而導(dǎo)致鑄型損壞所產(chǎn)生的鑄件缺陷，稱為充填缺陷

6、。 充填缺陷可分為：金屬液流動(dòng)缺陷、金屬液機(jī)械致?lián)p缺陷兩類。 （1）金屬液流動(dòng)缺陷 流動(dòng)缺陷是指：金屬液充填鑄型型腔不完整，造成的鑄件缺陷。 流動(dòng)缺陷主要包括：冷隔、皺皮與皺紋、澆不到、飛翅等。,1）冷隔：冷隔呈“裂紋”狀縫隙，但縫隙帶有圓角的棱邊，如圖9-5所示。,產(chǎn)生冷隔的原因是：金屬液流動(dòng)能力弱、澆注速度過慢、型腔內(nèi)空氣未驅(qū)趕盡。 消除措施包括：提高澆注溫

7、度、增加金屬液的流動(dòng)性、改進(jìn)澆注系統(tǒng)和排氣能力。,2）皺皮與皺紋：鑄件整個(gè)表面布滿綿延不絕的皺紋，這種表面缺陷稱為皺皮。如圖9-8、圖9-9c所示。,合金中有易氧化的元素，如Mn、Si且含量較高時(shí)（象硅錳低合金鋼ZG20、MnSi），極易形成皺紋，又稱水平流痕?！　∑湫纬蛇^程為：a.在鋼液的充型過程中，隨著型腔內(nèi)上升液面溫度的降低液面形成氧化膜，液面繼續(xù)上升使氧化膜粘附于型壁上，鋼液面漫過氧化膜留下痕跡；b.當(dāng)液面溫度下降到凝

8、固溫度范圍時(shí)，液面結(jié)殼，更嚴(yán)重地阻礙型腔內(nèi)液面的上升運(yùn)動(dòng)，但型腔內(nèi)液面克服阻力，突破液面殼之阻力漫過它繼續(xù)上升，結(jié)果在“金屬/鑄型”界面上留下痕跡，即：皺紋。 　　鑄鋼薄壁件表面上易出現(xiàn)的這種皺紋缺陷，其防止的根本措施為：提高鋼液在型腔內(nèi)的上升速度（不低于18mm/s）；采用還原性氣氛保護(hù)上升的金屬液面，使型腔中CO/CO2、H2/H2O的比值增大。,3）澆不到：鑄件不完整（如圖9-10所示），有停止流動(dòng)的流頭殘跡

9、。,澆不到缺陷形成的主要原因是：澆注溫度不夠、澆道過小，金屬時(shí)排氣孔數(shù)量不夠。 消除澆不到缺陷的措施有：提高澆注溫度、加大澆道尺寸、改進(jìn)排氣系統(tǒng)。,,4）飛翅：垂直于鑄件表面上的薄片狀金屬突出物，稱之為飛翅，或稱披縫。,飛翅缺陷形成的主要原因是：上、下分型面或鑄型芯座與砂芯芯頭之間的裝配間隙過大，澆注時(shí)造成液態(tài)金屬鉆入縫隙中。 消除飛翅缺陷的措施有：控制上、下分型面或鑄型芯座與砂芯芯頭之間的裝配間隙

10、，對(duì)工藝縫隙進(jìn)行填補(bǔ)等。,（2）金屬液機(jī)械致?lián)p缺陷,金屬液機(jī)械致?lián)p缺陷，是指液態(tài)金屬對(duì)砂型型腔表面的沖擊、沖刷，造成砂型被損壞而產(chǎn)生的鑄件缺陷。 金屬液機(jī)械致?lián)p缺陷主要包括：沖砂、脹砂、抬箱、跑火、鉆芯等。 1）沖砂：是指充型金屬液將砂型或砂芯表面砂粒或局部砂塊沖刷掉。 沖砂引起的缺陷，通常位于鑄件的澆口附近。引起沖砂缺陷的首要原因是型砂的干強(qiáng)度太低、澆注時(shí)間過長(zhǎng)。,2）脹砂：是指鑄件形

11、狀與圖樣不符，鑄件外表面、內(nèi)表面局部脹大的多肉缺陷，同時(shí)伴隨縮孔、縮松、重量超差等缺陷。如圖9-12所示。 　　脹砂是砂型不能抵擋金屬施加的壓力，發(fā)生二次緊實(shí)而產(chǎn)生的缺陷。如鑄鐵件凝固時(shí)，共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的共晶膨脹壓力，在這種壓力下，砂型被二次緊實(shí)發(fā)生型腔整體擴(kuò)大?！　【o實(shí)度或硬度較大的鑄型，如高壓造型、干型、化學(xué)粘結(jié)劑砂等有較高的抗脹砂能力。,3）抬箱：鑄件在分型面處存在著極為嚴(yán)重的飛邊，即有厚片狀的、表面光滑

12、的、周邊不規(guī)則的金屬凸出物，其厚度有時(shí)與鑄件所增加的高度相等，這種缺陷稱為抬箱。 抬箱缺陷產(chǎn)生的原因是：砂型的壓鐵重量太輕；或上、下型夾緊不當(dāng)，液態(tài)金屬靜壓力過高等。 4）跑火：又稱型漏，“火”代表金屬液，是指金屬液充型超過分型面進(jìn)入上砂型后，分型面處，由于種種原因有泄漏口使金屬液決口流出型外。 跑火缺陷的主要原因是：砂型澆注前泥封分型面不嚴(yán)、壓鐵太輕、落砂太早等。,5）鉆芯：型腔內(nèi)

13、金屬液鉆入砂芯內(nèi)的通氣道流入砂芯內(nèi)部?！　°@芯缺陷的主要原因是：砂芯頭與砂型芯座之間，或砂芯頂面與型壁之間的裝配間隙太大、內(nèi)澆道直沖砂芯，產(chǎn)生偏芯等。,5、夾雜類缺陷,（1）定義：在鑄件內(nèi)部或表面存在著化學(xué)成分、物理性能不同于基體金屬的組成，這種組成物稱為夾雜。 由尺寸大小分類，可分為宏觀夾雜物和微觀夾雜物。由夾雜物不源分類，可分為內(nèi)生夾雜物和外來雜物。由夾雜物成分分類，內(nèi)生夾雜物主要是氧化物、硫化物、氫化物

14、和低熔點(diǎn)滲出物，外來夾雜物主要是渣滓、型砂、芯砂、涂料等。 （2）豆類夾雜物：鑄件內(nèi)部或表面有孔洞（氣孔或縮孔），孔洞中有金屬珠；或鑄件表面有金屬珠，這些金屬珠類夾雜物，形似豆，統(tǒng)稱為豆類夾雜缺陷。俗稱“鐵豆”。 主要類型有：冷豆、內(nèi)滲豆、外滲豆等。,1）冷豆：鑄件內(nèi)部或表面有氣孔，孔中有金屬珠粒，豆與鑄件本體不熔合但相連。如圖10－1所示。 其形成的原因主要是：澆注充型時(shí)，發(fā)生飛濺，形成

15、金屬液珠，液珠表面氧化，有氧化膜；再發(fā)生反應(yīng)：Fe+C→Fe+CO，形成包圍著液珠的氣孔、液珠凝固后，成為氣孔中的金屬豆。鑄鐵鑄鋼中稱為“鐵豆”。冷豆形成過程是：先為豆、后有氣孔。 正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、控制濕度過高、澆注時(shí)不發(fā)生飛濺等，可克服冷豆缺陷。,2）內(nèi)滲豆：鑄件的內(nèi)部孔洞類缺陷（氣孔、縮孔）的孔壁上，有金屬珠，即金屬豆附壁而生。其目視特征與冷豆相似，主要差異是：內(nèi)滲豆的化學(xué)成分與鑄件本體的不一致，是

16、一種低熔點(diǎn)的熔體成分?；诣T鐵件最容易產(chǎn)生內(nèi)滲豆缺陷。 其形成的原因，同冷豆的形成相反。它是鑄件內(nèi)部，在凝固時(shí)期，先形成孔洞類缺陷（如氣孔、縮孔等）；再在鑄鐵件凝固時(shí)，在共晶團(tuán)晶間的含磷量高的低熔點(diǎn)共晶成分熔體，在鑄鐵內(nèi)、外壓力作用下，被擠入氣孔或縮孔的孔洞中，滲在孔壁上，形成金屬豆。即先有孔洞，后有金屬豆。 　　消除鑄鐵件凝固時(shí)形成內(nèi)部自由表面的孔洞類缺陷――氣孔、縮孔等，可以防止內(nèi)滲豆缺陷。,

17、（3）夾雜缺陷：,夾雜缺陷可分成：金屬夾雜物、夾渣、砂眼、氧化膜夾雜等。 1）金屬夾雜物：主要是熔煉時(shí)中間合金未熔盡以小顆粒形式存在于合金熔液中；或爐前孕育或變質(zhì)處理用的中間合金顆粒，未熔化澆注隨著液流進(jìn)入型腔而形成金屬夾雜物。圖10－7是灰鑄鐵件斷口中的金屬夾雜物。,有色金屬鑄件中，常出現(xiàn)金屬夾雜物缺陷。主要防止措施是：保證金屬爐料的純凈度，防止混入外來金屬。,2）夾渣：是指鑄件內(nèi)部或表面有外來的非金屬夾雜物

18、，統(tǒng)稱為“渣滓”。 夾渣的目視特征是：形狀極不規(guī)則的孔穴內(nèi)，包容著渣滓。 按形成時(shí)間的先后，有一次渣滓和二次渣滓兩類： 一次渣滓，是指合金冶煉或熔煉時(shí)的冶金熔渣（氧化渣、還原渣、酸性渣、堿性渣等）或熔劑所形成渣滓；或金屬液同爐襯、包襯相互作用生產(chǎn)的渣滓；或金屬液爐前處理（孕育或變質(zhì)等）生成的渣滓。 二次渣滓，是指金屬液在澆包內(nèi)擋住或除去一次渣滓后，進(jìn)行澆注直至充型過程中，由

19、于金屬液的二次氧化或其它各種原因而形成的渣滓。,圖10－12為球鐵曲軸在上型中的上表面產(chǎn)生的夾渣，這種夾渣聲稱為“黑渣”。黑渣由多種氧化物組成（MgO、FeO、Al2O3、SiO2稀土氧化物），是一種二次渣滓的夾渣缺陷，實(shí)際上是氧化膜的夾雜類缺陷。,防止夾渣缺陷的措施為： i. 金屬液的過濾，凈化金屬液； ii. 在熔煉工藝，控制金屬爐料，盡少帶入夾雜物。 iii. 合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，具有

20、擋渣功能，使金屬液平穩(wěn)充型。 iv. 提高澆注溫度，良好地?fù)踉?，可有效防止球鐵黑渣。,3）砂眼：鑄件表面或內(nèi)部包容著砂粒的孔穴，稱之為砂眼。如圖10－13所示。 砂眼缺陷形成的主要原因是：　　金屬液充填型腔的沖擊力和紊流液流的沖刷作用，砂型的緊實(shí)度不足，砂粒間的孔隙大，金屬液就易鉆入；砂粒間結(jié)合力弱，鉆入砂粒間的金屬液就會(huì)把砂粒擠出來形成砂眼。,4）氧化膜夾雜：鑄件表面或內(nèi)部有金屬液充型時(shí)