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热处理/锻压/铸造2011年第15期
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铸钢件缩孔和缩松的形成与预防
宁夏天地奔牛实业集团有限公司
（石嘴山753001）
王福京
缩孔和缩松从本质上来说，是因为型内的金属产生收缩而引起的，但是不同种类的金属，其形成缩孔和缩松的机理有所不同。

1.产生机理
从铸钢件角度来分析，钢液注满型腔后，由于型壁的传热作用，型内钢液形成自型壁表面至铸件壁厚中心温度逐渐升高的温度梯度。

随着型壁传热作用不断地进行，型内钢液温度不断降低。

当与型壁表面接触的钢液温度降至凝固温度时，铸件的表面就开始凝固，并形成一层固体状态的硬壳。

如果这时浇注系统已经凝固，那么硬壳内处于液体状态的钢液就与外界隔绝。

当型内钢液温度进一步降低时，硬壳内的钢液一方面因温度降低而产生液态收缩，另一方面由于硬壳的传热作用，使与硬壳接触的钢液不断结晶凝固，从而出现凝固收缩。

这两种收缩的出现，将使硬壳内钢液液面下降。

与此同时，处于固体状态的硬壳，也因温度的降低而产生固态收缩，对于铸钢件来说，由于液态收缩和凝固收缩的总和是大于固态收缩的，因此在重力作用下，硬壳内钢液液面将下降，并且与上部硬壳脱离接触。

随着型内钢液温度不断地降低和硬壳内钢液不断地凝固，硬壳越来越厚，而钢液越来越少。

当铸件内最后的钢液凝固后，铸件上部的硬壳下面就会出现一个孔洞，这个孔洞即为缩孔。

虽然凝固后的铸件自高温状态冷却至室温时，还将产生固态收缩，从而使整个铸件和其内部缩孔的体积稍有减小，但并不会改变缩孔体积与铸件体积的比值。

由于凝固层厚度的增加和钢液的减少是不断进行的，因而从理论上来说，缩孔的形状是漏斗状的。

并且因残存的钢液凝固时不能得到补缩，
所以在产生缩孔的同时，往往也伴随着缩松的出现。

用肉眼能直接观察到的缩孔为宏观缩孔，而借助于放大镜或将断面腐蚀以后才能发现的缩孔为微观缩孔。

一般情况下，宏观缩孔可以用补焊的手段来解决，而微观缩孔就无法处理了，一般都是成片出现的微小孔洞。

铸件在凝固后期，其最后凝固部分的残留钢液中，由于温度梯度小，这些残留钢液是按同时凝固的方式进行凝固的，凝固开始时，在整个钢液内出现许多细小的晶粒。

随着温度降低和晶粒的长大，以及新的晶粒的产生，若早期结晶的晶粒之间留有液体，这些液体即可能被固态晶粒所包围而与液体分离或近似分离，最后凝固的部分出现许多被固态晶粒隔离而孤立的少量钢液；或者出现许多虽未被固态晶粒完全隔离，但与外界钢液的连接通道很小的钢液，由于此时钢液的粘度很大，外界钢液很难经过细小的通道给予补充，因此这些虽未被固态晶粒完全隔离的钢液也几乎处于孤立状态。

当这些完全或不完全孤立的钢液进一步冷却、凝固收缩时，由于得不到钢液补充，便会在这些地方形成分散而微小的细孔即为缩松。

2.防止措施
以上分析阐述了缩孔、缩松的产生原因。

只有把缩孔、缩松的产生原因弄清楚了，才能够有针对性地预防缩孔、缩松的产生，生产实践中，可以从以下几个方面采取措施。

（1）铸件结构
铸件壁厚应尽可能均匀；铸件
筋壁的连接不能太集中，应采用交叉或分散布置，以免形成太大的热节，从而引起该处型壁传热条件恶化；铸件的内角不能太小，在不影响铸件使用性能的情况下，宜采用90°以上的内角，从而改善内角
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处型壁的传热条件；选择合适的圆角半径，使铸件连接处的内切圆直径尽可能的大。

（2）熔炼
应尽可能降低钢液的气体含量；严
格控制钢液的化学成分，在一般情况下，减少那些增加凝固收缩的元素含量，对于防止铸件产生缩孔、缩松是有明显效果的；加强熔炼过程的控制，防止钢液产生氧化；改善钢液的变质处理；严格控制熔炼温度。

（3）工艺设计
工艺上采用立浇方式，可使铸
件获得最大的重力补缩，如果再配合用冷铁或补贴，则可获得无缩孔和宏观缩松的铸件；为了保证冒口中的钢液温度最高并防止钢液飞溅，在生产中可采用回转浇注法；分型面应选择在铸件的最大平面上，以便设置足够数量的内浇道，防止铸件在内浇道附近产生缩孔或缩松；内浇道应均匀分布，以免型壁局部过热；采用扁平式内浇道，以免铸件与内浇道连接处形成新的热节，防止出现铸件补缩浇注系统的现象；内浇道的长度不应太短，即横浇道或直浇道不应太靠近型腔，以免横浇道或直浇道与型腔之间型壁的传热能力过低，进而引起该部分钢液凝固速度降低。

无冒口补缩的小型铸件，要求浇注系统具有一定的补缩能力，以免产生铸件倒补缩的现象。

另外，冒口的位置要设计合理，并可利用外冷铁来控制冒口的补缩范围。

在厚壁或钢液静压力高的型（芯）壁上设置外冷铁，可提高型壁的刚度和硬壳形成的速度，防止因型（芯）壁位移而产生缩孔或缩松。

外冷铁之间的距离不能太大，以免在冷铁之间形成热节而产生缩孔或缩松。

外冷铁的位置应使其在整个凝固过程中，与铸件始终保持接触，充分发挥外冷铁的激冷作用。

用冷铁时应将其固定好，以免脱离。

加工余量不宜太大，为了防止铸件产生气孔或夹渣而需要增加加工余量，那么工艺设计时应采取补缩措施，尽可能使铸件的厚壁部分处于最高的浇注位置，以便创造良好的自下而上的顺序凝固条件。

选用适当的补贴，使铸件顺序凝固，从而获得无缩孔和宏观缩松的铸件。

浇注系统的布置应尽可能使型腔内的钢液形成自下而上逐渐升高的温度梯度，从而使铸件顺序凝
固。

此外，铸件的不同部位采用传热能力不同的型砂，也有利于铸件按一定方向顺序凝固。

（4）型砂和芯砂根据铸件结构、重量及壁厚
选择适当耐火度的原砂和粘结剂，提高型壁的高温
强度，减小型壁位移。

铸件的重量越重，壁厚越厚，型砂的粒度应越粗，以免型砂在铸件形成足够厚度的硬壳前产生软化，从而引起型壁位移；在保证型砂具有足够的强度和抗夹砂能力的情况下，应尽可能降低粘土或水玻璃的加入量，从而减少型砂的热变形量，防止型壁位移；严格控制型（芯）砂中附加物及水分加入量。

（5）造型和制芯
严格控制砂型和砂芯的紧实
度和均匀度，减少型壁和芯壁的位移；在紧实砂型和砂芯之前，外冷铁周围的型砂或芯砂应预先紧实，以免在紧实砂型和砂芯的过程中外冷铁的位置产生移动；造型时，砂型应插排气道，使浇注时型壁所生成的水蒸汽易于排出型外，从而增加型壁干燥层的厚度和强度，提高型壁抵抗钢液静压力的能力。

大型铸件造型时，为了防止型壁位移和型腔扩大，修型前应在砂型表面向背型打入一些铁桩，铁桩间的距离可根据铸件的特点而定；在不阻碍铸件收缩的情况下，不要使箱带距模样表面的距离太大；选用刚度较好的砂箱，合箱后上下砂箱应充实紧固；合箱前应检查砂芯的位置和铸件的尺寸。

（6）浇注
严格控制浇注温度；尺寸较大的明
冒口，浇注后应进行补浇，并在表面覆盖稻草灰等保温材料。

一般在生产中，为达到有效防止缩孔、缩松产生的目的，首先想到的是加高、加大补缩冒口，以便增加钢液补充量，即增加补缩量，但会降低工艺出品率。

其次是冒口应增加保温材料，最好制成保温冒口套，浇注时覆盖保温材料，这样可使钢液的温度下降较慢，金属液体具有流动性的时间延长，可使补缩效果进一步提高。

3.结语
我公司通过采取以上预防缩孔、缩松的措施，铸件产生缩孔、缩松的现象明显减少，使铸钢件质量大幅度提高，废品率也显著下降。

同时，不再因铸钢件经常出现缩孔和缩松而进行补焊、修磨，缩短了生产周期，提高了生产效率，使生产进度得到了保证，证明我们所采取的预防措施是正确和有效的。

（20110316）。