浅谈消失模铸造铸钢件常见缺陷及防治措施[摘要]文章就铸钢件表面缺陷的形成机制进行了简单论述，对该缺陷防治的
措施进行了浅析，并经过分析指出铸钢件表面形成缺陷气痕和流痕的主要原因：浇注系统不合理、透气性偏低、浇注温度不高不稳定等等，并针对不同原因进行了针对性的研究和分析，总结出一些防治措施和方法。

【关键词】铸钢件；铸造缺陷；缺陷防治
液态金属的质量好坏以及铸造工艺方案的制定、落实与执行的质量都决定了铸件质量的高低。

为了使得铸件的质量能够得到保证，从铸件原材料的购买、造型、制芯、合箱、浇注、落沙、铸件清理直至最后的热处理为止，每个制造过程都要进行的严格控制，如有不慎，将会出现各种不同的缺陷。

对铸件质量的基本要求是其结构组织和性能符合使用要求，但是由于很多的铸件只是要求为自由表面，而不再对其进行加工，因此对铸件的表面质量以及外表形状和尺寸均有非常严格的要求。

铸钢件大致存在以下的常见缺陷：缩孔、缩松、气孔、冷裂与热裂、白点以及偏析和缺陷断口等等。

文章针对铸钢件常见缺陷的特点进行了总结，并以此为诊断铸件质量提供参考。

1、消失模铸钢充型的特殊性
在铸件进行铸造充型凝固的瞬间变产生了铸件的缺陷。

通常情况下无论大小型铸件的充型时间都比较短。

消失模铸件充型与普通空腔铸造不同之处在于其缺陷的形成是由消失模铸钢件夹渣缺陷所产生。

1.1 消失模铸钢件的充型形态
绝大多数对于消失模铸造金属液充型过程的研究都是基于铝合金消失模铸造充型过程的基础上，并且大部分都是在无负压作用下进行的充型。

基于这种情况，金属液从内浇通道进入铸件的“型腔”，并且金属液的前沿以扇形的形态向前流动，于此同时金属液在重力的作用下其前沿向下发生了形状的改变，但是其总体的流动方向仍是向着远离内浇道的方向推进，直到“型腔”被金属液全部充满为止。

金属液的温度以及模样材料的性质和充型的速度决定了金属液与摸样接触的边界形态，金属液温度越高、摸样密度越小、充型的速度越快，则金属液整体的推进速度就越快。

边界区内是一层摸样气化所形成的高压气，该气隙的厚度在1mm至3mm之间，内气压大约为0.12MPa，在抽负压是内气压约为0.096MPa，并且随着合金类型、浇注速度、浇注温度、模样密度、直浇道面积、涂料高温透气性及负压大小的不同而发生改变。

在铝合金无负压浇注的情况下，通常根据不同情况将金属液与摸样界面的形态分为以下四种模型：接触模式、间隙模式、溃散模式以及卷入模式。

1.2 金属液充型的湍流形态以及所产生的附壁效应
我国企业在消失模钢/铁件生产浇注的过程中，都是通过对干砂铸型施加负压的方式来紧固干砂的砂型，从而保证铸型有足够的强度和刚度来抵挡金属液的冲击以及浮力，确保铸型在整个浇注和凝固的过程中能够完整有效，最终得到结构完整的铸件。

在砂箱高度不再继续增加的情况下，消失模铸造黑色合金铸件中负压方法的使用对于保证干砂铸型的强度和刚度起来到了很大的作用，从而确保了铸造过程的继续实施，这在我国消失模铸造工艺的发展过程中起到了非常重要的作用。

在试验中，充型的金属液在流动过程中为湍流状态，充型前的金属液的形态
和模样气化后的金属液形态都非常的紊乱，前面整体虽然还是呈现扇形弧状，不过和无负压充型时候的形态差别相当大，山脊锯齿形态在前凸后凹的情况下反应非常强烈，后面接踵而来的金属液很可能会掺入气体与异物。

另外，金属液正在充型的时候，砂箱周围的负压室会产生负压，会使其产生出比较强烈的附壁效应，导致铸件的中心和外部的充型速度有明显差异，U型前沿很快在充型开始就形成了，在铸件外部的金属液快速在附近凝固，这样就会在周围形成由激冷固体层封闭成的U形“型腔”，而中间部位的金属液向上方充型的速度会变得很慢。

在这样的环境下，中部模样气化的气体在排出的时候就会受阻，在附近形成的激冷层虽然不是很严实，但同样会对模样气化气体在横向直接排出时，造成相当大的阻力。

2、从动力学以及热力学的角度分析钢水中夹渣的原因
钢水掺杂气体与夹渣的原因有很多个方面，其中包含模样气化时热分解的气体和残留物的渣滓、熔炼钢水时产生的气体和残渣，同时还有钢水被氧化时的氧化物的残渣，以及溶解在高温钢水中的一些气体等。

这些密度比较小的气体和残渣，在没有凝固且液态降温过程中、充型过程中，会慢慢向上漂浮，也会在负压的作用力下向着横向压力偏低的地方移动。

假如铸件还是在液体的形态下，气体与残渣能自己排出的话，铸件便不会出现气孔与夹渣。

在很多消失模铸造企业中，砂箱负压系统中的负压室大都建造在砂箱周围与底部，负压吸气时的方向和气体与残渣自身浮动的方向垂直，这样会使气体与残渣不利排出。

所以从动力学和热力学的角度分析，钢水中夹渣的排出与产生，有利于消失模铸件中残渣缺陷的生成，但是不利于残渣缺陷的排出。

3、如何减少消失模铸钢件中的夹渣及其几点建议
3.1 直接消减钢水中的原始异物
有效减少消失模铸钢件产生夹渣缺陷的重要途径之一就是在浇注前尽可能的减少钢水中所夹杂的物质。

净化钢水可以有很多种方法，使用聚渣材料，利用净化器对夹杂物具有吸附的作用，将体积较小的颗粒夹杂物吸附在加入的净化剂大颗粒上，从而形成较大体积的夹杂物颗粒，使得上浮的动力学条件能够得到一定的改善；其次，将过滤网应用在浇注的系统中，过滤网将较大的夹杂物颗粒阻挡在过滤网外，从而使其不能进入铸件的”型腔”;再次，选用密度较低的摸样材料，以减少其在热解过程中产生残留物。

净化钢水的诸多方式是可以同时使用的，从而更加有效的减少钢水中原始夹杂物数量。

3.2 采用工艺手段消减钢水中的夹渣
在适当合理的设计浇冒口系统的前提下，要尽量避免一箱多铸以及缩短钢水在浇注系统中的时间；一箱多铸会自然而然的增加钢水在浇注系统中存在的时间，这样钢水在充型时，在系统中多变截面、多弯道的通道中非常容易出现湍流与飞溅的情况，这会使钢水温度降低，易致使其氧化，冲刷浇注管道侧壁，从而增加了钢水中的原始夹渣。

在实践中通过减少模样连接缝可以证明，如模样连接缝过多，很容易造成缝隙中胶量过大，致使连接缝处的胶外凸内凹。

由于外凸的胶密度较大，胶体气化后形成的气体与残渣比较多，从而导致了残渣总量的增加；内凹的胶体存在缝隙，在上涂料的时候，涂料的渗透性非常强，会使涂料渗到内凹缝隙中。

在模样气化以及钢水充型过程中，涂层内部会产生向内突起的涂料刺，在钢水通过时，不断被冲刷而进入钢水中，产生涂料夹渣。

浇注系统的每个部位都是由切割过的泡沫板材加工的，由于切割面将板材内部打通，这样内部的珠粒会因为融合不良而生成小洞，使切割面上产生很多形态不规则的缝隙与凹坑，这
些缝隙与凹坑非常容易导致涂料渗透进铸件内部，使其形成涂料刺。

这些涂料刺会在浇注时被冲刷到金属液中，伴随着液体进入到型腔中，从而形成夹渣。

参考文献
［1董冰.用流体力学理论研究消失模铸造金属液流动前沿气隙中压力[J].中国铸造装备与技术,2005(3): 11-13．
［2朱丽娟.消失模铸造金属液流动前沿气隙中气体压力的研究[J].铸造技术，2009,30(8): 1 029-1 031．。