浅析铸钢件消失模铸造常见缺陷与防治措施

摘  要：在生产消失模铸钢件时，经常会出现不同的缺陷，如个别部位增碳、表皮增碳和体积增碳等，且同一铸件不同部位的增碳量不一样。基于此，本文对铸钢件的增碳原理和原因进行归纳，总结了解决方案，以供实际生产使用。

关键词：铸钢件;消失模铸造;缺陷分析及预防

中图分类号：TG249.5    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）07-0000-00

0引言

钢水的化学成份和净化程度以及铸造工艺的优化程度决定了铸件质量的好坏。为了确保铸件质量，必须严格控制制造的全过程，从铸造原料、工艺路线、型芯制造、合箱、浇注、落砂、铸件清理到最终热处理都要特别注意，否则会出现不同的缺陷。由于铸件的许多表面不能加工，所以对表面质量、形状和尺寸都有非常严格的要求。铸钢件常见缺陷包括缩孔、缩松、空气孔、冷热裂纹、白点、偏析和缺陷断裂等。基于此，本文总结了消失模工艺路线生产铸钢件特有的增碳缺陷，总结了消除增碳缺陷的若干经验[1]。

1碳缺陷的过程分析

消失模铸造的白模原料是苯乙烯（EPS）。EPS的基本元素是C和H，白模在钢液高温下会迅速分解为H2和元素C，如图1所示。白模分解后发出H2首先与型腔中的O2结合生成H2O，以气体形式逸出;在短时间内供应O2不够时，元素C以黑烟的形式留在模具中，增加了铸件中的碳。因此，消失模铸钢几乎不发生氢增加现象，但是难以避免碳增加现象，并且频繁地在铸件的低温区域或在凝固结束区不规则地且不均匀地发生碳增加，其中位于铸件表面的渗碳缺陷最有可能发生。

2渗碳缺陷及处理措施

铸件的碳含量不均匀，对于铸件的结构和加工性能都有很大影响，严重的碳增加會导致铸件报废。

目前，根据碳增加机理，采取以下措施来控制增碳。

2.1选择高质量的泡沫塑料

泡沫质量直接影响气化速率和裂化产物的形态。高质量的泡沫在维持低密度的同时还能确保强度，二者兼备。钢铸件白模选材时首先选择生珠，即不参合回收粉碎料或过期颗粒料的新料发泡，这是解决铸钢件增碳问题的最有效途径。

2.2选择合理的铸造工艺

为了防止白模气化和燃烧速度过快，模型装箱采取“能站不要躺”的原则，确保白模不会太快燃烧发气。浇道安置尽可能从底部注入，合理选择内浇口位置，注流并平滑地填充型腔，以避免湍流和翻腾，使气泡从底部到顶部以均匀的速度蒸发，同时在合理的位置设置出气通道和集渣冒口，以此减少碳的增加。

2.3合理的浇注速度

白模模型以气化和燃烧两种形式消失。在没有氧的条件下，白模遇到高温的钢水时，气化的大分子会迅速分解为小分子被负压抽出;在有氧条件下，气泡完全燃烧后被负压抽出，当氧气不足时，气泡不能完全燃烧，形成游离碳进入钢水。所以，应将白模尽可能在无氧条件下气化，具体办法是在浇注时将钢水充满浇道以起到密封作用，防止空气带入。浇注速度应该合适，而不是速度越快效果越好，钢水进入型腔接触泡沫模型，然后白模蒸发，如果钢水的充型速率高于白模的气化速率，则钢水会因为白模没有时间气化，导致白模卷入钢水发生局部增碳并且产生气泡。

2.4钢液净化

必须注意钢水的精炼，这是消失模铸造的重要技术之一。在前面的步骤中应考虑钢液的净化，这些步骤包括钢液冶炼、过热、去氧一直到浇铸成形。

3涂料带来的影响

涂料用于浸渍包裹白模外表，烘干后形成模壳。当钢液充入模壳替换白模具后形成铸件。对涂料供应商来说，铸件表面粗糙度高、透气性差和易粘砂等缺陷是涂料质量反馈的常见问题。其中涂料的透气性能是消失模铸件增碳的主要因素。

改善涂层的透气性能够尽可能多地排出气体，可以减少涂料的增碳影响。此外在满足强度标准要求的条件下，涂层越薄、透气性越好。

4铸钢件夹砂的缺陷

在消失模造型的装箱操作过程种，由于直横浇道对接处、内横浇道对接处、直浇道与浇口杯对接处、以及顶部冒口出气口周围的散砂固定处理不当，会出现散砂钻入对接缝隙，或者浇注操作途中有周围散砂流入模壳型腔，造成铸件夹砂等问题。这要求消失模装箱操作要特别注意细节，发现模壳裂缝或者破皮要立即涂抹严实;对接各段浇道要特别关注视觉死角处不能有裂缝遗漏;在砂箱顶部做覆膜密封处理时，浇口杯和冒口出气孔必须用可快速硬化的砂做可靠稳固，保证后工序不发生移位和砂粒溃散。

5装箱改良措施

装箱时需要仔细检查模壳图层是否有剥离、开裂或裂纹，特别是直浇道和横浇道接头、横浇道和内浇道接头、内浇口和铸型结点的地方，如果出现松动、裂纹、连接不良等，则模具接头可能会进入砂子。这就要求具有高的粘结强度、较厚的涂层，并且浇口系统必须具有足够的刚性，必要时可以使用支撑或加强套管。如果装箱粘合后发现裂纹，则可以适当增厚涂层，但是在增加涂层强度并进行修补以防止砂子流淌时，有必要增加干燥措施。

白模模型放置在砂箱的底砂上时应保持稳定，并应放置在合适的地方再撒砂振动，以防止涂层的冲击破裂，加砂操作应尽可能顺畅，在倒入砂子之前，可以使用软管添加砂子，等稳定振动后再撒砂。最初，对于较小的振动，仅需要一个或两个振动器，在完全干燥的砂型附着之后，对于较大的振动，需要添加两个振动器。在整个装箱、振动和造型工作中，防止涂料的涂层掉落，以防止预膨胀裂纹和裂缝，对上穹部位必须特别注意砂子填充振实，避免出现间隙。

6负压控制环节的改善措施

消失模铸造浇注过程通常在负压状态下完成，负压主要用于干砂的型腔保持和加速排气。型腔负压的程度对铸件的质量有很大影响，过大的负压会增加铸件的粘砂缺陷，在局部出现多余的铁瘤难以清除。现场经验总结，铸钢件控制负压在-0.6MP上下比较合理，负压值低于-0.25MPa时会有型腔塌陷危险，一般控制在-0.4MPa以上可保证安全浇注[2]。

7其他因素的影响

如果在熔炼过程中钢水碳含量处于上限，则浇出铸件的碳含量将高于上限。解决此问题的方法是中频熔炼出炉前严格控制碳成份在中下限范围，不可超出上限。

8结语

当前消失模铸钢正处于铸造行业的蓬勃发展期，因此其有很大的发展空间。采用有效的生产控制措施来严格控制熔炼过程，并且在铸造过程中减少和消除积碳，以上措施可以与实际生产条件相结合，同时考虑传统问题，严格控制每个步骤以防止出现铸造缺陷，从而生产出质量完美的铸钢件产品[3]。

参考文献

[1]高成勋.浅析铸钢件消失模铸造常见缺陷与防治[C].2020重庆市铸造年会论文集，2020.

[2]叶国华，叶金华.浅谈消失模铸造铸钢件常见缺陷及防治措施[J].科技与企业，2012（12）：322.

[3]高成勛，刘伟明.浅谈消失模铸造铸钢件常见缺陷及防治措施[J].中国铸造装备与技术，2011（3）：20-22.

收稿日期：2020-06-20

作者简介：赵文峰（1988—），男，江苏徐州人，本科，工程师，研究方向：铸造。

Analysis of Common Defects and Preventive Measures in Lost Foam Casting of steel Castings

ZHAO Wenfeng

（Ningxia Su Ning New Energy Equipment Co.， Ltd.，Shizuishan  Ningxia  753000）

Absrtact： Different defects often occur in the production of vanishing die cast steel parts， such as individual site carbonization， epidermis carbonization and volume carbonization. The carbonation of the same casting is different in different parts. In this paper， the principle and reason of carbonizing steel castings are summarized， and the solution is summarized for practical production.

Keywords： steel castings; lost foam casting; defect analysis and prevention