铸铁件消失模铸造对铁液的要求.docx
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铸铁件消失模铸造对铁液的要求
铸铁件消失模铸造对铁液的一些要求
铁水质量对消失模铸铁件的影响较大，从浇注温度不当对消失模铸铁件缺陷产生的影响，以及不同材质铸铁件对铁水质量的要求，分析了防止出现铸造缺陷的措施和调整方法。
消失模铸造由于泡塑模（白模）气化要消耗铁液热量，要求提高铁液浇注温度，为此必须对铁液熔炼进行适当调整，以便得到与砂型浇注一样或更优的铸件组织。
1提高浇注温度
铁液浇入型腔后，首先要使带有浇注系统的铸件白模（EPS，STMMA）气化、分解、裂解掉，为此浇注温度一般比砂型铸造提高30～50℃，对簿壁球铁件甚至提高至80℃。
球铁浇注温度范围为：
1380～1480℃，灰铸铁为1360～1420℃，合金铸铁（铬系白口铁）为1380～1450℃。
提高浇注温度增加的热量应恰好消耗于烧掉白模，之后铁液温度应降低到砂型铸件的浇注温度，才得保证获得合格铸件，因此在实际生产过程中必须依据本单位工艺，工艺设备等条件找出适合的浇注温度。
1.1浇注温度过高容易引起的缺陷
1.1.1粘砂
过高的铁液温度易引发化学粘砂和机械粘砂。
化学粘砂：
砂型中干砂含有细小砂粒、灰尘、尤其是石英砂，极易与铁液起物化矿化反应而产生化学粘砂，极难清理；
机械粘砂：
过高的铁液温度造成白模涂料层脱落、开裂、软化破裂，铁液通过破裂、隙缝裂纹，加上浇注速度又快，铁液渗入的温度高，粘砂程度也愈严重。
最易发生部位是铸件底部或侧面及热节区，型砂不易紧实地方，特别是转角处，组串铸件浇注系统连接处，容易形成铁液与型砂机械混合的机械粘砂。
1.1.2反喷
气化模EPS（或STMMA）模样浇注时在过高的浇注温度铁液的作用下产生激烈的热解相应反应。
（1）75～164℃：
热变形，高弹态软化状，白模开始变软玻璃状并膨胀变形，泡孔内的空气和发泡剂开始逸散，体积收缩，泡孔消失产生粘流状聚苯乙稀液体；
（2）164～316℃：
熔融，粘流态其分子量不变；
（3）316～576℃：
解聚，气化状态，在重量开始变化的同时长链状高分子聚合物断裂成短链状低分子聚合物，气化反应开始，产生聚乙稀单体和它的小分子量衍生物组成蒸汽状产物；
（4）567～700℃：
裂解，气化燃烧，析出气体显著增加，低分子聚合物裂解成少量氢（0.6%），CO2，CO的小分子量的饱和、不饱和的碳氢化合物；
（5）700～1350℃：
极度裂解，气化燃烧，低分子聚合物裂解逐步完全，在生产大量小分子碳氢化合物的同时，开始分解出氢和固态的碳；在1350℃析出氢的含量达32%；在有氧的条件下伴随着燃烧有游离碳和火焰的出现；
（6）1350～1550℃：
急剧裂解，燃烧气化，低分子聚合物迅速裂解，析出氢达到48%；同时燃烧过程更加剧烈，并析出大量的游离碳和由挥发性气体产生的火焰。
浇注铁液与EPS白模接触时产生热解产物，，400℃以上的温度下聚苯乙烯C8CH将裂解为丙烯C3H6、乙烯C2H4，乙烷C2H6，甲烷CH4，碳C和氢H2，随着铁液温度提高，热量增加，白模裂解深度进度加剧，气体的产物体积增大，析出C也更多，在完成裂解成C和H2的情况下，1个体积（104g）的笨乙烯，产生8g（4个体积）的H2和96g的C，占苯乙烯总量（104g）的92%。
（这句话难理解：
104g是一个体积，为何8g却是4个体积？
）白模热分解时析出气体CCnH2n，H2，CH4等）800℃，165～175cm3/g；1000℃，500～518cm3/g；1200℃，738～689cm3/g，随着白模受热温度升高，发气量增加，焦态残留物增加，而液态减少，铸铁浇注温度为1300℃时，发气量为300cm3/g，如浇注温度过高，分解裂解急速，气体量剧增，如果真空泵来不及吸排，气体来不及逸出，会引起反喷，可能喷溅伤人，造成事故。
1.1.3气孔
从上可知，白模受铁液热量后分解，裂解，产生大量气体，浇注温度过高并发剧急地产生气体，其气体分散扩展进入型腔，砂型，不能及时排出就会进入铁液产生气孔，此种气孔大而多（丛生）且伴有炭黑。
过高的浇注温度，过多热量灼烤砂型使型腔，砂型产生较多气体，又不能及时地从铸型和铁液上排出，就要产生气孔。
浇注球墨铸铁，采用白模STMMA（EPMMA）其发气量比EPS更大，更多，更集中一般时局区段甚剧裂，更要注意，其气孔的急剧产生和及时排气（调整真空泵吸气量速度，控制铁液流股和速度）。
此外，白模分解产生的气体量多，剧急，迅速，铸型排气速度来不及，真空泵吸气量，速度又不足，气体冲击铸型，导致铸型溃散，塌坍铸件不能成合格品。
还能引发消失模铸造其它缺陷：
节瘤、缩孔、缩松、热节处气渣洞孔等。
1.2浇注温度过低引起的缺陷
1.2.1皱皮（积碳）
最主要的影响，浇注温度太低热量不足，不能完成分解、裂解、气孔，白模热解不彻底，气相产物减少，液相，固相产物增多更利于皱皮积炭的出现，产生量增多，铁液的浇注温度低于1420～1480℃为甚，对薄壁球铁铸件更容易产生皱皮、积炭、炭黑。
1.2.2冷隔（对火）、重皮、浇不到
白模被加热分解，要吸收大量热量，过低的浇注温度提供的热量不足以分解白模，故要从铁液中吸收热量，使铁液降温过甚（往往出现在铸件壁厚，距离又长处）；产出的气体又增大阻止铁液充型，从而又降低了铁液的流动性，故引起冷隔，重皮，浇不到。
当铁液流股分二股充满铸造型顶部会合时，铁液的温度已降到较低不能融合，铸件起簿，浇注温度更低时，极易出现冷隔。
浇注温度较低时，靠近铸造型表面先形成薄的铁壳（膜），而后续铁液充型后，又没有足够热量熔化此膜（壳）就出现了重皮缺陷。
此外，浇注温度太低，型腔中铁液没有足够的热度，使铁液中的杂质、渣、垃圾；气体不能及时上升到顶面排掉，因此，形成夹杂夹渣夹气等缺陷。
2调整铁液
尽管不同种类的干砂热容量（比热）有差异，但铸型的冷却速度均比砂型铸造要慢，对灰铸造铁而言，出现白口倾向较少；对球墨铸造铁而言，干砂铸型刚度不及金属型（或覆砂金属型）；浇注铬系白口铸铁时铸件表面不及金属型浇注所形成的铸件硬壳来得耐磨，因此要调整铁液或相应措施。
消失模铸造因要提高浇注温度，一般均采用感应电炉或冲天炉-感应电炉双联熔炼。
2.1灰铸铁
（1）以韧性要求为主的铸铁件，铁液加孕育处理75%Si-Fe，或加微量铌、镍、铜进行微合金化。
（2）以刚度、强度力学性能要求为主时，降低含碳量，增加球光体量；Cr、Mo微合化等，促进球光体量增加。
2.2球墨铸铁
用感应电炉熔炼，提高了铁液温度，必须采用适合感应电炉熔炼的球铁和孕育球化剂。
2.3铬系抗磨铸铁
由于消失模铸造冷却速度慢，宜用重稀土钇对铬系白口铁的组织及性能进行变质细化；加铜，铬镍，钒钛微合金化改善基体组织性能；如果耐磨性不足则调整基体碳化物的大小，形状，分布来改变（通过加铬、钒、钛、钨等）。
各类不同铸铁的铸件因消失模铸造冷却速度慢而影响其性能，可用上述相应措施进行调整。
消失模铸铁件夹杂类缺陷的防止
消失模铸造是液态金属把泡沫实型模样气化，取代模样所占据的空间而凝固形成铸件，该工艺金属液充型过程比普通砂型铸造复杂的多，同时存在多种物理、化学反应，并直接影响铸件的内在质量，本文以生产轴瓦铁套为例，结合消失模铸造的工艺过程，分析夹渣、夹砂等夹杂类缺陷产生的原因和防治方法。
消失模铸造工艺过程是用泡沫塑料制作模样，烘干定型后粘接浇冒口，模样浸刷耐火涂料，干燥后模样组束放入专用抽气砂箱内，均匀地填埋并振实干砂，用塑料薄膜覆盖砂箱上口，浇注之前对砂箱抽真空形成负压，使砂子进一步紧固成铸型，浇注时金属液自浇口杯注入，泡沫模样受高温铁水作用迅速气化，产生的气体通过涂层和型砂的间隙被抽走，铁水取代模样形成铸件。
消失模铸造同砂型铸造过程的根本区别在于省去了混砂、起模、修型、下芯、合箱等工序和由此产生的质量问题，可以得到表面光洁、尺寸精准的铸件，但消失模铸造工艺采用实型模样，浇注时边充型边气化，存在着复杂的物理、化学反应，如果工艺控制不当，就会产生铸造缺陷。
夹杂缺陷主要分为夹渣和夹砂，它们产生的原因既有相似之处，又有不同特点，但对铸件的危害基本是一致的。
下面分别分析两种缺陷产生的原因和防止的方法。
轴瓦铁套是工程车辆的关键部件，要求不能有任何气孔、夹渣等影响强度和渗漏的缺陷，其加工表面要占铸件的85%以上。
初期，我们采用消失模工艺生产时，铸件毛坯加工后发现夹杂缺陷严重，废品率高达70%。
正是通过此产品的生产攻关，逐步摸索了夹杂类缺陷产生的原因和防治方法。
1夹渣缺陷产生的原因及防止
夹渣是夹杂缺陷的一种，又称渣眼。
消失模铸件夹渣缺陷包括：
铁液熔渣和模样残渣。
铸件上二者一般都呈黑色，大小不一，形状很不规则，有块状、片状、线条状等。
一般存在于铸件内部，多见于铸件上表面的皮下和拐角处。
通常铸件外观良好，加工去除表面金属后才能发现，对生产和质量危害很大。
1.1金属熔渣缺陷的产生和防止
熔化铁水时，或多或少要产生熔渣，特别是炉料锈蚀严重或采用铁屑熔炼时，会产生大量的金属熔渣。
在浇注时熔渣很容易随着铁水进入型腔，留在铸件内部，凝固后就形成黑色夹渣。
由于夹渣的密度比铁水小，一般要浮在铸件上面，铸件拐角处对熔渣有阻碍作用，熔渣上浮时易产生滞留，所以该部位也多见夹渣缺陷。
消失模铸造是在负压条件下浇注，铁水充型时存在较强的附壁效应，即铁水优先沿着型壁填充，所以通常情况下，消失模铸件表面很少见到渣眼，夹渣多存在于铸件皮下。
熔渣的主要成分是金属氧化物、碳化物等，铁水熔渣是消失模铸件夹渣的主要来源。
根据夹渣产生的原因及易产生的部位，结合消失模铸造金属充型的特点，制定防止铸件铁水熔渣的主要措施如下：
（1）加强扒渣和档渣工作：
在出炉前，铁水表面撒聚渣剂并进行扒渣，使倒入浇包内的铁水表面渣子尽可能少，铁水包液面上撒盖聚渣剂并镇静2～3min，让熔渣上浮聚合，然后充分扒净渣子再浇注。
（2）采用茶壶包浇注：
浇注时将铁水包壶嘴出铁口内的渣子扒出，包口吹扫干净，接下来在浇注中就不会有渣子流出，从而最大限度地减少浇注进渣的可能性，这是最好的档渣方法，要特别关注浇包的打结质量，不能造成包衬材料掉落进入铸件。
（3）设置底注式浇道和聚渣冒口：
底注式浇道能使铁水自下而上平稳充型，有利于泡沫模样的充分有序气化和渣子的上浮，铸件顶部设置聚渣冒口，便于渣子的收集和去除。
对于重要的铸件采用底注浇道并设置聚渣冒口是非常必要的工艺手段。
（4）采用过滤网：
过滤网对细小的熔渣都有很好的过滤作用，特别是浇注初期效果明显，但常发生在浇注后期过滤网被烧穿，使档渣失败，要求过滤网有足够的耐火度和抗冲刷性。
如果能够控制洁净的铁水，就没必要采用过滤网；如果铁流中夹渣多，即使采用过滤网也要失败。
1.2模样残渣缺陷的产生和防止
消失模铸造在浇注时，泡沫塑料模样与高温铁液发生强烈的物理化学反应，其中以泡沫模样剧烈的热解气化为主，产生的气体被真空泵抽走。
实践也证明，任何泡沫塑料热解反应后并不能全部气化，最终要产生微量的固态残余物，俗称残渣，其主要成分为碳。
铁水充型时固态残余物如不能及时排出，就会残留在铸件内部，形成消失模特有的黑色块状夹渣。
模样残渣形成的部位同金属熔渣基本相同，有时两种夹渣会同时交错出现，由于颜色相似很难分辨。
消失模固态残余物的多少，同泡沫模样的密度、粘接胶用量、涂料和型砂的透气性、浇注温度等工艺因素有关。
根据模样夹渣产生的原因和易形成的部位，制定防止铸件产生残渣缺陷的措施如下：
（1）控制泡沫模样的密度：
模样密度越低，热解气化反应越迅速、固态残余物越少，越有利于铸件的浇注成型，减少铸件产生夹渣的机会。
一般情况下，要求EPS模样密度控制在18～23g/cm3，如果模样本身不易变形，外观成型良好，尽可能将密度控制在下限。
（2）减少粘结胶的用量：
粘接模样和浇口要使用粘结胶，各种胶的发气量和残留物量，远大于泡沫塑料本身。
粘接模样和浇冒口时，要做到尽可能少用胶，对于减少夹渣提高质量有利。
但须保证具有足够的粘结强度。
（3）适当提高浇注温度：
铁水温度提高，有利于模样的充分气化分解，减少残渣量，但提高浇注温度应以防止铸件粘砂为前提。
（4）使用空心浇道：
空心浇道有利于铁水的顺利充型，并最大限度减少发气和残渣，采用空心浇道有困难时，选用泡沫板材切割浇道，也要尽可能选择低密度板材，密度在14～18g/cm3，在实际生产中往往忽视浇道模样的密度。
（5）采用底注式浇注系统：
底注式浇道铁水自下而上充型，模样自下而上有序气化分解，有利于热解产物排出和上浮。
顶注浇口，铁水充型紊乱，容易卷挟泡沫形成夹渣。
（6）设置排渣冒口：
在铸件顶部设置聚渣小冒口，可让产生的残渣上浮并汇集在冒口内。
对于重要的铸件，设置排渣冒口掌握的原则是，多而小，分散而均匀。
在实际生产中，结合铸件产生夹渣的部位，应有目的的设置聚渣冒口。
2夹砂缺陷产生及防止
2.1夹砂缺陷产生的原因
夹砂是铸件夹杂类缺陷的另一种主要形式，主要是型砂随浇注的铁水进入型腔而滞留在铸件内部形成的。
夹砂与夹渣的外观区别在于：
机加工后夹砂为白色颗粒状，大小同砂粒，多见于铸件浇注位置的上表面皮下。
夹砂的主要成分为SiO2，如浇注时涂层被冲破，涂料连同型砂混入铁水进入铸件不排出而形成夹砂。
由于夹砂是铁水流动中冲破型壁带入型砂所致，边浇注边冲刷带入，因而铸件的其它部位往往也能看到夹砂。
相比之下，铁水熔渣一般在浇注初期进入铸型，其分布相对集中，而夹砂分布相对分散。
同采用传统砂型铸造相比，消失模采用干砂造型，夹砂缺陷一般为分散分布的粒状，很少为块状。
模样粘结胶缝不严密、浇注系统存在尖角、涂层太薄、局部漏涂、涂料强度低等是造成夹砂缺陷的主要原因。
另外，浇口杯与直浇道顶口接触的部位，如密封不严，干砂很容易从此处进入直浇道随铁水进入型腔形成夹砂。
需要说明的是，夹砂的形成不仅仅是造型用砂，涂料、聚渣剂、浇口杯打结料进入型腔形成的缺陷，一般也称为夹砂。
2.2防止夹砂缺陷的措施
（1）保证涂层连续、均匀、完整：
根据我国消失模铸造原材料、工艺和负压浇注的实际情况，小型铸件涂层厚度一般控制在1～2mm为宜。
浇注系统由于铁水冲刷时间长、冲力大，浇道涂层一般要厚于铸件涂层，实际操作时可加厚一遍。
控制整个涂层不开裂、不破损、不漏白。
（2）提高模样粘接质量：
模样与浇道粘结缝要严密，不存在开口和缝隙，防止涂料渗入接缝中。
模样与浇道连接处要圆滑过渡，避免浇道与模样粘结部位存在尖角，造成浇注冲砂。
（3）提高涂料强度：
合适的涂料强度有利于抵抗铁水冲刷，涂料配比中，耐火粘结剂与有机粘结剂合理搭配，使涂层具备良好的综合强度，增强耐高温冲刷能力。
膨润土、硅溶胶、水玻璃等无机粘结剂有利于保持涂料高温强度。
（4）使用专用浇口杯和密封泥：
干砂造型需要用塑料薄膜密封砂箱上口，将泡沫直浇道上端覆盖于塑料薄膜之下。
其上面需要放置或架设浇口杯，如为架设浇口杯其出铁口要有一定的直段使铁流呈圆柱下落，架设时要与泡沫直浇道中心对正；如为放置浇口杯其下面用耐火泥条与塑料薄膜结合严密，两种情况下都要掌握浇杯出口小于直浇道，防止高温金属液散流将干砂冲入铸件。
3小结
本文结合实际生产体会，从浇注操作、浇冒工艺、模样材料等多方面分析防止夹杂缺陷的措施。
通过生产实践，严格控制生产工序个环节，轴瓦铁套夹杂类缺陷逐步减少，最终加工后检测产品合格率达到97%。
过程控制是消失模工艺的关键，生产中要特别注重细节的把关。
我们知道：
中小复杂铸件用消失模方法浇成容易，但要做到完美就要狠下功夫。
消失模是一项综合性很强的工艺过程，一个铸件是由不同工序不同工种完美衔接、精诚协作的结果，不是独立一人所能完成的，这同传统铸造工艺是一致的。
夹砂、夹渣是消失模铸件常见的铸造缺陷，造成此类缺陷的因素和工艺环节较多，防止缺陷要从多方面综合分析，要抓住关键环节有目的采取措施。
完善装备，严细操作必将取得良好的结果。
铸钢件热处理检验规程
一、碳钢铸件热处理检验规程
考虑到铸件形状复杂，容易变形和开裂，碳钢铸件热处理通常采用退火。
检验时着重监督供方是否按下列热处理规范进行，以及检验铸件的硬度值。
1.碳钢铸件热处理时的注意点
通常碳钢铸件在热处理时应注意以下几点:
1.1、炉温升到650℃~800℃时，是否缓慢升温
因为在加热过程中，特别是形状复杂的碳钢铸件，当炉温升到650℃~800℃时，应缓慢升温，或在此温度下保温一段时间。
因为在这个温度区间碳钢发生相变，伴随着体积变化，产生相变应力，如果快速升温，容易使铸件薄壁部分与厚壁部分以及表面层和中心层之间的温度差增大，从而使铸件的热应力增大，容易导致铸件开裂。
1.2、保温时间是否足够
为了使铸件内外温度一致，并且有足够的时间使组织完全转变，厚壁铸件的保温时间要比薄壁铸件长一些。
保温时间的计算方法如下：
a）按同炉铸件最大壁厚计算，每25mm保温1小时，适用于壁厚20mm以内的铸件。
b）按同炉铸件最大壁厚计算，每50mm保温1小时，但不少于2小时。
c）按堆料高度（即铸件堆放高度）计算，一般碳钢铸件保温时间按1m高保温4小时计算。
1.3、碳钢铸件退火时，一般随炉冷却。
2.碳钢铸件的热处理规范
2.1、碳钢铸件退火加热温度见表一
碳钢铸件退火加热温度表一
铸钢牌号
退火温度（℃）
ZG230~450
880~900
ZG270~500
860~880
ZG310~570
840~860
ZG340~640
840~860
2.2、碳钢铸件退火规范见表二
碳钢铸件退火规范表二
碳含量（%）
退火温度（℃）
保 温
冷却方式
硬度值（HBS）
铸件壁厚（mm）
时间（h）
0.10~0.20
0.20~0.30
0.30~0.40
0.40~0.50
0.50~0.60
910~880
880~850
850~820
820~800
800~780
≤30
1
炉冷至620℃
后出炉空冷
115~143
133~156
143~187
156~217
187~230
＞30
每增加30mm
增加1h
二、奥氏体不锈钢铸件热处理检验规程
奥氏体不锈钢铸件热处理通常采用固熔处理和稳定化处理，使其具有最佳的抗腐蚀性。
检验时着重监督供方是否按下列热处理规范进行。
1.奥氏体不锈钢的固熔处理
固熔处理的目的是使钢中的碳化物完全熔解并获得单相组织，其方法是将铸件加热到950℃~1175℃，加热方式宜采用先低温预热，再加速加热到固熔温度的工艺，以减少加热过程中铸钢件表面与心部的温差，其固熔保温时间决定于铸钢件壁厚，一般按壁厚每mm保温2.5~3min计算，保证铸件各截面全部热透即可，固熔保温后淬入水、油或空气中，并以水为常用，空气冷却仅适用于薄壁铸件。
2.奥氏不锈钢铸件稳定化处理
为防止奥氏不锈钢铸件的“敏化”现象，在钢中添加钛、铌等合金元素，固熔处理后，再进行稳定化处理，即重新将铸件加热到850℃~930℃，经过保温，使钢中的碳充分地与钛、铌化合形成稳定的碳化物。
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