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漫谈湿砂型铸件的表面缺陷

与其他铸造方法相比，湿铸件更容易出现粘砂、砂眼、夹砂和气孔等缺陷。如果铸造厂注意控制湿砂的质量，这些缺陷是可以减少或避免的。下面的例子说明了型砂性能和铸件表面缺陷之间的关系。

一、粘砂

研究工作表明，一般湿砂型铸件的粘砂缺陷，无论是铸钢还是铸铁，都属于机械粘砂，而不是化学粘砂。机械粘砂的原因很多，最常见的例子如下:

1.如果砂太粗，透气性太高，熔融金属容易钻入砂粒间的孔隙，使铸件表面粗糙或包裹并固定砂粒于表面。江苏某外资工厂的旧铸铁砂中不断混入大量30/50目粗粒芯砂，使型砂透气性达到220以上，铸件表面极其粗糙。内蒙古某厂铸造车间的气动微震造型机生产中小型铸件。用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂做型砂，铸件表面粘砂严重。通常不测试型砂的透气性，认为已经满足工艺规程≥80的要求。为了找出粘砂的原因，发现空气渗透率高达1070，说明这是粘砂的原因。所以型砂的透气性必须有一个上限，型砂的粒度和透气性都要在一个合适的范围内。一般振动压实机单砂造型最适宜的型砂粒度为70/140目，透气性在70~100左右。高密度造型的最佳型砂粒度为50/140或100/50，透气性为80~140。有些生产发动机的代工厂用50/100目粗砂做砂芯。落砂时不断与旧砂混合，使型砂的透气性可能达到180以上，因此应加入100/140目的细砂，或使旋风分离器中的细颗粒返回旧砂，以修正型砂的粒度。

2.铸铁型砂中煤粉含量不足或煤粉质量差。北京一家代工厂生产高速列车刹车盘。铸件材质符合要求，但表面粘砂严重，出厂前需整体打磨。型砂所用的煤粉来自郊区一家关系密切的小型私人供应商。粘砂的原因可能是煤粉质量太差，或者型砂中煤粉的有效量不够。安徽某阀门总厂使用的“煤粉”是洗焦产生的废弃物，其灰分高达76%。使用后整个型砂的性能被破坏，一半以上的铸件报废。铸造厂应加强对外购煤粉质量的检查。优质煤粉要求灰分≤10%，挥发分30~37%，焦渣特性4~5。型砂的有效煤粉含量可以通过产气法来检测。用普通煤粉型砂每1g产生的气体量约为22~26mL，相当于普通品质有效煤粉的6 ~ 7%，或优质煤粉的5 ~ 6%，或增效煤粉的4 ~ 5%。高紧实度型砂的发气量约为18~24mL，相当于协同煤粉含量的3~4%。在中国的大多数外国铸造厂使用LOI来评估铸铁用湿型砂的抗粘砂性。如江苏某汽车铸造厂静压造型线规定面砂烧失量为4.10 0.30%。国内有很多造型材料公司供应各种“煤粉替代品”。铸造厂应先进行浇注试验，比较优质煤粉或增效煤粉对铸件的表面效果、型砂性能的变化以及铸件的生产成本，再决定是否选用。

二。砂眼

铸件表面的砂眼和渣孔通常统称为“砂眼”。渣孔多采用稻草灰或干砂作为聚渣剂形成。砂眼形成的原因如下:

1.天津某合资铸造厂用手工造型生产电机外壳等中小型灰铁铸件。主要缺陷是在整个铸件的上表面可以看到分散的砂粒。分析认为该砂眼形成的原因是洗砂，是从浇注系统落下的散落砂粒和浮在液面上的铁水冲刷型腔形成的。工厂通常不控制型砂的质量。据云，湿抗压强度只有25kPa。人工造型的型砂最佳湿紧实强度约为70~80kPa，振动紧实机造型应为90 ~ 120 kPa。对于高密度造型，型砂的湿态抗压强度可达140~180 kPa。大件可以更高。为了提高型砂的湿态抗压强度，应避免使用劣质膨润土，0.2g膨润土的吸蓝量应在35mL以上。型砂还需要含有足够的有效膨润土。比如高密度型砂5g的吸蓝量大多在55~65mL。优质有效膨润土6-7%。

2.山东某铸造厂只有一台振动压缩成型机。上班后制作下模覆盖地面和下芯。半天后换模板做上模和闭模，准备浇注。铸件中经常出现砂眼等缺陷。原因是湿砂型在脱水干燥后表面强度急剧下降，表面砂粒容易被侵蚀而落入铁水中。“风干”现象在旱季更为严重。湿砂下箱打开时间最好不超过半小时。如果砂型表面有干燥脱水的迹象，应在造型前用喷雾器在砂型表面喷水，恢复湿润状态。天津一家日资汽车发动机厂以前用进口表面增强剂喷涂型腔表面，现在也用喷水。

3.四川某汽车零部件铸造厂采用静液压造型机流水线生产缸体和缸盖，铸件表面有很多砂眼。该厂型砂使用本省劣质膨润土和煤粉，旧砂不定期除尘，导致旧砂含泥量有时会上升到24%。为了使型砂的含水量保持在4.0%左右，防止气孔缺陷的形成，型砂的紧实率必须保持在27 ~ 32%的范围内。型砂的生坯抗压强度不低，在170 ~ 210 kPa之间，不是砂眼的原因。由于型砂灰分高，紧实率低，韧性不足，压碎指标只有65 ~ 75%左右。这种型砂性能太脆，脱模性能差，砂型棱角容易破碎，从而造成砂眼缺陷。工厂应改用优质膨润土和煤粉；还应使用旧砂除尘设备，将旧砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量控制在13%以下。将型砂的压碎指标控制在80 ~ 85%。型砂在造型现场的紧实率提高到35 ~ 38%，含水量为3.2~3.6%，使(紧实率)/(含水量)之比在10~12范围内。这样可以提高型砂的韧性，减少砂眼缺陷。上海、北京和哈尔滨的几家工厂在砂中加入少量α-淀粉，以改善型砂的韧性，降低拔模的摩擦阻力，增强表面风干强度。有利于防止砂眼缺陷，提高铸件表面光洁度。

4.河南省某拖拉机厂发动机铸造分厂混有大量冷芯盒砂芯，使型砂变脆，脱模性能越来越差。不仅砂型边缘脆弱，而且挂砂容易破碎。根据工厂规定，砂轮混砂机的周期时间只有3分钟，因此不能延长混砂时间，以免影响成型机的用砂需求。后来尽可能延长混砂周期1min，发现型砂手感发生变化，脱模性提高。这说明原混砂时间太短，不能产生优良的型砂性能。

3.夹砂(结疤和剥落)

由于国内多家公司供应了优质活性膨润土，湿铸件表面的夹砂缺陷大大减少。然而，一些湿型铸造厂也会偶然产生夹砂缺陷。

1.江西一家小汽车修理厂希望生产湿态的摩托车发动机铝铸件。当初借了两个牛皮纸袋的秋山“粘土”来混沙。后来我去材料部买了两个粘土包。但发现新购买的粘土型砂附着力低，经火烘烤后砂型开裂脱皮，导致铸件出现严重的夹砂缺陷。当时检验了两种粘土的泥浆能否在极其简单的条件下通过碱活化稠化。证明麻袋不是膨润土，而是真粘土，不能用于湿型铸造。问题的原因是弱酸性钙基膨润土被地质部门称为“酸性粘土”。许多铸造厂简称“酸性粘土”为“粘土”。结果以蒙脱石为主要矿物成分的膨润土与以高岭石为主要矿物成分的真粘土(即普通粘土)相混淆。真粘土主要用于烧制陶瓷，不适合湿模铸造。铸造厂也可以通过蓝色吸收能力来识别两种不同的粘土矿物。0.2g膨润土吸收亚甲基蓝在25~45mL，而普通粘土吸收亚甲基蓝只有膨润土的十分之一。

2.水质的影响:天津一家台资铸造厂使用挤压成型机生产铸铁煎锅出口。采用优质活性膨润土混砂，型砂生坯抗压强度200 ~ 250 kPa，紧实度35 ~ 38%，含水量3%左右。但铸件内流道附近出现夹砂缺陷，怀疑是混砂用的井水有问题。这家工厂用于混砂的深井水的井管堵塞了。为了省钱，老板打了一口20米的浅井，用来混沙加水。工人发现这口井的水是咸的，不能喝，洗手搓肥皂也不起泡。这种浅井水中含有大量的钠、镁、氯离子，对活性膨润土有很强的抗活化作用，用于混砂生产铸件时容易产生夹砂缺陷。掺有沙子的饮用水从附近工厂引进后，无法完全消除原有水质的影响。江苏省有一家工厂，用挤压成型生产冰箱压缩机铸件。用流经厂外一条小河的河水来混砂，恰逢上游某化工厂向水中排放废水，造成铸件出现夹砂缺陷，原因也是由于废水的抗活化作用。如果怀疑水质是否适合混砂，可以取2g或3g膨润土，用纯净水和待测水测定膨胀值，或者膨胀倍数和自由膨胀量。如果待测水的检测结果远低于纯化水，说明待测水的质量不具备。

四。气孔

铸件的气孔缺陷主要分为四种:夹带气孔、侵入气孔、沉淀气孔和反应气孔。下面举例说明工厂常见气孔产生的原因及预防措施。

1.确定毛孔的类型和成因并不容易。根据生产经验，提高浇注温度30~50℃往往可以减少任何类型气孔缺陷的产生。要注意每包浇注最后一两个砂型的温度，因为此时包内铁水温度已经下降，容易造成气孔缺陷。天津一家台资代工厂生产工业缝纫机外壳。每个铁水可以用7个砂型浇注，但只浇注了5个砂型。将留在钢包中的铁水倒回电炉中，然后重新接上满满一勺铁水浇注砂型，以保持浇注温度，减少气孔缺陷。

2.北京一家日本工厂曾经发现一个铸件有气孔。锯断后发现气孔不断飘出。估计是背压超过了产生气孔的界面处的铁水静压，导致气孔侵入，但无法判断气源是什么。有些工厂把旧沙堆当垃圾场，烟头，冰棍，废纸球，瓜子皮...被抛入旧砂中，与型砂混在一起，可能形成气孔缺陷。国外一些铸造厂严禁吸烟，这也是防止气孔的有效措施之一。

3.山东某厂生产中型出口阀门铸铁件，采用冲击造型机造型，冷芯盒制砂芯。工厂采用两天连续造型，落芯造型，冲天炉隔天开浇。所生产铸件的孔隙废品率非常高。分析原因是砂芯吸潮产生气体进入铁水，造成气孔侵入。冷芯盒砂芯长时间放置在相对湿度较高的砂型中，容易吸潮。浇注时，不仅粘结剂放出气体，砂芯吸收的水分也放出大量水蒸气，容易产生气孔缺陷。我们要像日常一样隔天开炉，或者成型后合模，开炉当天再开箱、开芯、开箱浇注。既能防止砂芯吸潮，又能减少砂型的风干脱水，使气孔缺陷大大减少。多开几个气体立管，增加排气能力。适当提高浇注速度，快速建立静压抵抗界面气体的侵入，也有利于防止气孔的侵入。

4.从河南、山东、辽宁、吉林等地发动机铸件厂出现的气孔缺陷来看。，遇到的气孔大部分还是属于砂芯气体造成的气孔缺陷，很少是析出的氮针孔。因为旧砂芯的粘结剂改为含氮量低的树脂，必要时在芯砂和涂料中加入适量的氧化铁。所以首先要加强砂芯的排气能力。砂芯中间要开一个通畅的通气孔。对于较厚较大截面的砂芯，可将砂芯挖空或对半挖成网格状空腔后再进行粘结。树脂自硬砂芯最常见的排气方式是使用尼龙编织管，在制芯时可以很方便地沿着砂芯的任意形状嵌入砂芯中。热芯盒、冷芯盒和壳芯都是整体射出的，所以排气管不能嵌入，可以在取芯前或取芯后放置和取出通风针或杆。但更常见的是，砂芯硬化后，用硬质合金钻头从芯头钻孔，帮助排气。比如山西某液压件厂生产形状极其复杂的液压阀，壳芯的芯头全部用角钻钻，帮助排气。西班牙有一家生产汽车的铸造厂。制作气缸盖水套砂芯，用专用多头钻床自下而上同时钻水套砂芯各冷却水通道的芯头。放置大型砂芯时，如果芯头与芯座的间隙过大，铁水就会钻入砂芯通气孔。砂芯的芯头要用耐火纤维毡垫、泥条、石棉绳等密封材料封闭。还要注意高温快速浇注，迅速建立铁水压力超过发气点背压，使气体不能钻入铁水成为气泡。即使气体已经钻入铁水中，它也会漂浮并随着进入排气立管的铁水一起排出。此外，有必要使用低析气粘合剂来防止气孔缺陷。比如北京某厂生产的英国燃气灶燃烧环只有一个芯，排气困难，所以壳芯析气尽量控制在12mL/g以下，高温快速浇注。

5.山西某厂用挤压成型机生产灰铸铁曲轴，铸件表面和下面都有小气孔。一般是直径为1~3mm的小孔，多存在于表皮1 ~ 3 mm处，在抛丸清理或粗加工时暴露出来。这个厂不用树脂砂芯，也不会有氮气孔。缺陷应属于反应孔。也就是说，熔融金属在界面处与模具反应，产生的气体溶解在熔融金属中。冷却时溶解度降低，析出气泡。铸造材料为灰铁，也排除了铁水中的镁或稀土与砂型中的水分反应。人们怀疑炉料和孕育剂可能把铝和钛带入铁水中。因为铝和钛与水反应释放出易溶于铁水的原子态[H]。当该层凝固时，氢气的溶解度降低，在分子气相中析出，生长成氢气泡。从该厂硅铁孕育剂的分析报告可以看出，铝含量达到1.86%，可能是皮下气孔的主要原因。硅铁孕育剂的铝含量最好在65438±0.0%左右，最多不超过65438±0.5%。对于随流孕育使用的硅铁，不仅要控制低铝含量，还要限制加入量在0.08 ~ 0.10%。为了防止铝、钛等元素与水反应，挤压型砂的含水量也必须控制在不超过4%。

6.球墨铸铁铁水倒入湿砂型后，残留的镁与水分子中的氧发生强烈反应，产生原子态[H]，这是皮下气孔缺陷的主要原因。必须采取熔炼和工艺措施来防止反应孔的形成。河北某球墨铸铁厂是生产卡车离合器压盘等球墨铸铁件的专业工厂，铸件没有皮下气孔。从该厂冶炼的角度来看，避免气孔的原因是各项指标没有超出常规范围。如使用优质铸焦，冲天炉出料温度在1480℃以上，球化钢包内腔深度为1.5~2倍直径，冰晶石粉在钢包和内腔表面晃动，铁水含硫0.03~0.04%，残镁0.40~0.46%。但从技术的角度来看，表层砂的含水量高达7.0~7.6%，远远超过最多5.5%。没有气孔的原因可能是(1)型砂加入了大量煤粉，烧失量高达7.0~7.9%。比平时多4~5%。型砂产气量不测，估计在35mL/5g以上。浇注后露出的铸件表面呈深蓝色，说明浇注时型腔内存在大量强还原性气氛，稀释了型腔内的水蒸气。(2)砂型的透气性为100，有大量的排气孔，因此浇注产生的水蒸气大部分排出型腔，减少了可能参与反应的水蒸气。(3)表层砂虽然含水量相当高，但含泥量高达21%。所以实测的紧实率只有36%左右，说明型砂没有湿润。也许泥浆吸收了大量的水，减缓了化学反应。因此，可以认为反应气孔缺陷主要取决于紧实率(即型砂的干湿程度)，而不是含水量。

动词 （verb的缩写）讨论

1.获得优质型砂的条件首先是选择优质的原材料，同时也要应用优良的混砂工艺。一些技术管理严格的绿砂铸造厂，要求每班结束前将混砂机内的砂全部清除。美国大部分主要的绿色代工厂都要求刮刀和混砂机底盘之间的距离是硬币的厚度。日本几家使用辊式混砂机的汽车零部件铸造厂的混砂周期为6分钟。而国内一些代工厂，混砂机磨盘、砂轮内的砂长期不清理，刮刀磨损不调整，砂轮混砂时间最多3分钟。这个怎么混才能生产出质量过硬的型砂？

2.型砂的质量在于它的性能。只有加强对型砂性能的检测和控制，才能制备出优良的型砂。江苏某日系汽车零部件代工厂静压造型线面砂的日常检验项目有20多种，还不包括背砂和原材料的检验项目。我国一些铸造用砂实验室，仪器设备简陋，对湿型砂性能的日常检测项目可能只有三四种。如何根据测量结果解释铸件表面缺陷产生的原因？如何用它来降低铸件的废品率？

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