消失模铸件夹杂缺陷的形成过程

1 消失模铸件中的夹杂缺陷

消失模铸件中夹杂类缺陷非常普遍，铸件夹杂缺陷常常使铸件性能大大降低，同时由于夹杂形状不规则，在铸件服役期间可能会因夹杂引起铸件形成裂纹甚至开裂。夹杂类缺陷的存在除了降低铸件性能外，表层缺陷使铸件局部硬度提高，容易造成加工表面粗糙、影响切削效率、刀具损坏等。消失模铸件中的夹杂缺陷一般呈外形不规则的团簇状，夹杂密度很不均匀，同时往往与气孔同生，也称为渣气孔。

1.1 消失模铸件夹杂缺陷的形态

消失模铸件的夹杂缺陷多为渣子、渣气孔、夹砂等。缺陷的形态往往多种多样，外形边缘很不规则，大小不一，呈团簇状分布，夹渣和渣气孔颜色一般呈黑灰色，颜色深浅不一。缺陷坑内有粉状物，或不规则的金属液中的冶金渣，或模样材料热解残留固体物质，或涂料进入形成不规则或一面规则的浅灰色粉状物质。

1.2 消失模铸件夹杂类缺陷易出现的部位

消失模铸件中夹杂类缺陷极易出现的部位，依铸件结构、组模形式、生产工艺和条件不同有一定的规律。形成的原因与金属液中渣子含量、负压浇注充型过程、金属液的流动状态及铸件凝固过程有关。对于薄壁的耐热、耐磨、耐蚀铸钢件，易出现气孔或渣孔类缺陷，主要出现在铸件与浇口或冒口连接的部位。与铸件连接的部位在浇注充型过程中，过流时间较长，保持高温的时间也较长，钢液使铸型材料过热，部分熔融铸型材料，钢液中吸收较多气体、夹杂通过受阻而积聚，钢液降温及凝固收缩，冷却凝固后易造成这些部位形成气孔、渣孔、缩孔的混合缺陷。

2 消失模铸件的充型过程

铸件缺陷都是在铸造充型及凝固过程的瞬间形成的，一般中小铸件的充型时间不过几秒、十几秒或几十秒，大型铸件充型时间也在几分钟内完成。不同于普通的空腔铸造，消失模铸件充型的特殊性是造成消失模铸件夹杂缺陷形成的主要原因。 

2.1 消失模铸件的充型形态

关于消失模铸造金属液充型过程，金属液充型的形态是，从内浇口进入铸件“型腔”后，金属液前沿呈扇形形态向前推进，在重力作用下，金属液充型前沿发生向下的变形，但总体趋势都是向着远离内浇口的方向推进，直至“型腔”被充满。金属液与模样接触的边界形态，与金属液温度、模样材料性质和充型速度有关，金属液温度高、模样密度小、充型速度快，则金属液整体推进速度就快。对于铝合金无负压浇注的条件下，液态金属与模样界面的形态，分为四种模型：接触模式、间隙模式、溃散模式和卷入模式。 

2.2 液态金属充型的湍流形态及附壁效应

在消失模铸件生产过程中，在浇注过程中对干砂铸型施加负压紧固干砂砂型，使铸型具有足够的强度和刚度，以抵御液态金属的冲击和浮力，保证铸型在浇注及凝固整个过程中完整有效，获得结构完整的铸件。负压使得消失模铸造黑色合金铸件，在不增加砂箱高度的情况下，干砂铸型具有足够的强度和刚度，使铸造过程得以进行。

3 金属液中夹杂的来源

金属液中夹杂及气体的来源包括几个方面，如模样气化的热解产物残渣及气体、金属液熔炼过程中产生的渣子及气体，以及金属液被氧化形成的氧化物渣子，还有高温金属液对某些气体的溶解，以及外界杂物进入密封的“型腔”内等。

4 减少消失模铸件夹杂的途径 

4.1 减少金属液中原始夹杂物 

减少浇注前金属液中的夹杂物是减少消失模铸钢件产生夹杂缺陷的主要途径。钢液的净化有多种方法，可以使用金属液净化剂，即使用聚渣材料，依靠净化剂对夹杂物的吸附作用，将较小颗粒的夹杂物吸附在加入的净化剂大颗粒上，形成体积较大的夹杂物颗粒，有利于它上浮的动力学条件得到改善。

4.2 通过工艺措施减少金属液中夹杂物，加强夹杂物排出

(1)合理设计浇冒口系统：尽量少用一箱多铸，尽量减少金属液在浇注系统中存在的时间，即减少或取消横浇道；一箱多铸必然使浇注系统过长，金属液通过浇注系统充型时，在浇注系统的多弯道、多变截面的通道中极易产生湍流和飞溅，降低金属液温度，导致金属液氧化，冲刷浇道侧壁，增大金属液中的原始夹杂物。

(2)适当降低负压：负压是造成金属液充型加重湍流的重要原因。湍流的加剧导致金属液对浇注系统和“型腔”壁冲刷，引起飞溅，形成流动漩涡，极易卷入夹杂物和气体。

4.3 防止外界杂物进入型腔 

(1)模样“型腔”与干砂的密封：浇注系统模样和铸件模样与干砂之间的密封不好易造成干砂进入“型腔”，密封主要靠涂层，要求涂料性能达到要求，涂层厚度均匀，特别是在模样内角处，防止涂料堆积过厚造成开裂或脱落。

(2)减少模样粘接缝：过多的模样粘接缝隙，极易造成缝隙中用胶量变化过大，导致粘接缝处胶外凸或内凹。

(3)尽量使用发泡成型良好的铸件模样和浇注系统模样：如果因为生产批量只能使用板材切割模样，模样表面也要进行适当处理，打磨光洁，必要时用填补膏抹平局部缝隙和凹坑。