消失模铝合金铸件缺陷分析及预防措施

郑铁利达实业开发总公司 （河南 450015） 张之卫

消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模样粘结组合成模样簇，涂刷耐火涂料并烘干后，埋在干燥的石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模样汽化，液体金属占据模样位置，凝固冷却后形成铸件，又称为干砂实型负压铸造。

一、消失模工艺的特性

消失模工艺最主要的一个特性是浇注过程中金属液充型的特性。充型时首先需要金属液强大的热辐射将泡沫模样汽化，而后金属液充填泡沫模样气化后所形成的空间，这就造成金属液前沿与泡沫模样之间形成不规则的间隙层，其大小是铸件成形后是否存在缺陷的一个主要原因。泡沫模样汽化过快，造成间隙层过大，容易形成铸型塌箱或局部塌箱，造成铸件变形、浇废，以及铸件夹杂、夹砂等铸造缺陷；间隙过小造成泡沫模样汽化后的气体无法及时排出型外，加上铝合金浇注过程中产生的二次析出气体无法及时排出，造成气体侵入金属液形成铸件表层下气孔、针孔等铸造缺陷；另外，由于消失模工艺无法设置明冒口，浇注后无法用高温金属液进行补浇来抵消铸件的收缩，同时泡沫模样汽化过程中会吸收金属液的热量，降低了金属液的温度，不利于金属液的自补缩，从而造成消失模铸造工艺较传统工艺的缩孔率增大。

二、消失模铝合金铸件常见缺陷分析及预防措施

1.成形不完整和变形

（1）原因分析 由于三维振动的振幅设定不合理（一般是因为振幅过大），或是由于白模强度不够，造成埋模过程中模样发生变形，致使浇注后铸件产生变形。铸件不完整主要是浇注过程中铸型发生塌箱或局部塌陷所造成的，其原因如下：①浇注系统和真空系统设计不配套，浇注过程中真空负压不稳定，金属液前沿与模样之间间隙过大造成铸型塌陷。②浇注过程断流，致使铸型局部砂型强度突变，造成铸型局部塌陷。③浇注过程中，铸型表面密封大面积损坏，真空度急剧下降，造成铸型局部塌陷或塌箱。

（2）预防措施 ①根据工件的大小，通过不同的发泡粒度，找出合适的白模密度（0.016～0.028g/cm3），并达到合适的白模强度。②通过试验找到与工件合适的真空负压，浇注过程中，通过真空负压调节阀保证真空负压的稳定。③加强操作工的培训，保证生产工艺的严格执行。④增加密封塑料薄膜上覆盖砂层的厚度，保证浇注过程中密封包膜不被破坏。

2.表面针孔或气孔

（1）原因分析 由于铝是活泼元素，易与氧元素发生化学反应，铝合金液在熔炼和浇注过程中与辅助材料、熔炼设备、空气中的水气或铸型中的水蒸气发生反应溶解氢气和氧气；浇注工艺设计不合理，浇注过程中形成卷入性气体，凝固时无法及时全部排出铸型，这类气体在铸件凝固过程中聚集到铸件表面，形成铸件表面针孔或气孔。

（2）预防措施 ①设计合理的浇注系统：采用封闭式浇注系统，在保证金属液利用率的前提下，尽可能缩短浇注时间。②在保证涂料层强度的前提下，提高涂料层的透气性。③保证泡沫模样以及涂刷涂料后模样的干透性，减少浇注过程中的水气发生量。④选用低发气量的粘结剂，在保证模样簇强度的前提下，尽量减少粘结剂的使用量。⑤原辅材料、熔炼工具在使用前必须按工艺要求进行烘干。⑥严格执行熔炼工艺，特别是铝合金液的精炼工艺（除气、除渣），并保证浇注温度。

3.夹渣

（1）原因分析 铝合金铸件夹渣的来源主要有两个途径：一是铝合金熔炼、浇注过程中，由于工艺控制不严，金属熔渣或其他熔渣（原辅材料、熔炼工具的锈渣等）进入到铸型的铝合金液中没能排出，留在铝合金液内而形成的夹渣；二是模样簇中的泡沫在浇注过程中燃烧不完全，进入到铝合金液中没能排出，留在铝合金液内部形成的夹渣。

（2）预防措施 ①对于金属熔渣或其他熔渣没有更好的措施，只有加强操作工的培训，制订完善的工艺，保证熔炼、浇注工艺的严格执行，从而减少铝合金液凝固时的夹渣。②针对消失模工艺生产铝合金铸件，可以采取以下措施，以减少夹渣的产生：第一，模样选用低挥发物的模料，在保证浇注系统强度、铸件补缩等工艺要求的前提下，减少浇注系统的重量，如采用空心浇注系统。第二，内浇道增加挡渣和集渣设计。第三，适当提高浇注温度，保证浇注过程中模样簇能够充分燃烧。第四，提高涂料的透气性，保证浇注过程中负压真空度的稳定。

4.夹砂、粘砂和结瘤

（1）原因分析 夹砂是型砂进入到金属液内，铸件凝固后形成夹砂；粘砂是金属液渗入到型砂中，形成金属液与型砂的机械混合物；结瘤是金属液透过涂料层，在型砂内形成细小的粒状金属。这三种缺陷都与模样簇的涂料层、填充砂的粒度、埋模紧实度、负压真空度和浇注温度，以及浇注系统设计等因素有关，主要表现如下：①浇注系统的尖角、拐角在金属液过度冲刷下，涂料层脱落，型砂容易被冲到金属液中。②涂料层强度低、厚度过厚或是埋模过程中涂料层脱落。③填充砂粒度过大或尖角形砂粒比例过大，埋模振动过程中易使涂料层脱落。④埋模过程中，砂型的紧实度不均匀，紧实度不够，浇注过程中金属液易从涂料层开裂处渗入。⑤浇注过程中真空度不稳定，使涂料层开裂、脱落，金属液与型砂接触。⑥浇注温度过高，易使金属液从涂料层渗入到型砂内。

（2）预防措施 ①设计合理的浇注系统，在方便工艺实施的前提下，加大浇注系统的拐角，减少或避免浇注系统的尖角出现。②加强模样簇涂刷涂料环节的控制，保证涂料层的均匀性、完整性，涂料层厚度一般控制在0.6～1.0mm，埋模时必须保证模样簇干燥，涂料层完整，若发现涂料层脱落，可用配制的快干涂料进行补刷。③填充砂粒度可根据工件的大小进行选用，尖角形砂粒的比例不应超过20%。④控制每层填砂的厚度（一般不超过300mm），选用合理的振幅，保证填充砂紧实度的均匀性。⑤设计真空度调节装置，保证浇注过程中真空度的稳定性。⑥依据工件大小，选用合理的浇注温度、浇注速度。

5.冷隔

（1）原因分析 消失模铝合金铸件产生冷隔的原因，除了传统工艺中的浇注温度偏低、浇注中断流、浇注系统设计不合理产生紊流等因素外，另外一个重要原因是浇注过程中，砂箱内真空负压过大，模样簇靠近涂料层部位燃烧快，造成金属液沿型腔壁的充型速度超过内部金属液的充型速度，同时由于靠近型腔壁的金属液冷却较快，如果内部金属液充型后没能将靠近型腔壁的金属熔融到一起，铸件凝固后会产生冷隔（若面积较大也叫重皮）。

（2）预防措施 ①设计合理的浇注系统，避免浇注过程中紊流的产生。②保证合理的浇注温度。③加强操作工的培训，保证浇注工艺的执行。④根据工件的大小、结构，选用合适的真空负压，保证模样簇汽化速度与金属液充型速度的协调。

6.皱皮

（1）原因分析 皱皮（水纹）主要是浇注过程中模样簇汽化速度过慢，金属液不能平稳充型，表面残留液与固相碳形成皱皮，产生这种现象的原因有：①真空负压偏小。②浇注系统设计不合理。③涂料层透气性偏低。④白模密度过大。⑤填充砂粒度偏小，或填充砂中粉状物过多，造成填充砂透气性偏低。

（2）预防措施 ①依据充型工件需求金属液的用量合理设计浇注系统。②加大浇注时的真空负压，并保持稳定。③提高涂料层的透气性。④加大模料预发泡的粒度，在保证白模强度的前提下，将白模密度降到最低。⑤定期清理填充砂中的粉状物，补充新砂，保证填充砂的透气性。

7.缩孔、缩松

（1）原因分析 与传统工艺相比，消失模工艺的补缩冒口内金属液温度偏低，压力偏小，无法通过补充高温金属液来增加工件的工艺补缩性能，因而容易产生缩孔、缩松。

（2）预防措施 根据工件产生缩孔、缩松的具体情况，依据消失模工艺的凝固特性，通过改进浇注系统，提高浇注系统的补缩能力来防止铸件缩孔、缩松缺陷的产生。

三、结语

消失模生产工艺虽以其生产周期短、成本低、精度高、灵活、环保，以及占地面积小、节约能源等优于传统工艺，近年来在我国得到了快速发展，但由于缺乏统一的技术研究，设备、辅助材料的发展滞后，使生产存在严重的不稳定性，特别是消失模铝合金铸件的生产。另外，由于缺乏统一的生产技术，每个生产厂家都有各自的生产特点，甚至同一种产品不同厂家的生产工艺参数都存在差异，也使消失模工艺生产存在重复浪费的现象。

以上是笔者在消失模铸造生产中，通过解决不同铸造缺陷总结的一些体会，希望给同行起到借鉴作用。