浅析斗齿类铸件壳型铸造常见缺陷与防止

郜刚强，汪文涛

（柳工柳州铸造有限公司，广西柳州 545007）

浅析斗齿类铸件壳型铸造常见缺陷与防止

郜刚强，汪文涛

（柳工柳州铸造有限公司，广西柳州 545007）

通过对斗齿类铸件壳型铸造中易出现的铸造缺陷进行阐述，分析缺陷产生的原因，并结合实践经验总结缺陷和防止措施。

斗齿类；壳型铸造；缺陷；防止措施

0 前言

壳型铸造（shell mold casting），用薄壳铸型生产铸件的铸造方法。用一种遇热硬化的型砂（酚醛树脂覆膜砂）覆盖在加热到180～280 ℃的金属模板上，使其硬化为薄壳（薄壳厚度一般为6～12 mm），再加温固化薄壳，使达到足够的强度和刚度，因此将上下两片型壳用夹具卡紧或用树脂粘牢后，不用砂箱即可构成铸型。壳型铸造特别适用于尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金铸件。

壳型铸造因具有生产效率高、生产环境好、铸件表面光洁的特点，被广泛的运用于精铸件的生产，如徐州ESCO、苏州布莱凯特已开始采用壳型铸造法取代传统的失蜡铸造法来生产斗齿类铸件。我公司采用覆膜砂壳型串注方法生产装载机斗齿，本文就斗齿类铸件在生产中出现的问题及缺陷进行探讨，为该技术更好地应用于斗齿类等精铸件的生产中提供一些参考。

1 常见缺陷及防止措施

1.1 气孔缺陷

气孔是铸件最常见的缺陷之一，根据形成机理的不同，主要分为以下三类。

①侵入性气孔：是气体从外部侵入金属液中，不能排除而形成的气孔，气体来源于型砂，型腔和冷铁，浇注时也可能卷入气体。常在铸件的局部、铸件表面或铸件内部出现。气孔大都呈圆形或椭圆形，喇叭形，其根部所指常常就是气体侵入之处。气体多为水蒸汽、CO、CO2或碳化合物；②析出性气孔：熔炼过程中溶入金属中的气体，当金属冷却凝固时由于溶解度降低，而从金属中析出形成的气孔。气体中大都为氢和氮，呈分散的麻点状小圆孔，表面光亮，常布满于整个铸件断面；③反应性气孔：铸型与金属之间、金属与渣津之间或金属中某些成分之间发生化学反应而生成的气孔。铸铁、铸钢件的气体大都是CO和氢气。反应气孔又可分为皮下气孔，表面气孔和内部气孔。

（1）侵入性气孔

以装载机斗齿齿套为例（图1所示）。齿套铸件单件毛坯质量约为6 kg，采用柳工牌号为MT1450的材料进行生产。工艺采用叠型串铸方式立浇（图2所示），一串可生产10件。

图1 装载机斗齿的齿套

图2 壳型串铸工艺

初次试制过程中，采用行车吊运1 t漏包进行人工浇注，浇注时因钢包容易晃动，不易对准浇口杯，瞬间流出的钢液由于压力头很大，速度较快，在接触浇口杯侧壁的瞬间形成卷流，导致卷入空气（机理图如图3所示），直浇道未能充满，这些气体也很难及时排出，最终引起铸件气孔（图4所示），此类气孔体积较大，直径一般为5~10 mm。

图3 卷气机理图

图4 侵入性气孔

防止措施：

a）增加浇口盆，采用1 t的转包浇注，遵循“慢—快—慢”原则，保持浇口盆内充满钢液，以保证直浇道始终处于充满状态，充型时金属液流动平稳，不卷气。合理控制浇注速度，浇注时间控制在18 s/串。

b）设计工艺时，合理安排壳型及砂芯的排气位置，以便顺畅排出浇注过程中卷入的气体。

（2）析出性气孔

钢液熔炼过程中含有气体，需要进行预脱氧处理和终脱氧处理，如果脱氧不充分容易形成气孔（图5所示），此类气孔体积较小，直径一般＜3 mm，且随机分布在铸件各处。

图5 钢液熔炼品质引起的气孔

防止措施：

a）在熔炼过程中，严格控制金属液的含气量，确保所用原材料符合要求，规范熔炼操作，选择合适的熔炼设备。

b）出钢前采用铝锭进行脱氧处理，并采用定氧仪测定钢液中的含氧量，使钢液含氧量<15×10-6%。加铝脱氧后的钢液不应停留时间过长，应在2~3 min内出钢浇注。

1.2 粘砂缺陷

铸件表面上粘附有一层难以清除的砂粒称为粘砂，铸件粘砂可以分为机械粘砂和化学粘砂。机械粘砂的实质是金属液对砂粒间细孔的填充渗入，此种情况形成是由于金属液的渗入压力超过了砂粒间空隙中的气体反压力和由金属液表面张力引起的附加压力，金属液渗入砂粒空隙而导致，如果在壳型外表面涂挂一层致密涂层，方可起到阻止金属液渗入的作用，从而有效防止铸件产生机械粘砂。化学粘砂的产生多由于型料耐火度不高、熔融温度较低所致，当浇入高温金属液后很容易被金属液所熔融，形成节瘤等缺陷。粘砂既影响铸件外观，又增加铸件清理和切削加工的工作量，甚至会影响机器的寿命。

（1）机械粘砂

金属液渗入型砂的空隙中，冷凝后在铸件的表面上粘附一层不易清除的金属液和型壳材料的机械混合物。机械粘砂常常产生在铸件的内角、窄槽、小孔、厚壁、表面、浇冒口附近或铸件的下部等（图6所示）。

图6 机械粘砂缺陷

机械粘砂是因为金属液渗入型砂的孔隙中而形成的。金属液是否能渗入型砂的孔隙中去，要看金属液是否能够克服砂粒的毛细管现象的临界压力，临界压力可以用如下公式表示：

P=(2σ/r)cosф

式中，P为临界压力；σ为表面张力；r为砂粒间毛细管的平均半径；cosф为金属液与砂型间的湿润角度。

当金属液的渗入压力大于临界压力时，就使金属液渗入砂型，冷凝后产生机械粘砂。

结合实际生产中遇到的情况，我们把粘砂形成的原因归为以下几点：

(a）制壳时风压不足，壳型表面不紧实，强度不足；(b）浇注时金属液的温度过高，壳型表面金属液凝固时间久；(c）底层铸型中的金属液静压力过大。

防止措施：

(a）制壳时严格把控壳型表面品质，随时关注风压情况，一般风压不低于0.6 MPa为宜。对壳型局部缺陷及时进行修补，且经过质检人员检验合格后方能流转至组型工序；(b）选择适宜的浇注温度，既要保证钢液流动性和充型能力，又要避免壳型表面钢液凝固时间过久，一般首串浇注温度控制在1 580~1 600 ℃;(C）改变串浇的工艺方式，将串铸立浇改为串铸卧浇，降低金属液的静压力。

（2）化学粘砂

金属液在高温下与型腔表面发生相互作用，冷凝后在铸件的表面上牢固地粘结一层难以清除的金属液与型壳材料之间化学反应生成粘砂（图7所示）。常常产生在铸件浇注部位的下端，靠近内浇口或冒口等部位。

图7 化学粘砂缺陷

企业在实际生产过程中，为了降低生产成本，壳型一般不涂刷涂料，直接组型进行浇注。为了保证钢液的流动性和充型品质，浇注温度又不能太低，这样一来，高温的钢液直接接触砂型表面，容易产生化学粘砂缺陷，给清理工序带来很大的困难，严重影响生产效率和产品品质。

结合生产中遇到的实际情况，把粘砂形成的原因归为以下几点：(a）覆膜砂含硅量偏低，耐火度不足；(b）浇注温度过高，壳型表面耐火度不足。

防止措施：

(a）选择含硅量不低于95%的覆膜砂或者宝珠砂（需严格管控宝珠砂回收再利用的各个环节，提高回收率，以降低生成成本）；(b）在壳型局部刷耐火材料，提高壳型耐火度；(c）选择适宜的浇注温度，既要保证钢液流动性和充型能力，又要保证壳型的承受度，一般首串浇注温度控制在1 580~1 600 ℃，尾串浇注温度不低于1 530 ℃。

2 总结

壳型铸造方法生产斗齿类等精铸件在我国铸造行业中处于初期阶段，具有较大发展空间，此工艺可推广应用于各类材质的中小铸件的生产，生产组织灵活性很高。只要采取有效的生产操作控制方法进行生产运行控制管理，并严格控制好制芯、熔炼、浇注过程，稳定每道工序的各项工艺参数，可有效防止铸造缺陷的产生。

[1] 王荣. 铸件气孔缺陷的成因及防止措施[J].金属加工（热加工）,2011(15):72-75.

[2] 潘玉洪.熔模铸件常见缺陷—化学粘砂与机械粘砂的分析及处理[J].矿山机械, 2011.39(6):118-121.

[3] 高成勋，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):26-28.

Analysis of common defects and preventions of bucket tooth casting in shell mold casting process

GAO GangQiang , WANG WenTao
(Liugong Liuzhou Foundry Co., Ltd., liuzhou 545007,Guangxi,China)

This article is to explain the defects occured in the bucket tooth casting during shell mold casting process, analyze the causes of defects, and reference of practical experience to summary the causes of the defects and the preventive action.

bucket tooth；shell mold casting；defect；prevention measure

TG245；

A；

1006-9658（2017）02-0036-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.02.012

2016-08-21

稿件编号:1608-1478

郜刚强（1985—），男， 工程师 . 主要从事铸造生产工艺技术工作.