熔模铸造缺陷及其预防方法

熔模铸造缺陷及其预防方法

介绍

熔模铸造是一种精密制造工艺，用于制造具有复杂几何形状的高品质金属零件。由于该技术能够生产具有严格公差的复杂形状，因此广泛应用于航空航天、汽车和医疗等行业的关键零部件制造。随着对高性能零件需求的不断增长，了解和预防铸造缺陷对于维持产品质量、降低成本和确保高效的生产流程至关重要。缺陷可能导致浪费、返工和延误，从而影响生产力和盈利能力。本文将探讨常见的熔模铸造缺陷及其原因，并提供实用的解决方案，帮助制造商提高产品质量和可靠性。

熔模铸造常见缺陷

热裂缺陷

描述：
热裂纹是铸件生产过程中常见的铸造缺陷之一。其外观特征是表面有裂纹，呈现氧化色，不光滑，呈树枝状结晶。裂纹沿着晶界形成并扩展，呈现出复杂的形状。热裂纹分为外部裂纹和内部裂纹。铸件表面可见的裂纹称为外裂纹，其表面宽、内部窄，有时贯穿铸件的整个横截面。外部裂纹通常发生在铸件的角落处，那里是横断面厚度突然变化的地方，或是在凝固过程中在拉应力作用下局部缓慢凝固的地方。内部裂纹出现在铸件内的最终凝固区域，且经常出现在缩孔附近或缩孔尾部。

原因：

1. 焊缝金属的化学成分。
2. 焊缝的横截面形状。
3. 焊接应力。

预防提示：

1. 控制焊缝中有害杂质的含量，严格限制母材和焊材中C、P、S等有害元素的含量。
2. 改善焊缝结晶组织。碳钢和低合金钢主要可以通过在焊接中添加某些合金元素（例如 Mo、V 和 Ti）来实现这一点。
3. 限制易于将有害杂质转移到焊接处的基材的稀释率。焊接过程中必须尽量减少稀释率。

缩孔缺陷

描述：

缩孔是铸件凝固过程中，在没有熔融金属补充的情况下，因收缩而形成的不规则孔洞。型腔壁很粗糙，一般位于铸件的热点处。缩孔和气孔通常看起来非常相似并且经常被混淆。一般而言，气孔内壁是光滑的，而缩孔内壁则呈现树枝状晶体末端。缩孔由分散的小缩孔组成，通常出现在铸件较厚的部分或厚薄部分的交界或热点。缩孔的分布面积比缩孔大得多，往往隐藏在铸件内部，有时肉眼无法察觉。

原因：

产生缩孔的主要原因包括：

1. 合金的液态收缩和凝固收缩都大于固态收缩，导致凝固时间延长。
2. 浇注温度不当：温度过高会产生缩孔，温度过低会造成缩孔、疏松。
3. 结晶温度范围过宽，易出现膏状凝固倾向，易形成缩孔、气孔。
4. 合金中在凝固阶段析出的溶解气体过多，阻碍补充并加剧孔隙和疏松。
5. 合金中缺乏或缺乏细化晶粒的元素，导致凝固组织粗大，易导致气孔和疏松。
6. 浇注系统、冒口、冷口、补补设计不当，未能在凝固过程中有效补充铸件。
7. 铸件结构设计不合理，如壁厚突然变化或孤立厚部未充分补充。
8. 冒口数量不足、尺寸过小、形状不合理或冒口与铸件连接不当导致补缩效果差。
9. 内流道过厚或位置不当会产生热点。
10. 合金成分设计不当导致杂质含量过高，进而增加凝固温度范围。
11. 砂箱和型芯的刚性差，型芯压实度低且不均匀，强度低，造成缩孔、气孔的形成，同时产生膨胀缺陷。

预防提示：

1. 合理选择铸造合金。
2. 实施定向凝固原则。
3. 合理确定内流道位置和浇注工艺。
4. 适当应用立管、寒颤、补充喂食等技术。
5. 通过最大限度地减少壁厚差异并确保厚截面和薄截面之间的平滑过渡来避免孤立的热点，从而改进铸件结构设计。
6. 采用高效能补立管、加热立管、压力立管、电加热立管。
7. 尽可能降低浇注温度。
8. 增加注射压力。
9. 改进浇注系统，增强压力传递。
10. 适当调整填充时间。

气泡缺陷

描述：

气泡是金属液凝固过程中，由于一氧化碳、氢气等气体的作用而产生的缺陷，这些气体的压力超过钢液静压与大气压力总和。如果这些气泡不会从熔融金属中逸出，就会形成气泡缺陷。

原因：

原料选用不当、施工工艺不规范。

预防提示：

严格控制原料的选择和采购。制造前规范生产流程，指导工人正确操作。

熔模铸造缺陷的根本原因分析

根本原因分析的重要性

找出缺陷的根本原因对于防止缺陷再次发生、提高生产效率和确保高质量铸件至关重要。通过分析根本问题，制造商可以实施有针对性的解决方案，不仅解决当前问题，还能提高整体运营效率和产品可靠性。

工具和技

术视力检查：这通常是识别表面缺陷的第一步，使操作员能够发现铸件中的可见缺陷。无损检测 (NDT)：X 光、超声波检测和染料渗透检测等技术有助于在不损坏铸件的情况下检测内部缺陷。模拟软件：使用铸造模拟工具可以在生产前预测潜在缺陷并优化设计，从而显著降低最终产品出现缺陷的可能性。

防止熔模铸造缺陷的最佳实践

设计注意事项

正确的浇口和冒口设计对于确保均匀的金属流动、防止可能导致缺陷的湍流至关重要。此外，利用冷铁可以有效控制凝固速度，防止缩松缺陷，并提高铸件的整体质量。

模具准备

确保模具的清洁度和完整性对于避免可能导致缺陷的污染至关重要。此外，模具的最佳干燥和预热可以显著减少气体形成，从而防止与气体相关的缺陷，影响铸件的质量。

熔化和浇注

保持一致的熔化温度对于避免冷隔或运行不良等缺陷至关重要。此外，最大限度地减少浇注过程中的湍流可减少气体滞留，确保金属更顺畅地流动并实现无缺陷的铸件。这些步骤对于实现熔模铸造的高质量产出至关重要。

质量控制和持续改进

质量控制程序

在整个铸造过程中建立检查点对于监控质量并及早发现缺陷至关重要。密切注意温度、模具准备和浇注速度等参数对于保持质量稳定和降低缺陷风险至关重要。

持续改进策略

实施反馈循环使制造商能够将从缺陷分析中获得的见解整合到未来的生产流程中。为操作员和技术人员举办关于最佳实践的培训课程对于预防缺陷和提高整体流程效率、确保组织内持续改进的文化至关重要。

防止熔模铸造缺陷的具体措施

如何预防熔模铸造中的热裂缺陷

为防止热裂纹缺陷，可以采取以下措施：

1. 改进灌装工艺：通过优化浇注系统，强化铸件充型工艺，确保钢水流动顺畅。
2. 设计注意事项：设计中避免尖角、凹角。防止两个潜在热点直接连接，并在铸件的不同部分之间平滑过渡。
3. 弧形设计的运用：在浇注系统中实施弯曲设计，以更好地适应变形，并以一定角度添加加强筋或板以吸收应变。
4. 快速去除核心：使用金属模具时，快速移除任何内部钢芯以减少约束，因为这种快速冷却可能会造成不同部分之间的不一致。

如何预防熔模铸造中的缩孔缺陷

为防止缩孔缺陷，可以采取以下策略：

1. 结构改进：确保铸造结构壁厚均匀。避免壁厚突然变化和尖角过渡，必要时逐渐过渡。
2. 圆角：在转角处建立适当的半径以减少出现热点的可能性。
3. 浇注温度和压力：尽可能降低浇注温度，提高注射压力，并适当改善浇注系统，增强压力传递。
4. 填充时间调整：调节合理的填充时间，确保有效填充，降低缩孔风险。

如何防止熔模铸造中的气泡缺陷

为了防止气泡缺陷，可以采用以下方法：

1. 通气口位置：在铸造条件允许的情况下，将排气口设置在复杂铸件的最高点。
2. 设计注意事项：设计浇注系统时充分考虑模壳的排气需求。
3. 带壳烘烤参数：确保壳的烘烤温度和时间合理，并有足够的时间保温。
4. 彻底除蜡：在脱蜡过程中彻底清除所有蜡质物质。
5. 最大限度地减少空气滞留：缩小浇注嘴与浇杯之间的距离，保持浇注速度一致，尽量减少钢水中夹带空气，让气体顺利排出。

如何防止熔模铸造中的金属珠缺陷

为了防止金属焊道缺陷，可以采取以下方法：

1. 表面处理：包埋前在蜡模表面喷洒界面活性剂。
2. 包埋材料应用：将包埋材料涂在蜡模上，用压力包埋的方法排出气泡。
3. 模具方向：包埋时要注意蜡模的方向，避免蜡模与浇注通道连接处出现向下凹陷。

如何防止熔模铸造中的蜡模变形

为防止蜡模变形，可以采取以下措施：

1. 插入支撑：在蜡模内放置障碍物以限制收缩变形，例如用于特定铸造结构的适当尺寸的销钉或金属支撑环。
2. 冷却过程：蜡模成型后插入这些支撑物并一起在冷水中冷却，可有效限制收缩变形。
3. 效率提升：提高蜡模修复效率。

总之，通过积极解决热裂纹、缩孔、气泡、金属珠和蜡模变形等常见缺陷，可以确保熔模铸造的最高品质标准。制造商应致力于创新和细致的流程管理，以提供优质的产品，满足客户不断变化的需求。