鑄件缺陷
關注創建者：匿名 創建時間：2022-02-09
鑄件缺陷的實例教程
熔模鑄造生產中，由于生產工序長，工藝過程復雜，影響因素繁多，如鑄件設計的正確性、原材料質量及控制的可靠性、鑄件質量標準的合理性、生產工藝的適用性、操作規程的可行性，以及員工是否執行工藝、管理制度是否完善等一系列因素，致使鑄件產生缺陷和以后使用中的失效不可避免。
企業內部發現的鑄件缺陷，稱為“內廢”。或返修、讓步、返工，或報廢，不僅增加了生產成本，還影響了生產進度與交貨期。在用戶處發現鑄件缺陷，稱為“外廢”。在使用過程中，由此產生的質量事故，不僅給企業帶來重大的經濟和信譽損失；更有甚者，企業因為巨額索賠而倒閉。
因此，熔模鑄件缺陷分析越來越被企業重視起來。鑄件缺陷分析涉及到較多的學科和技術，是一項交叉學科的技術和管理的綜合活動。對于熔模鑄件產生缺陷的精準分析，可以為優化解決方案和預防措施，為提高鑄件質量提供科學的、有效的依據。
一、缺陷分析
缺陷分析就是找出缺陷產生的主要原因，提出消除和防止鑄件產生缺陷的方法。
最基本、最常用的是直觀分析法；隨著科技的進步，為了解決缺陷還沒有確定機理；或鑄件失效，造成重大損失時，常常應用計算機分析法等。每種缺陷分析方法都有它的適用范圍，都有它的的優點和不足之處；因此，生產中應根據鑄件缺陷的種類而選擇合適的方法。
1、缺陷類型與分析
為了便于分析鑄件缺陷，可以把缺陷分為：一般缺陷、較重缺陷和嚴重缺陷三種類型。
（1）一般缺陷
鑄件產生缺陷的數量較少，損失較小，稱之為一般缺陷。
對于一般缺陷，如砂眼、渣孔等，需要以鑄造工程師為主解決。憑借自己的知識和經驗，根據缺陷的特征很容易確定缺陷名稱；進而利用頭腦風暴法和魚刺圖等手法找出產生缺陷的原因，及主要原因；采取有效的對策，予以解決。
展開 鑄件缺陷種類繁多，影響鑄件質量的因素存在于與鑄件生產有關的每道工序中，如圖1所示。大型鑄件的特點是尺寸大，即體積大、質量重、澆注的鐵液多、壁厚相對較厚，形狀有的簡單、有的復雜；不同領域的鑄件，具有不同的要求。大型鑄件澆注系統設計及澆注需掌握的主要原則為分散底注（分層注人效果最好），快速澆注（多加出氣冒口），高溫澆注（加強芯子排氣）。
1．分散底注式澆注
圖2為分散底注式澆注系統圖。優點：有利于金屬液平穩地充滿鑄型；減少金屬液氧化，對型、芯沖擊力小；防止造成沖砂，減小紊流，減少氣體裹人；有利于型腔氣體的排出：有利于除渣：避免各部溫差過大，有利于減少鑄件收縮應力，對長、薄鑄件有利于減小變形量，有利于防止裂紋缺陷發生。
缺點：如果充型時間過長，金屬液在型腔上升中長時間與空氣接觸，表面易生成氧化皮（需快速澆注予以克服）；鑄件下部溫度高，不利于補縮（對灰鑄鐵件影響不大）。
2．快速澆注
優點：鐵液上升速度快，不容易氧化：鐵液對型腔的烘烤時間短，減小涂層開裂、脫落的可能性，減少鑄件夾渣等缺陷的產生；防止出現澆不足、冷隔缺陷；使型腔內氣壓增大，迫使氣體容易從鑄型向外排出，鑄件不容易產生氣孔等孔洞類缺陷：鑄件各部的溫度差小，防止裂紋發生。
缺點：低強度類型的砂型易產生沖砂類缺陷，對于樹脂砂等強度較高的砂型，影響較小：澆注系統的截面積有所增大，鑄件工藝出品率有所降低。
3．合理澆鑄時間的確定
生產中常用澆注時間表示澆注速度。對鑄件而言，澆注時間長，意味著澆注速度慢：反之，意味著澆注速度快。適宜的澆注時間應根據鑄件質量、壁厚、結構、技術要求等綜合考慮而定。表1為鑄鐵件澆注速度的一般原則。
展開 在消失模生產中，炭黑缺陷往往與皺皮同時產生，產生的原因有很多相同的地方。
白模材料、澆注溫度、抽負壓值不當都造成消失模鑄件出現炭黑、皺皮缺陷。
所以，我把這兩項缺陷的資料合并到一起，讓做消失模的老鐵們有對照和對比。
下面我們先來一張具有炭黑和皺皮特征的消失模鑄件照片
一、炭黑缺陷產生的原因及解決方法
消失模鑄件缺陷中炭黑是一類常見的缺陷，該類缺陷在鑄鐵件上尤其是球墨鑄鐵件生產中很容易產生。由于造成鑄件炭黑缺陷的因素是多方面的，在生產中企業應該盡可能得控制好所有影響鑄件產生炭黑缺陷的條件，謹防炭黑缺陷影響鑄件整體質量。
一般情況下，消失模鑄造過程中會采用EPS或StMMA模樣的消失模，即白模，白模易產生炭黑缺陷，造成鑄件表面出現積碳、炭黑、黑渣狀雜物。除了這方面原因，炭黑的產生還與澆注溫度和澆注系統及澆注工藝、消失模涂料性能、砂型的緊實度和透氣性，真空泵抽氣操作等皆有很大的關系，以下是影響鑄件產生炭黑缺陷的具體原因分析：
（1）由于白模材料EPS本身的C/H質量比為92/8，其本身不含O元素，碳元素含量高，因此，EPS的白模容易產生炭黑。
（2）消失模涂料性能和質量欠佳，沒有達到充分排氣。生產實踐中球墨鑄鐵比灰鑄鐵更易鑄型炭黑，液態的EPS對涂層的潤濕性更易出現炭黑，EPS是固——液——氣態的轉變，當液態的熱解產物來不及裂解為氣體時，在高溫下烘烤就形成固態炭黑。
（3）澆注溫度和澆注系統及澆注工藝。白模沒有完全分解，裂解，氣化EPS，StMMA，導致出現焦化狀的夾渣，從而形成炭黑，尤其是使用EPS白模，球墨鑄鐵薄壁和沖天爐熔煉處理的球墨鑄鐵的鐵液，更易產生炭黑。鑒于此，建議企業在選擇白模時盡量采用StMMA。
（4）砂型的緊實度和透氣性，真空泵抽氣。
展開 本文系統地分析和探討了鑄件晶粒粗大缺陷的產生原因，提出了相應的防止方法，對鑄造工作者有一定的借鑒作用。
鑄件晶粒粗大是指經過機械工或進行斷口檢驗時，顯示出晶粒組織過分粗大而不適合應用的缺陷，這種晶粒粗大的組織，可能是遍布于鑄件整體，也可能發生于鑄件的局部。從本質上講，晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。筆者根據多年的生產實踐并參閱有關資料，談談鑄件晶粒粗大缺陷產生的原因及防止措施。
1、鑄件結構和工藝設計
(1)鑄件截面差異過大，會因為較厚的截面冷卻緩慢而造成該處晶粒粗大。灰鑄鐵等對截面變化十分敏感的金屬，更容易產生此類缺陷。
防止產生這類缺陷的有效方法是避免鑄件截面尺寸過分懸殊，但這種途徑有時是鑄造工作者所無能為力的。因而就鑄造本身言，可通過采取設置冷鐵、控制澆注溫度或通過選擇合適的澆汁系統來減少這類問題的發生，降低這類缺陷的嚴重程度。采用冷鐵可加快鑄件較厚截面的冷卻速度；澆注溫度過高，會使這類問題更為嚴重，應予以避免；通過調節、修正澆注系統設計，使溫度低的金屬熔液位于鑄件截面較厚的部位，并在鑄件的厚截面處設計最有效的冒口，以盡可能減小冒口的尺寸。
(2)對于帶孔鑄件，工藝設計人員有時沒有采用有助于減小有效截面尺寸的型芯，使未設芯的截面過厚而產生此缺陷，因此在工藝設計時，應盡可能在較厚的截面中設置砂芯。
(3)在某些情況下，鑄件截面并不太厚，但因某一較窄的凹陷部位或型芯在鑄件中形成熱匯截面，其結果和厚大截面一樣。例如．在鑄件較深部位的一個柱狀臍子處，可能需要設置型芯，而這樣就會造成冷卻緩慢。在不能設計進行修改的情況下，除非可以降低金屬溫度，或重新沒置澆口，最好的解決辦法是在型芯或鑄型截面處設置冷鐵。
(4)工藝設計時加工余量留得過大，不僅增加了切削加工的費用，還會把較致密的鑄件表層切削掉，并暴露出中心冷卻較慢的疏松部分。
展開 作者：江正宏（涇縣明華消失模涂料） 消失模鑄件的碳缺陷（俗稱“碳陷”），是制約鑄件表面質量、加工性能與使用可靠性的核心頑疾。其本質為：白模熱解產物未及時排出，在高溫金屬液作用下形成游離碳/固碳，侵入鑄件表面或內部。
鑄件缺陷的最新內容
當毛坯鑄件存在誤差或缺陷時，通過劃線平臺提供的基準，巧妙地分配加工余量，把誤差“借”回來，挽救原本可能報廢的毛坯。沒有高精度的平臺，借料就是空談。
對于復雜的箱體類零件，需要在三個方向上劃線。劃線平臺配合直角彎板，可以將工件翻轉90度，依然保持與基準面的垂直關系，確保孔系加工的垂直度和位置度。既然劃線平臺是精度的“撐腰者”，那它自己也得有人撐腰。
五、工業CT檢測典型檢測案例
案例 1：汽車發動機缸體鑄件氣孔缺陷分析
項目背景
某國內頭部車企發動機缸體出現批次性滲漏問題，傳統滲透檢測、超聲檢測無法精準定位內部隱蔽孔隙的分布與連通性，導致產品良品率持續偏低。
使用樹脂砂型或消失模鑄造，確保鑄件內部致密無缺陷。
熱處理：經過重要的人工時效處理（通常自然放置6個月以上或進行振動時效、熱時效），徹和底消除內應力，這是防止后期變形的關鍵。
機械加工：在大型龍門銑床或專用導軌磨床上進行精和密加工。高等級地軌的平面度可達0.02mm/m2，表面粗糙度Ra≤1.6μm。
作者：江正宏（涇縣明華消失模涂料） 消失模鑄件的碳缺陷（俗稱“碳陷”），是制約鑄件表面質量、加工性能與使用可靠性的核心頑疾。其本質為：白模熱解產物未及時排出，在高溫金屬液作用下形成游離碳/固碳，侵入鑄件表面或內部。
缺陷一：飛邊
飛邊又稱溢邊、披鋒等，是鑄件常見缺陷之一，表現為產品邊緣位置的較多飛皮，將顯著增加后續打磨工序的人工成本，可能還會導致產品尺寸超差。
根據提供的數據，實際生產400噸的壓機，鑄件投影面積為981.10平方厘米，按照1.1倍的安全系數計算，最大允許鑄造壓力為37 MPa。
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氮化硼在電子工程，冶金及激光技術中的應用11個月前
例如，在連鑄過程中，氮化硼可以作為保護渣，有效地防止鑄件產生夾渣缺陷，并降低對中間包和結晶器的磨損。此外，氮化硼還可以作為熔融金屬的過濾材料，過濾掉金屬中的雜質和氣體，提高金屬的質量和純度
2. 熱工材料
氮化硼具有高熱導率和良好的熱穩定性，可以作為熱工材料用于冶金工業。例如，在鋼鐵冶煉過程中，氮化硼可以作為坩堝、熱電偶套管等高溫設備的主要材料，具有很好的抗高溫氧化性能和高溫強度。
閥和排氣模型的改進
在 FLOW-3D CAST 中，閥和排氣模型（Valves & air vent）用于模擬鑄件系統中的排氣結構，對于消除鑄件缺陷至關重要。借助改進后的排氣模型，用戶現在可以通過設定允許從閥和排氣位置排出的金屬體積，更準確地預測缺陷的最終位置，從而提升鑄件質量和可靠性。
研究結論
舊有的澆注系統經過仿真軟件（FLOW-3D CAST）的驗證，以及采用 X-ray video 進行拍攝，判斷出可能發生鑄件缺陷的原因。
分析顯示問題的發生，可能在于澆注過程中，有部分金屬液提前進入模具并且提早凝固，后來進入型腔的金屬液溫度不足以熔化該區域，導致該位置發生鑄件缺陷。
實時 X-ray 系統也觀察到相同的狀況。
