與其它鑄造方法相比，濕型鑄件是較容易產(chǎn)生粘砂、砂孔、夾砂、氣孔等缺陷的。如果鑄造工廠注意控制濕型砂的品質(zhì)，這些缺陷本來(lái)是有可能減少或避免。以下用實(shí)例說(shuō)明型砂性能與鑄件表面缺陷的關(guān)系。
一．粘砂
研究工作表明，一般濕砂型鑄件，不論鑄鋼還是鑄鐵，粘砂缺陷都是屬于機(jī)械粘砂，而不是化學(xué)粘砂。機(jī)械粘砂的產(chǎn)生原因有多種，最多見(jiàn)的如下的實(shí)例：
1．砂粒太粗和透氣性過(guò)高，金屬液容易鉆入砂粒間孔隙，使鑄件表面粗糙，或?qū)⑸傲０潭ㄔ诒砻嫔?。江蘇某外資工廠的鑄鐵舊砂中不斷混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透氣性達(dá)到220以上，鑄件表面極為粗糙。內(nèi)蒙某工廠鑄鋼車間的氣動(dòng)微震造型機(jī)生產(chǎn)中、小鑄件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，鑄件表面產(chǎn)生嚴(yán)重粘砂。平時(shí)不檢測(cè)型砂透氣性，認(rèn)為已經(jīng)符合工藝規(guī)程規(guī)定的≥80。為了找到粘砂原因而專門(mén)檢測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)透氣性居然高達(dá)1070左右，表明這就是產(chǎn)生粘砂的原因。因此型砂透氣性必須有上限，型砂粒度粗細(xì)和透氣性應(yīng)當(dāng)處于適宜范圍內(nèi)。一般震壓機(jī)器造型單一砂最適宜的型砂粒度大多為70/140目，透氣性大致為70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透氣性為80~140。有些生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄造廠大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂時(shí)不斷混入舊砂中，使型砂透氣性可能達(dá)到180以上，就應(yīng)加入100/140目細(xì)砂，或?qū)⑿鞣蛛x器中的細(xì)顆粒部分返回到舊砂中，以便糾正型砂粒度。
2．鑄鐵型砂中煤粉含量不足或煤粉品質(zhì)不良。北京某鑄造廠生產(chǎn)高速列車剎車盤(pán)，鑄件材質(zhì)符合要求，而表面有嚴(yán)重粘砂，需整體打磨后才能交貨。型砂中所用煤粉來(lái)自郊區(qū)一家關(guān)系密切的私營(yíng)小供應(yīng)商。粘砂的產(chǎn)生原因可能是煤粉品質(zhì)太差，還可能是型砂中有效煤粉量也不足夠。安徽某閥門(mén)總廠使用的“煤粉”是生產(chǎn)焦炭洗選下來(lái)的廢料，灰分高達(dá)76%。使用后整個(gè)型砂性能遭破壞，鑄件廢品超過(guò)一半。鑄造工廠應(yīng)該對(duì)購(gòu)入的煤粉品質(zhì)加強(qiáng)檢驗(yàn)。優(yōu)質(zhì)煤粉要求灰分≤10%，揮發(fā)分30~37%，焦渣特征4~5級(jí)。型砂的有效煤粉含量可以用發(fā)氣量進(jìn)行檢測(cè)。中小灰鐵鑄件震壓造型應(yīng)用普通煤粉的的型砂每1g的發(fā)氣量大約在22~26mL，折合普通品質(zhì)有效煤粉量約為6~7％，或優(yōu)質(zhì)煤粉5~6％，或增效煤粉4~5％。高緊實(shí)度造型用型砂發(fā)氣量大體在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我國(guó)一些外資鑄造工廠大多用灼減量（LOI）估計(jì)鑄鐵用濕型砂抗粘砂性能。例如江蘇一汽車鑄件廠的靜壓造型線規(guī)定面砂的灼減量為4.10±0.30%。國(guó)內(nèi)有多家造型材料公司供應(yīng)各種“煤粉代用品”。鑄造廠應(yīng)先進(jìn)行澆注試驗(yàn)，與優(yōu)質(zhì)煤粉或增效煤粉比較鑄件表面效果、型砂性能變化以及鑄件生產(chǎn)成本，然后確定是否選用。
二．砂孔
鑄件表面的砂孔和渣孔通常合稱為“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂當(dāng)做聚渣劑形成的。關(guān)于砂孔的形成原因如以下幾個(gè)實(shí)例：
1．天津某合資鑄造廠手工造型生產(chǎn)電機(jī)殼等中、小灰鐵鑄件。主要缺陷是整個(gè)鑄件上表面都可看到彌散分布的砂粒。分析這種砂孔形成原因是沖砂，是澆注系統(tǒng)和型腔被鐵液沖蝕而掉落的零散砂粒漂浮在液面上形成的。該廠平常并不控制型砂品質(zhì)，據(jù)云以前曾檢測(cè)濕壓強(qiáng)度只有25kPa。手工造型用型砂濕壓強(qiáng)度最好在70~80kPa左右，震壓機(jī)器造型應(yīng)90～120kPa。如果是高密度造型，型砂濕壓強(qiáng)度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。為了提高型砂的濕壓強(qiáng)度，應(yīng)避免使用劣質(zhì)膨潤(rùn)土，0.2g膨潤(rùn)土吸藍(lán)量最好在35mL以上。型砂還需要含有足夠的有效膨潤(rùn)土，例如高密度造型的型砂5g吸藍(lán)量大多在55~65mL。折合優(yōu)質(zhì)有效膨潤(rùn)土量6~7%。
2．山東某鑄造工廠只有一臺(tái)震壓造型機(jī)，上班后先造下型鋪滿地面和下芯。半天以后更換模板制造上型和扣箱合型，準(zhǔn)備澆鑄。鑄件經(jīng)常出現(xiàn)砂孔等缺陷。其原因是濕砂型表面脫水干燥后表面強(qiáng)度急劇下降，表面砂粒很容易被沖蝕落入鐵液中。天氣干燥季節(jié)中“風(fēng)干”現(xiàn)象更加嚴(yán)重。濕型砂下箱敞開(kāi)時(shí)間最好不超過(guò)半小時(shí)。如果發(fā)覺(jué)砂型表面有干燥脫水的跡象，合型前應(yīng)用噴霧器向砂型表面噴水使恢復(fù)潮濕狀態(tài)。天津某日資汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠過(guò)去曾用進(jìn)口表面強(qiáng)化劑噴涂型腔表面，現(xiàn)也改用噴水。
3．四川某汽車件鑄造廠使用靜壓造型機(jī)流水線生產(chǎn)汽缸體和汽缸蓋，鑄件表面都有多少不等的砂孔。該廠型砂采用本省品質(zhì)不高的膨潤(rùn)土和煤粉，未對(duì)舊砂進(jìn)行經(jīng)常性除塵處理，致使舊砂中含泥量有時(shí)升高達(dá)到24％。為了保持型砂含水量4.0％左右以防止產(chǎn)生氣孔缺陷，不得不將型砂緊實(shí)率壓低在27～32％范圍內(nèi)。型砂的濕壓強(qiáng)度并不低，在170～210kPa，不是產(chǎn)生砂孔的原因。由于型砂的灰分過(guò)高和緊實(shí)率很低，影響韌性不足，破碎指數(shù)只有65～75％左右。這種型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和邊緣容易破碎，因而引起砂孔缺陷。該廠應(yīng)當(dāng)改用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土和煤粉；還應(yīng)使用舊砂除塵設(shè)備，將舊砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超過(guò)13%；將型砂破碎指數(shù)控制為80～85％。在造型處的型砂緊實(shí)率提高為35～38％，含水量為3.2~3.6%，使(緊實(shí)率)/(含水量)的比例在10~12的范圍內(nèi)。這樣就能提高型砂韌性和減少砂孔缺陷。上海、北京、哈爾濱有幾家工廠在砂子中加入少量α-淀粉用來(lái)改善型砂韌性，降低起模摩擦阻力，增強(qiáng)表面風(fēng)干強(qiáng)度。對(duì)防止砂孔缺陷和改善鑄件表面光潔程度都有益處。
4．河南某拖拉機(jī)廠的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造分廠由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂變脆，起模性能越來(lái)越差。不但砂型邊棱易碎，而且吊砂易斷。根據(jù)工廠規(guī)定，碾輪混砂機(jī)的周期時(shí)間只有3min，不能加長(zhǎng)混砂時(shí)間以免影響造型機(jī)用砂需要。后來(lái)盡最大努力使混砂周期延長(zhǎng)了1min，發(fā)現(xiàn)型砂的手感起了變化，起模性也有了改善。這說(shuō)明原來(lái)的混砂時(shí)間太短，不能混制出優(yōu)良的型砂性能。
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三．夾砂（結(jié)疤、起皮）
自從國(guó)內(nèi)有多家公司供應(yīng)優(yōu)質(zhì)活化膨潤(rùn)土以來(lái)，濕型鑄件表面夾砂缺陷已大為減少。但是個(gè)別濕型鑄造工廠還會(huì)意外地產(chǎn)生夾砂缺陷。
1．江西一家小型汽車修配廠希望用濕型生產(chǎn)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁鑄件。開(kāi)始時(shí)曾借來(lái)兩只牛皮紙袋的仇山“陶土”供混砂使用。后來(lái)又到物資部門(mén)購(gòu)買(mǎi)了兩只麻袋包裝的陶土。但是發(fā)現(xiàn)新購(gòu)來(lái)陶土的型砂粘結(jié)力很低，砂型在火爐旁烘烤后開(kāi)裂起皮,澆注鑄件出現(xiàn)嚴(yán)重夾砂缺陷。當(dāng)時(shí)用極為簡(jiǎn)陋的條件檢查兩種粘土的泥漿是否能用堿活化變稠。證明麻袋中不是膨潤(rùn)土而是真正陶土，不可用于濕型鑄造。出現(xiàn)問(wèn)題的原因是當(dāng)初地質(zhì)部門(mén)將呈微弱酸性的鈣基膨潤(rùn)土稱為“酸性陶土”。而很多鑄造工廠又將“酸性陶土”簡(jiǎn)稱為“陶土”。結(jié)果把以蒙脫石為主要礦物成分的膨潤(rùn)土與以高岺石為主要礦物成分的真正陶土（即普通粘土）混淆在一起。真正的陶土主要用來(lái)燒制陶瓷，不適合濕型鑄造使用。鑄造工廠也可以用吸藍(lán)量來(lái)鑒別兩種不同的粘土礦物，0.2g膨潤(rùn)土吸附亞甲基藍(lán)在25~45mL，而普通粘土吸藍(lán)量只有膨潤(rùn)土的十分之一。
2．水質(zhì)的影響：天津的一家臺(tái)資鑄造工廠，使用擠壓造型機(jī)生產(chǎn)出口鑄鐵煎鍋。用優(yōu)質(zhì)活化膨潤(rùn)土混砂，型砂的濕壓強(qiáng)度200～250kPa，緊實(shí)率35～38％，含水量3％左右。但是后來(lái)鑄件靠近內(nèi)澆道處產(chǎn)生夾砂缺陷，懷疑混砂所用井水有問(wèn)題。該廠原來(lái)混砂用深井水的井管被堵塞。老板為了節(jié)約，打了一口20m淺井供混砂加水之用。工人發(fā)現(xiàn)這口井的水咸不能喝，洗手搓肥皂也不起泡沫。經(jīng)化驗(yàn)這種淺井水中含有大量鈉、鎂、氯離子，對(duì)活化膨潤(rùn)土有強(qiáng)烈的反活化作用，用來(lái)混砂生產(chǎn)鑄件容易產(chǎn)生夾砂缺陷。從鄰近工廠引來(lái)飲用水混砂后，仍不能完全消除原來(lái)水質(zhì)的影響。江蘇有一家擠壓造型生產(chǎn)冰箱壓縮機(jī)鑄件工廠，使用流經(jīng)工廠外面小河中的河水混砂，適逢河水上游有化工廠向水中排廢水而引起鑄件產(chǎn)生夾砂缺陷，其原因也是由于廢水的反活化效應(yīng)。如果懷疑水質(zhì)是否適合混砂，可以取2g或3g膨潤(rùn)土分別用純凈水和待試水測(cè)定膨潤(rùn)值，或膨脹倍數(shù)和自由膨脹量，如果待試水的測(cè)試結(jié)果比純凈水低很多，就表明待試水的品質(zhì)不可用。
四. 氣孔
鑄件的氣孔缺陷主要有裹攜氣孔、侵入氣孔、析出氣孔和反應(yīng)氣孔四個(gè)類型。以下舉例說(shuō)明工廠中常見(jiàn)氣孔的生成原因和防止措施。
1．鑒別氣孔的類型和生成原因都是不容易的。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提高澆注溫度30~50℃經(jīng)常可以減少任何類型氣孔缺陷的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)注意每包鐵液澆注最后一兩個(gè)砂型的溫度，因?yàn)檫@時(shí)包中鐵液溫度已然下降而容易產(chǎn)生氣孔缺陷。天津某臺(tái)資鑄造廠生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)殼體，每臺(tái)鐵液本可以澆注7個(gè)砂型，但是只澆5個(gè)砂型。剩在包中鐵液倒回電爐中，然后再重新接一滿包鐵液去澆注砂型，就是為了保持澆注溫度，減少氣孔缺陷。
2．北京某日資工廠曾發(fā)現(xiàn)一個(gè)有氣孔缺陷的鑄件，鋸開(kāi)后看到氣孔呈一個(gè)個(gè)連續(xù)上浮狀態(tài)。估計(jì)在產(chǎn)生氣孔的界面上背壓力超過(guò)了鐵液的靜壓力引起侵入氣孔，但已無(wú)法判斷氣源是何物。有的工廠將舊砂堆當(dāng)做垃圾堆，香煙頭、冰棍捧、廢紙團(tuán)、瓜籽皮……扔到舊砂，混入型砂中都可能形成氣孔缺陷。有些外資鑄造工廠嚴(yán)格禁止在廠區(qū)中吸煙也是預(yù)防氣孔的有效措施之一。
3．山東某廠生產(chǎn)中等大小出口閥門(mén)鑄鐵件，用震擊造型機(jī)造型，冷芯盒制砂芯。該廠采取兩天連續(xù)造型和下芯、合型，每隔一天沖天爐開(kāi)爐澆注一次。所生產(chǎn)鑄件氣孔廢品率極高。分析其原因是砂芯吸潮發(fā)氣進(jìn)入鐵液中造成的侵入氣孔。冷芯盒砂芯長(zhǎng)時(shí)間放置在相對(duì)濕度極高的砂型中很容易吸潮。澆注時(shí)不僅粘結(jié)劑發(fā)氣，而且砂芯吸收的水分也發(fā)出大量水汽，因而容易產(chǎn)生氣孔缺陷。應(yīng)當(dāng)將隔日開(kāi)爐攺為每日開(kāi)爐，或者造型后先合空型，待開(kāi)爐日再開(kāi)箱下芯、合箱澆注。既可以防止砂芯吸潮，又可以減少砂型風(fēng)干脫水，使氣孔缺陷大為減少。多開(kāi)出氣冒口，增大排氣能力。適當(dāng)提高澆注速度，迅速建立靜壓力抵制界面氣體侵入，也對(duì)防止侵入氣孔有好處。
4．從河南、山東、遼寧、吉林…等發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的氣孔缺陷生成情況來(lái)看，所遇到的氣孔仍多屬于砂芯發(fā)生氣體的侵入氣孔缺陷，很少是析出性的氮針孔。因?yàn)樗蒙靶镜恼辰Y(jié)劑都改為含氮量較低的樹(shù)脂，而且必要時(shí)在芯砂中和涂料中加入適當(dāng)?shù)难趸F。因此首先應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)砂芯的排氣能力。砂芯中間應(yīng)開(kāi)通暢的排氣孔。對(duì)于厚大斷面砂芯可以抽成空心或分半挖成網(wǎng)格形內(nèi)腔而后粘合。樹(shù)脂自硬砂芯最常用的排氣辦法是使用尼龍編織管，制芯時(shí)可以方便地沿砂芯的任意形狀預(yù)埋在砂芯中。熱芯盒、冷芯盒和殼芯都是整體射制的，不能預(yù)埋排氣管路，可以安放通氣針或棒，在取芯之前或之后抽出。但是更多的是在砂芯硬化后用硬質(zhì)合金鉆頭從芯頭鉆孔幫助排氣。例如山西某液壓件廠生產(chǎn)形狀極為復(fù)雜的液壓閥，將殼芯所有芯頭都角鉆頭鉆盲孔幫助排氣。西班牙有一家生產(chǎn)小轎車的鑄造工廠，制出氣缸蓋的水套砂芯用專門(mén)多頭鉆床自下向上地將水套砂芯的各個(gè)冷卻水通道芯頭同時(shí)鉆出盲孔。較大砂芯下芯時(shí)，如果芯頭與芯座的間隙過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)鐵液鉆入砂芯通氣孔現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)用耐火纖維氈墊、泥條、石棉繩等密封材料圍封砂芯芯頭。還要注意高溫快澆，迅速建立起鐵水壓力超過(guò)發(fā)氣點(diǎn)背壓力使氣體不能鉆入鐵液中成為氣泡。即使氣體已經(jīng)鉆入鐵液中，也能漂浮和隨著鐵液進(jìn)入排氣冒口排出。另外，采用低發(fā)氣量粘結(jié)劑對(duì)防止氣孔缺陷是必要的，例如北京某工廠生產(chǎn)英國(guó)的煤氣爐燃燒圈只有一個(gè)芯頭，排氣困難，就盡量將殼芯的發(fā)氣量控制在12mL/g以下，而且高溫快速澆注。
5．山西某廠使用擠壓造型機(jī)生產(chǎn)灰鑄鐵曲軸，在鑄件表面和皮下形成宻集的小氣孔。一般為直徑1～3mm的小孔，大多存在于表皮內(nèi)1~3mm處，拋丸清理或粗加工時(shí)露出。此工廠不用樹(shù)脂砂芯，不會(huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?，缺陷?yīng)當(dāng)屬于反應(yīng)氣孔。即金屬液與鑄型在界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體溶解在金屬液中。冷卻時(shí)溶解度降低析出成氣泡。鑄件材質(zhì)為灰鐵，也排除掉鐵液中鎂或稀土與砂型中水分引起反應(yīng)。懷疑是爐料和孕育劑有可能將鋁、鈦帶入鐵液中。因?yàn)殇X、鈦與水反應(yīng)放出極易溶入鐵液層中的原子態(tài)[H]。該層凝固時(shí)氫的溶解度降低而以分子態(tài)氣相析出和長(zhǎng)大成氫氣泡。由該廠硅鐵孕育劑的分析報(bào)告中看到含鋁量達(dá)到1.86%，可能是產(chǎn)生皮下氣孔的主要原因。硅鐵孕育劑的含鋁量最好為1.0%左右，最多不可超過(guò)1.5％。對(duì)于隨流孕育用硅鐵，不但要控制較低的含鋁量，而且要限制加入量一般不超過(guò)0.08~0.10％。為了防止鋁、鈦等元素與水的反應(yīng)，擠壓造型的型砂含水量也必須控制在不高于4%。
6．球墨鑄鐵的鐵液澆注入濕砂型后，殘留鎂同水分子中氧強(qiáng)烈反應(yīng)而產(chǎn)生原子態(tài)[H]，是產(chǎn)生皮下氣孔缺陷的主要原因。必須采取冶煉和工藝兩方面的措施才能防止反應(yīng)氣孔的產(chǎn)生。河北某球墨鑄鐵工廠是生產(chǎn)載重汽車離合器壓盤(pán)等球墨鑄鐵件的專業(yè)廠，鑄件無(wú)皮下氣孔。從該廠冶煉角度來(lái)分析其避免氣孔的原因是各項(xiàng)指標(biāo)都未超出常規(guī)范圍。例如使用優(yōu)質(zhì)鑄造焦，沖天爐出爐溫度在1480℃以上，球化處理包的內(nèi)腔深度為直徑的1.5~2倍，澆包和型腔表面抖冰晶石粉，鐵水含硫0.03~0.04%，殘留鎂量為0.40~0.46%。但是從工藝角度來(lái)分析：面砂含水量高達(dá)7.0~7.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通常認(rèn)為的最多不可超過(guò)5.5%。分析其不出氣孔的原因可能是：（1）型砂加入了大量煤粉，灼減量高達(dá)7.0~7.9%。超過(guò)通常的4~5%。未測(cè)型砂發(fā)氣量，估計(jì)在35mL/5g以上。澆注后露出的鑄件表面呈現(xiàn)深藍(lán)色，表明澆注時(shí)型腔中為大量強(qiáng)烈還原性氣氛，將型腔中水汽沖淡。（2）砂型透氣性100，并扎有大量排氣孔，澆注生成的水汽大部分排出型腔以外，減少了可能參與反應(yīng)的水汽。（3）面砂含水量雖然相當(dāng)高，但含泥量高達(dá)21%。因此測(cè)得緊實(shí)率只有36%左右，說(shuō)明型砂并不潮濕?？赡苣喾治樟舜罅克?，減緩了化學(xué)反應(yīng)的速度。因此可以設(shè)想產(chǎn)生反應(yīng)氣孔缺陷主要取決于緊實(shí)率（即型砂干濕程度），而不是含水量。
五. 討論
1．獲得優(yōu)質(zhì)型砂的條件首先是選用優(yōu)質(zhì)原材料，也還需要應(yīng)用優(yōu)良的混砂過(guò)程。一些技術(shù)管理比較嚴(yán)格的濕型砂鑄造工廠要求在每班結(jié)束前將混砂機(jī)中的砂子完全清除干凈。美國(guó)主要的濕型鑄造廠大多要求混砂機(jī)刮板與底盤(pán)的距離為一個(gè)硬幣厚度。日本幾家使用碾輪式混砂機(jī)的汽車件鑄造工廠的混砂周期都是6min。但是我國(guó)有的鑄造廠的混砂機(jī)碾盤(pán)中和碾輪上的砂子都長(zhǎng)期不清理，刮板磨損也不調(diào)整，碾輪混砂時(shí)間最多3min。這怎樣能夠混制出優(yōu)良品質(zhì)的型砂呢？
2．型砂品質(zhì)表現(xiàn)在于性能如何，加強(qiáng)型砂性能的檢測(cè)和控制才能制備出優(yōu)等型砂。江蘇某日資汽車件鑄造工廠靜壓造型線用面砂的日常檢測(cè)項(xiàng)目有二十余種，還未包括背砂和原材料的檢測(cè)項(xiàng)目在內(nèi)。我國(guó)有的鑄造工廠的型砂實(shí)驗(yàn)室中儀器設(shè)備簡(jiǎn)陋，濕型砂性能的日常檢測(cè)項(xiàng)目可能只有三、四種。怎能根據(jù)測(cè)得結(jié)果說(shuō)明鑄件表面缺陷產(chǎn)生原因呢？又怎能用來(lái)降低鑄件廢品率呢？
一．粘砂
研究工作表明，一般濕砂型鑄件，不論鑄鋼還是鑄鐵，粘砂缺陷都是屬于機(jī)械粘砂，而不是化學(xué)粘砂。機(jī)械粘砂的產(chǎn)生原因有多種，最多見(jiàn)的如下的實(shí)例：
1．砂粒太粗和透氣性過(guò)高，金屬液容易鉆入砂粒間孔隙，使鑄件表面粗糙，或?qū)⑸傲０潭ㄔ诒砻嫔?。江蘇某外資工廠的鑄鐵舊砂中不斷混入大量30/50目粗粒芯砂，以致型砂透氣性達(dá)到220以上，鑄件表面極為粗糙。內(nèi)蒙某工廠鑄鋼車間的氣動(dòng)微震造型機(jī)生產(chǎn)中、小鑄件。使用主要集中在40目的40/70粗粒石英砂混制型砂，鑄件表面產(chǎn)生嚴(yán)重粘砂。平時(shí)不檢測(cè)型砂透氣性，認(rèn)為已經(jīng)符合工藝規(guī)程規(guī)定的≥80。為了找到粘砂原因而專門(mén)檢測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)透氣性居然高達(dá)1070左右，表明這就是產(chǎn)生粘砂的原因。因此型砂透氣性必須有上限，型砂粒度粗細(xì)和透氣性應(yīng)當(dāng)處于適宜范圍內(nèi)。一般震壓機(jī)器造型單一砂最適宜的型砂粒度大多為70/140目，透氣性大致為70~100，高密度造型的型砂粒度最好是50/140或100/50，透氣性為80~140。有些生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄造廠大量使用50/100目粗原砂制造砂芯，落砂時(shí)不斷混入舊砂中，使型砂透氣性可能達(dá)到180以上，就應(yīng)加入100/140目細(xì)砂，或?qū)⑿鞣蛛x器中的細(xì)顆粒部分返回到舊砂中，以便糾正型砂粒度。
2．鑄鐵型砂中煤粉含量不足或煤粉品質(zhì)不良。北京某鑄造廠生產(chǎn)高速列車剎車盤(pán)，鑄件材質(zhì)符合要求，而表面有嚴(yán)重粘砂，需整體打磨后才能交貨。型砂中所用煤粉來(lái)自郊區(qū)一家關(guān)系密切的私營(yíng)小供應(yīng)商。粘砂的產(chǎn)生原因可能是煤粉品質(zhì)太差，還可能是型砂中有效煤粉量也不足夠。安徽某閥門(mén)總廠使用的“煤粉”是生產(chǎn)焦炭洗選下來(lái)的廢料，灰分高達(dá)76%。使用后整個(gè)型砂性能遭破壞，鑄件廢品超過(guò)一半。鑄造工廠應(yīng)該對(duì)購(gòu)入的煤粉品質(zhì)加強(qiáng)檢驗(yàn)。優(yōu)質(zhì)煤粉要求灰分≤10%，揮發(fā)分30~37%，焦渣特征4~5級(jí)。型砂的有效煤粉含量可以用發(fā)氣量進(jìn)行檢測(cè)。中小灰鐵鑄件震壓造型應(yīng)用普通煤粉的的型砂每1g的發(fā)氣量大約在22~26mL，折合普通品質(zhì)有效煤粉量約為6~7％，或優(yōu)質(zhì)煤粉5~6％，或增效煤粉4~5％。高緊實(shí)度造型用型砂發(fā)氣量大體在18~24mL，折合增效煤粉含量3~4%。我國(guó)一些外資鑄造工廠大多用灼減量（LOI）估計(jì)鑄鐵用濕型砂抗粘砂性能。例如江蘇一汽車鑄件廠的靜壓造型線規(guī)定面砂的灼減量為4.10±0.30%。國(guó)內(nèi)有多家造型材料公司供應(yīng)各種“煤粉代用品”。鑄造廠應(yīng)先進(jìn)行澆注試驗(yàn)，與優(yōu)質(zhì)煤粉或增效煤粉比較鑄件表面效果、型砂性能變化以及鑄件生產(chǎn)成本，然后確定是否選用。
二．砂孔
鑄件表面的砂孔和渣孔通常合稱為“砂眼”。渣孔大多是由于用了稻草灰或干砂當(dāng)做聚渣劑形成的。關(guān)于砂孔的形成原因如以下幾個(gè)實(shí)例：
1．天津某合資鑄造廠手工造型生產(chǎn)電機(jī)殼等中、小灰鐵鑄件。主要缺陷是整個(gè)鑄件上表面都可看到彌散分布的砂粒。分析這種砂孔形成原因是沖砂，是澆注系統(tǒng)和型腔被鐵液沖蝕而掉落的零散砂粒漂浮在液面上形成的。該廠平常并不控制型砂品質(zhì)，據(jù)云以前曾檢測(cè)濕壓強(qiáng)度只有25kPa。手工造型用型砂濕壓強(qiáng)度最好在70~80kPa左右，震壓機(jī)器造型應(yīng)90～120kPa。如果是高密度造型，型砂濕壓強(qiáng)度可以是140~180 kPa。大件可以再增高些。為了提高型砂的濕壓強(qiáng)度，應(yīng)避免使用劣質(zhì)膨潤(rùn)土，0.2g膨潤(rùn)土吸藍(lán)量最好在35mL以上。型砂還需要含有足夠的有效膨潤(rùn)土，例如高密度造型的型砂5g吸藍(lán)量大多在55~65mL。折合優(yōu)質(zhì)有效膨潤(rùn)土量6~7%。
2．山東某鑄造工廠只有一臺(tái)震壓造型機(jī)，上班后先造下型鋪滿地面和下芯。半天以后更換模板制造上型和扣箱合型，準(zhǔn)備澆鑄。鑄件經(jīng)常出現(xiàn)砂孔等缺陷。其原因是濕砂型表面脫水干燥后表面強(qiáng)度急劇下降，表面砂粒很容易被沖蝕落入鐵液中。天氣干燥季節(jié)中“風(fēng)干”現(xiàn)象更加嚴(yán)重。濕型砂下箱敞開(kāi)時(shí)間最好不超過(guò)半小時(shí)。如果發(fā)覺(jué)砂型表面有干燥脫水的跡象，合型前應(yīng)用噴霧器向砂型表面噴水使恢復(fù)潮濕狀態(tài)。天津某日資汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠過(guò)去曾用進(jìn)口表面強(qiáng)化劑噴涂型腔表面，現(xiàn)也改用噴水。
3．四川某汽車件鑄造廠使用靜壓造型機(jī)流水線生產(chǎn)汽缸體和汽缸蓋，鑄件表面都有多少不等的砂孔。該廠型砂采用本省品質(zhì)不高的膨潤(rùn)土和煤粉，未對(duì)舊砂進(jìn)行經(jīng)常性除塵處理，致使舊砂中含泥量有時(shí)升高達(dá)到24％。為了保持型砂含水量4.0％左右以防止產(chǎn)生氣孔缺陷，不得不將型砂緊實(shí)率壓低在27～32％范圍內(nèi)。型砂的濕壓強(qiáng)度并不低，在170～210kPa，不是產(chǎn)生砂孔的原因。由于型砂的灰分過(guò)高和緊實(shí)率很低，影響韌性不足，破碎指數(shù)只有65～75％左右。這種型砂性能太脆，起模性差，砂型的棱角和邊緣容易破碎，因而引起砂孔缺陷。該廠應(yīng)當(dāng)改用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土和煤粉；還應(yīng)使用舊砂除塵設(shè)備，將舊砂含泥量控制在12%以下，型砂含泥量不超過(guò)13%；將型砂破碎指數(shù)控制為80～85％。在造型處的型砂緊實(shí)率提高為35～38％，含水量為3.2~3.6%，使(緊實(shí)率)/(含水量)的比例在10~12的范圍內(nèi)。這樣就能提高型砂韌性和減少砂孔缺陷。上海、北京、哈爾濱有幾家工廠在砂子中加入少量α-淀粉用來(lái)改善型砂韌性，降低起模摩擦阻力，增強(qiáng)表面風(fēng)干強(qiáng)度。對(duì)防止砂孔缺陷和改善鑄件表面光潔程度都有益處。
4．河南某拖拉機(jī)廠的發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造分廠由于大量冷芯盒砂芯的混入，使型砂變脆，起模性能越來(lái)越差。不但砂型邊棱易碎，而且吊砂易斷。根據(jù)工廠規(guī)定，碾輪混砂機(jī)的周期時(shí)間只有3min，不能加長(zhǎng)混砂時(shí)間以免影響造型機(jī)用砂需要。后來(lái)盡最大努力使混砂周期延長(zhǎng)了1min，發(fā)現(xiàn)型砂的手感起了變化，起模性也有了改善。這說(shuō)明原來(lái)的混砂時(shí)間太短，不能混制出優(yōu)良的型砂性能。
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三．夾砂（結(jié)疤、起皮）
自從國(guó)內(nèi)有多家公司供應(yīng)優(yōu)質(zhì)活化膨潤(rùn)土以來(lái)，濕型鑄件表面夾砂缺陷已大為減少。但是個(gè)別濕型鑄造工廠還會(huì)意外地產(chǎn)生夾砂缺陷。
1．江西一家小型汽車修配廠希望用濕型生產(chǎn)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁鑄件。開(kāi)始時(shí)曾借來(lái)兩只牛皮紙袋的仇山“陶土”供混砂使用。后來(lái)又到物資部門(mén)購(gòu)買(mǎi)了兩只麻袋包裝的陶土。但是發(fā)現(xiàn)新購(gòu)來(lái)陶土的型砂粘結(jié)力很低，砂型在火爐旁烘烤后開(kāi)裂起皮,澆注鑄件出現(xiàn)嚴(yán)重夾砂缺陷。當(dāng)時(shí)用極為簡(jiǎn)陋的條件檢查兩種粘土的泥漿是否能用堿活化變稠。證明麻袋中不是膨潤(rùn)土而是真正陶土，不可用于濕型鑄造。出現(xiàn)問(wèn)題的原因是當(dāng)初地質(zhì)部門(mén)將呈微弱酸性的鈣基膨潤(rùn)土稱為“酸性陶土”。而很多鑄造工廠又將“酸性陶土”簡(jiǎn)稱為“陶土”。結(jié)果把以蒙脫石為主要礦物成分的膨潤(rùn)土與以高岺石為主要礦物成分的真正陶土（即普通粘土）混淆在一起。真正的陶土主要用來(lái)燒制陶瓷，不適合濕型鑄造使用。鑄造工廠也可以用吸藍(lán)量來(lái)鑒別兩種不同的粘土礦物，0.2g膨潤(rùn)土吸附亞甲基藍(lán)在25~45mL，而普通粘土吸藍(lán)量只有膨潤(rùn)土的十分之一。
2．水質(zhì)的影響：天津的一家臺(tái)資鑄造工廠，使用擠壓造型機(jī)生產(chǎn)出口鑄鐵煎鍋。用優(yōu)質(zhì)活化膨潤(rùn)土混砂，型砂的濕壓強(qiáng)度200～250kPa，緊實(shí)率35～38％，含水量3％左右。但是后來(lái)鑄件靠近內(nèi)澆道處產(chǎn)生夾砂缺陷，懷疑混砂所用井水有問(wèn)題。該廠原來(lái)混砂用深井水的井管被堵塞。老板為了節(jié)約，打了一口20m淺井供混砂加水之用。工人發(fā)現(xiàn)這口井的水咸不能喝，洗手搓肥皂也不起泡沫。經(jīng)化驗(yàn)這種淺井水中含有大量鈉、鎂、氯離子，對(duì)活化膨潤(rùn)土有強(qiáng)烈的反活化作用，用來(lái)混砂生產(chǎn)鑄件容易產(chǎn)生夾砂缺陷。從鄰近工廠引來(lái)飲用水混砂后，仍不能完全消除原來(lái)水質(zhì)的影響。江蘇有一家擠壓造型生產(chǎn)冰箱壓縮機(jī)鑄件工廠，使用流經(jīng)工廠外面小河中的河水混砂，適逢河水上游有化工廠向水中排廢水而引起鑄件產(chǎn)生夾砂缺陷，其原因也是由于廢水的反活化效應(yīng)。如果懷疑水質(zhì)是否適合混砂，可以取2g或3g膨潤(rùn)土分別用純凈水和待試水測(cè)定膨潤(rùn)值，或膨脹倍數(shù)和自由膨脹量，如果待試水的測(cè)試結(jié)果比純凈水低很多，就表明待試水的品質(zhì)不可用。
四. 氣孔
鑄件的氣孔缺陷主要有裹攜氣孔、侵入氣孔、析出氣孔和反應(yīng)氣孔四個(gè)類型。以下舉例說(shuō)明工廠中常見(jiàn)氣孔的生成原因和防止措施。
1．鑒別氣孔的類型和生成原因都是不容易的。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提高澆注溫度30~50℃經(jīng)常可以減少任何類型氣孔缺陷的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)注意每包鐵液澆注最后一兩個(gè)砂型的溫度，因?yàn)檫@時(shí)包中鐵液溫度已然下降而容易產(chǎn)生氣孔缺陷。天津某臺(tái)資鑄造廠生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)殼體，每臺(tái)鐵液本可以澆注7個(gè)砂型，但是只澆5個(gè)砂型。剩在包中鐵液倒回電爐中，然后再重新接一滿包鐵液去澆注砂型，就是為了保持澆注溫度，減少氣孔缺陷。
2．北京某日資工廠曾發(fā)現(xiàn)一個(gè)有氣孔缺陷的鑄件，鋸開(kāi)后看到氣孔呈一個(gè)個(gè)連續(xù)上浮狀態(tài)。估計(jì)在產(chǎn)生氣孔的界面上背壓力超過(guò)了鐵液的靜壓力引起侵入氣孔，但已無(wú)法判斷氣源是何物。有的工廠將舊砂堆當(dāng)做垃圾堆，香煙頭、冰棍捧、廢紙團(tuán)、瓜籽皮……扔到舊砂，混入型砂中都可能形成氣孔缺陷。有些外資鑄造工廠嚴(yán)格禁止在廠區(qū)中吸煙也是預(yù)防氣孔的有效措施之一。
3．山東某廠生產(chǎn)中等大小出口閥門(mén)鑄鐵件，用震擊造型機(jī)造型，冷芯盒制砂芯。該廠采取兩天連續(xù)造型和下芯、合型，每隔一天沖天爐開(kāi)爐澆注一次。所生產(chǎn)鑄件氣孔廢品率極高。分析其原因是砂芯吸潮發(fā)氣進(jìn)入鐵液中造成的侵入氣孔。冷芯盒砂芯長(zhǎng)時(shí)間放置在相對(duì)濕度極高的砂型中很容易吸潮。澆注時(shí)不僅粘結(jié)劑發(fā)氣，而且砂芯吸收的水分也發(fā)出大量水汽，因而容易產(chǎn)生氣孔缺陷。應(yīng)當(dāng)將隔日開(kāi)爐攺為每日開(kāi)爐，或者造型后先合空型，待開(kāi)爐日再開(kāi)箱下芯、合箱澆注。既可以防止砂芯吸潮，又可以減少砂型風(fēng)干脫水，使氣孔缺陷大為減少。多開(kāi)出氣冒口，增大排氣能力。適當(dāng)提高澆注速度，迅速建立靜壓力抵制界面氣體侵入，也對(duì)防止侵入氣孔有好處。
4．從河南、山東、遼寧、吉林…等發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造工廠的氣孔缺陷生成情況來(lái)看，所遇到的氣孔仍多屬于砂芯發(fā)生氣體的侵入氣孔缺陷，很少是析出性的氮針孔。因?yàn)樗蒙靶镜恼辰Y(jié)劑都改為含氮量較低的樹(shù)脂，而且必要時(shí)在芯砂中和涂料中加入適當(dāng)?shù)难趸F。因此首先應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)砂芯的排氣能力。砂芯中間應(yīng)開(kāi)通暢的排氣孔。對(duì)于厚大斷面砂芯可以抽成空心或分半挖成網(wǎng)格形內(nèi)腔而后粘合。樹(shù)脂自硬砂芯最常用的排氣辦法是使用尼龍編織管，制芯時(shí)可以方便地沿砂芯的任意形狀預(yù)埋在砂芯中。熱芯盒、冷芯盒和殼芯都是整體射制的，不能預(yù)埋排氣管路，可以安放通氣針或棒，在取芯之前或之后抽出。但是更多的是在砂芯硬化后用硬質(zhì)合金鉆頭從芯頭鉆孔幫助排氣。例如山西某液壓件廠生產(chǎn)形狀極為復(fù)雜的液壓閥，將殼芯所有芯頭都角鉆頭鉆盲孔幫助排氣。西班牙有一家生產(chǎn)小轎車的鑄造工廠，制出氣缸蓋的水套砂芯用專門(mén)多頭鉆床自下向上地將水套砂芯的各個(gè)冷卻水通道芯頭同時(shí)鉆出盲孔。較大砂芯下芯時(shí)，如果芯頭與芯座的間隙過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)鐵液鉆入砂芯通氣孔現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)用耐火纖維氈墊、泥條、石棉繩等密封材料圍封砂芯芯頭。還要注意高溫快澆，迅速建立起鐵水壓力超過(guò)發(fā)氣點(diǎn)背壓力使氣體不能鉆入鐵液中成為氣泡。即使氣體已經(jīng)鉆入鐵液中，也能漂浮和隨著鐵液進(jìn)入排氣冒口排出。另外，采用低發(fā)氣量粘結(jié)劑對(duì)防止氣孔缺陷是必要的，例如北京某工廠生產(chǎn)英國(guó)的煤氣爐燃燒圈只有一個(gè)芯頭，排氣困難，就盡量將殼芯的發(fā)氣量控制在12mL/g以下，而且高溫快速澆注。
5．山西某廠使用擠壓造型機(jī)生產(chǎn)灰鑄鐵曲軸，在鑄件表面和皮下形成宻集的小氣孔。一般為直徑1～3mm的小孔，大多存在于表皮內(nèi)1~3mm處，拋丸清理或粗加工時(shí)露出。此工廠不用樹(shù)脂砂芯，不會(huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?，缺陷?yīng)當(dāng)屬于反應(yīng)氣孔。即金屬液與鑄型在界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體溶解在金屬液中。冷卻時(shí)溶解度降低析出成氣泡。鑄件材質(zhì)為灰鐵，也排除掉鐵液中鎂或稀土與砂型中水分引起反應(yīng)。懷疑是爐料和孕育劑有可能將鋁、鈦帶入鐵液中。因?yàn)殇X、鈦與水反應(yīng)放出極易溶入鐵液層中的原子態(tài)[H]。該層凝固時(shí)氫的溶解度降低而以分子態(tài)氣相析出和長(zhǎng)大成氫氣泡。由該廠硅鐵孕育劑的分析報(bào)告中看到含鋁量達(dá)到1.86%，可能是產(chǎn)生皮下氣孔的主要原因。硅鐵孕育劑的含鋁量最好為1.0%左右，最多不可超過(guò)1.5％。對(duì)于隨流孕育用硅鐵，不但要控制較低的含鋁量，而且要限制加入量一般不超過(guò)0.08~0.10％。為了防止鋁、鈦等元素與水的反應(yīng)，擠壓造型的型砂含水量也必須控制在不高于4%。
6．球墨鑄鐵的鐵液澆注入濕砂型后，殘留鎂同水分子中氧強(qiáng)烈反應(yīng)而產(chǎn)生原子態(tài)[H]，是產(chǎn)生皮下氣孔缺陷的主要原因。必須采取冶煉和工藝兩方面的措施才能防止反應(yīng)氣孔的產(chǎn)生。河北某球墨鑄鐵工廠是生產(chǎn)載重汽車離合器壓盤(pán)等球墨鑄鐵件的專業(yè)廠，鑄件無(wú)皮下氣孔。從該廠冶煉角度來(lái)分析其避免氣孔的原因是各項(xiàng)指標(biāo)都未超出常規(guī)范圍。例如使用優(yōu)質(zhì)鑄造焦，沖天爐出爐溫度在1480℃以上，球化處理包的內(nèi)腔深度為直徑的1.5~2倍，澆包和型腔表面抖冰晶石粉，鐵水含硫0.03~0.04%，殘留鎂量為0.40~0.46%。但是從工藝角度來(lái)分析：面砂含水量高達(dá)7.0~7.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通常認(rèn)為的最多不可超過(guò)5.5%。分析其不出氣孔的原因可能是：（1）型砂加入了大量煤粉，灼減量高達(dá)7.0~7.9%。超過(guò)通常的4~5%。未測(cè)型砂發(fā)氣量，估計(jì)在35mL/5g以上。澆注后露出的鑄件表面呈現(xiàn)深藍(lán)色，表明澆注時(shí)型腔中為大量強(qiáng)烈還原性氣氛，將型腔中水汽沖淡。（2）砂型透氣性100，并扎有大量排氣孔，澆注生成的水汽大部分排出型腔以外，減少了可能參與反應(yīng)的水汽。（3）面砂含水量雖然相當(dāng)高，但含泥量高達(dá)21%。因此測(cè)得緊實(shí)率只有36%左右，說(shuō)明型砂并不潮濕?？赡苣喾治樟舜罅克?，減緩了化學(xué)反應(yīng)的速度。因此可以設(shè)想產(chǎn)生反應(yīng)氣孔缺陷主要取決于緊實(shí)率（即型砂干濕程度），而不是含水量。
五. 討論
1．獲得優(yōu)質(zhì)型砂的條件首先是選用優(yōu)質(zhì)原材料，也還需要應(yīng)用優(yōu)良的混砂過(guò)程。一些技術(shù)管理比較嚴(yán)格的濕型砂鑄造工廠要求在每班結(jié)束前將混砂機(jī)中的砂子完全清除干凈。美國(guó)主要的濕型鑄造廠大多要求混砂機(jī)刮板與底盤(pán)的距離為一個(gè)硬幣厚度。日本幾家使用碾輪式混砂機(jī)的汽車件鑄造工廠的混砂周期都是6min。但是我國(guó)有的鑄造廠的混砂機(jī)碾盤(pán)中和碾輪上的砂子都長(zhǎng)期不清理，刮板磨損也不調(diào)整，碾輪混砂時(shí)間最多3min。這怎樣能夠混制出優(yōu)良品質(zhì)的型砂呢？
2．型砂品質(zhì)表現(xiàn)在于性能如何，加強(qiáng)型砂性能的檢測(cè)和控制才能制備出優(yōu)等型砂。江蘇某日資汽車件鑄造工廠靜壓造型線用面砂的日常檢測(cè)項(xiàng)目有二十余種，還未包括背砂和原材料的檢測(cè)項(xiàng)目在內(nèi)。我國(guó)有的鑄造工廠的型砂實(shí)驗(yàn)室中儀器設(shè)備簡(jiǎn)陋，濕型砂性能的日常檢測(cè)項(xiàng)目可能只有三、四種。怎能根據(jù)測(cè)得結(jié)果說(shuō)明鑄件表面缺陷產(chǎn)生原因呢？又怎能用來(lái)降低鑄件廢品率呢？
