灰铁铸件常见缺陷.doc

砂型铸造缺陷分析一、 铸件缺陷的分类（1）按工序分类我国一些企业为了便于从统计的角度进行质量管理，将铸件缺陷按工序进行分类如下：1）造型废。造型工操作疏忽造成的铸件缺陷。如合型时忘记吹净型腔，导致砂眼缺陷等。2）浇废。浇注工操作失误造成的缺陷。如浇包中金属液量不够而造成未浇满等。3）料废。金属炉料配比不当或原材料使用失误造成的化学成分不合格。4）毛坯废。毛坯在清理过程中产生机械损伤。5）芯废。制芯不当出现型芯尺寸不合格导致铸件尺寸不合格缺陷。6）混砂废。型砂、芯砂混制不当而使铸件产生的缺陷。如型砂配方不合适导致铸件表面粗糙缺陷等。（2）按缺陷的特征分类铸件缺陷种类繁多，形貌各异，在GB/T5611-1998铸造术语中将铸造缺陷分为八大类102种，见下表。铸件缺陷的分类（GBT5611-1998）类别序号缺陷名称缺陷特征（1）多肉类缺陷1飞翅（飞边）垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属凸起物，常出现在铸件分型面和芯头部位2毛刺铸件表面上刺状金属凸起物。常出现在型和芯的裂缝处，形状极不规则。呈网状或脉状分布的毛刺称脉纹3外渗物（外渗豆）铸件表面渗出的金属物。多呈豆粒状，一般出现在铸件的自由表面上，例如明浇铸件的上表面、离心浇注铸件的内表面等。其化学成分与铸件金属往往有差异4粘模多肉因砂型（芯）起模时部分砂块粘附在模样或芯盒上所引起的铸件相应部位多肉5冲砂砂型或砂芯表面局部型砂被金属液冲刷掉，在铸件表面的相应部位上形成的粗糙、不规则的金属瘤状物。常位于浇口附近，被冲刷掉的型砂，往往在铸件的其它部位形成砂眼6掉砂砂型或砂芯的局部砂块在外力作用下掉落，使铸件表面相应部位形成的块状金属凸起物。其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位则往往出现砂眼或残缺7胀砂铸件内外表面局部胀大，重量增加的现象。由型壁退移引起8抬型（抬箱）由于金属液的浮力使上型或 砂芯局部或全部抬起、使铸件高度增加的现象（2）孔洞类缺陷9气孔铸件内由气体形成的孔洞类缺陷。其表面一般比较光滑，主要呈梨形、园形和椭圆形。一般不在铸件表面露出，大孔常孤立存在，小孔则成群出现10气缩孔分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷11针孔一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。铝合金铸件中常出现这类气孔，对铸件性能危害很大12表面针孔成群分布在铸件表层的分散性气孔。其特征和形成原因与皮下气孔相同，通常暴露在铸件表面，机械加工12mm后即可去掉13皮下气孔位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型之间发生化学反应产生的反应性气孔。形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。大小不一，深度不等。通常在机械加工或热处理后才能出现14呛火浇注过程中产生的大量气体不能顺利排出，在金属液内发生沸腾，导致在铸件内产生大量气孔，甚至出现铸件不完整的缺陷15缩孔铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位16缩松铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。借助高倍放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时可能渗漏17疏松（显微缩松）铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞。分布在枝晶内和枝晶间。是弥散性气孔、显微缩松、组织粗大的混合缺陷，使铸件致密性降低，易造成渗漏18渗漏铸件在气密性试验时或使用过程中发生的漏气、渗水或渗油现象。多由于铸件有缩松、疏松、组织粗大、毛细裂纹、气孔或夹杂物等缺陷引起（3）裂纹及冷隔类缺陷19冷裂铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。裂口常穿过晶粒延伸到整个断面20热裂铸件在凝固后期或凝固后在较高温度下形成的裂纹。其断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则21缩裂（收缩裂纹）由于铸件补缩不当、收缩受阻或收缩不均匀而造成的裂纹。可能出现在刚凝固之后或在更低的温度22热处理裂纹铸件在热处理过程中产生的穿透或不穿透的裂纹。其断面有氧化现象23网状裂纹（龟裂）金属型和压铸型因受交变热机械作用发生热疲劳，在型腔表面形成的微细龟壳状裂纹。铸型龟裂在铸件表面形成龟纹缺陷24白点（发裂）钢中主要因氢的析出而引起的缺陷。在纵向断面上，它呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点，故称白点；在横断面宏观磨片上，腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发裂25冷隔在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的缝隙。多出现在远离浇口的宽大上表面或薄壁处、金属流汇合处以及冷铁、芯撑等激冷部位26浇注断流铸件表面某一高度可见的接缝。接缝的某些部分熔合不好或分开。由浇注中断而引起27重皮充型过程中因金属液飞溅或液面波动，型腔表面已凝固金属不能与后续金属熔合所造成的铸件表皮折叠缺陷（4）表面类缺陷28表面粗糙铸件表面毛糙、凹凸不平，其微现几何特征超出铸造表面粗糙度测量上限，但尚未形成粘砂缺陷29化学粘砂铸件的部分或整个表面上，牢固地粘附一层由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生产的低熔点化合物。硬度高，只能用砂轮磨去30机械粘砂（渗透粘砂）铸件的部分或整个表面上粘附着一层沙粒和金属的机械混合物。清铲粘砂层时可以看到金属光泽31夹砂结疤（夹砂）铸件表面产生的疤片状金属凸起物。其表面粗糙，边缘锐利，有一小部分金属和铸件本体相连，疤片状凸起物与铸件之间夹有一层砂32涂料结疤由于涂层在浇注过程中开裂，金属液进入裂缝，在铸件表面产生的疤痕状金属凸起物33沟槽铸件表面产生较深（5mm）的边缘光滑的V型凹痕。通常有分枝，多发生在铸件的上下表面34粘型熔融金属粘附在金属型腔表面的现象35龟纹（网状花纹）磁力探伤时熔模铸件表面出现的龟壳状网纹缺陷，多出现在铸件过热部位。因浇注温度和型壳温度过高，金属液与型壳内Na2O残留量过高而析出的“白霜”发生反应所致。因铸型型腔表面龟裂而在金属塑铸件或压铸件表面形成的网状花纹缺陷36流痕（水纹）压铸件表面与金属流动方向一致的，无发展趋势且与基体颜色明显不一样的微凸或微凹的条纹状缺陷37缩陷铸件的厚断面或断面交接处上平面的塌陷现象。缩陷的下面有时有缩孔。缩陷有时也出现在内缩孔附近的表面38鼠尾铸件表面出现较浅（5mm）的带有锐角的凹痕39印痕因顶杆或镶块与型腔表面不齐平，而在金属型铸件或压铸件表面相应部位产生的凸起或凹下的痕迹40皱皮铸件上不规则的粗粒状或褶皱状的表皮。一般带有较深的网状沟槽41拉伤金属型铸件和压铸件表面由于与金属型啮合或粘结，顶出时顺出型方向出现的擦伤痕迹（5）残缺类缺陷42浇不到（浇不足）铸件残缺或轮廓不完整或虽然完整但边角圆且光亮。常出现在远离浇口的部位及薄壁处。其浇注系统是充满的43未浇满铸件上部产生缺肉，其边角略呈圆形，浇冒口未浇满，顶面与铸件平齐44型漏（漏箱）铸件内有严重的空壳状残缺。有时铸件外形虽较完整，但内部的金属已漏空，铸件完全呈壳状，铸型底部有残留的多余金属45损伤（机械损伤）铸件受机械撞击而破损，残缺不完整的现象46跑火因浇注过程中金属液从分型面处流出而产生的铸件分型面以上部分严重凹陷，有时会沿未充满的型腔表面留下类似飞翅的残片47漏空在低压铸造中，由于结晶时间过短，金属液从升液管漏出，形状类似型漏的缺陷（6）形状及重量差错类缺陷48铸件变形铸件在铸造应力和残余应力作用下所发生的变形及由于模样或铸型变形引起的变形49形状不合格铸件的几何形状不符合铸件图的要求50尺寸不合格在铸造过程中由于各种原因造成的铸件局部尺寸或全部尺寸与铸件图的要求不符51拉长由于凝固收缩时铸型阻力大而造成的铸件部分尺寸比图样尺寸大的现象52挠曲铸件在生产过程中，由于参与应力、模样或铸型变形等原因造成的弯曲和扭曲变形。铸件在热处理过程中因未放平正或在外力作用下而发生的弯曲和扭曲变形53错型（错箱）铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开54错芯由于砂芯在分芯处错开，铸件孔腔尺寸不符合铸件的要求55偏芯（漂芯）由于型芯在金属液作用下漂浮移动，使铸件内孔位置、形状和尺寸发生偏错，不符合铸件图的要求56型芯下沉由于芯砂强度低或芯骨软，不足以支撑自重，使型芯高度降低、下部变大或下弯变形而造成的铸件变形缺陷57串皮熔模铸件内腔中的型芯露在铸件表面，使铸件缺肉58型壁移动金属液浇入砂型后型壁发生位移的现象59舂移由于舂移砂型或模样，在铸件相应部位产生的局部增厚缺陷60缩沉使用水玻璃石灰石砂型生产铸件时产生的一种铸件缺陷，其特征为铸件断面尺寸胀大61缩尺不符由于制模时所用的缩尺与合金收缩不相符而产生的一种铸造缺陷62坍流离心铸造时，因转速低、停车过早、浇注温度过高等引起合金液逆旋转方向由上向下流淌或淋降，在离心铸件内表面形成的局部凹陷、凸起或小金属瘤63铸件重量不合格（超重）铸件实际重量，相对于公称重量的偏差值超出铸件重量公差（7）夹杂物类缺陷64夹杂物铸件内或表面上存在的和基体金属成分不同的质点。包括渣、砂、涂料层、氧化物、硫化物、硅酸盐等65内生夹杂物在熔炼、浇注和凝固过程中，因金属液成分之间或金属液与炉气之间发生化学反应而生成的夹杂物以及因金属液温度下降，溶解度减小而析出的夹杂物66外生夹杂物由溶液及外来杂质引起的夹杂物67夹渣因浇注金属液不纯净，或浇注方法和浇注系统不当，由裹在金属液中的熔渣、低熔点化合物及氧化物造成的铸件中夹杂类缺陷。由于其熔点和密度通常都比金属液低，一般分布在铸件顶面或上部，以及型芯下表面和铸件死角处。断口无光泽，呈暗灰色68黑渣球墨铸铁件中由硫化镁、硫化锰、氧化镁和氧化铁等组成的夹渣缺陷。在铸件断面上呈暗灰色。一般分布在铸件上部、砂芯下表面和铸件死角处69涂料渣孔因涂层粉化、脱落后留在铸件表面而造成的，含有残留涂料堆积物质的不规则坑窝70冷豆浇注位置下方存在于铸件表面的金属珠。其化学成分与铸件相同，表面有氧化现象71磷豆含磷合金铸件表面渗析出来的兜里或汗珠状磷共晶物72内渗物（内渗豆）铸件孔洞缺陷内部带有光泽的豆柱状金属渗出物。其化学成分和铸件本体不一致，接近共晶成分73砂眼铸件内部或表面带有砂粒的孔洞74锡豆锡青铜铸件的表面或内部孔洞中渗析出来的高锡低熔点相豆粒状或汗珠状金属物75硬点在铸件的断面上出现分散的或比较大的硬质夹杂物，多在机械加工或表面处理时发现76渣气孔铸件浇注位置上表面的非金属夹杂物。通常在加工后发现与气孔并存，孔径大小不一，成群集结（8）成分组织及性能不合格类缺陷77物理力学性能不合格铸件的强度、硬度、伸长率、冲击韧度及耐热、耐蚀、耐磨等性能不符合技术条件的规定78化学成分不合格铸件的化学成分不符合技术条件的规定79金相组织不合格铸件的金相组织不符合技术条件的规定80白边过厚铁素体可锻铸铁件退火时因氧化严重在表层形成的过厚的无石墨脱碳层81菜花头由于溶解气体析出或形成密度比铸件小的新相，铸件最后凝固处或冒口表面鼓起、气泡或重皮的现象82断晶定向结晶叶片，由于横向温度场不均匀和叶片扭度较大等原因造成的柱状晶断续生长缺陷83反白口灰铸铁件断面的中心部位出现白口组织或麻口组织。外层是正常的灰口组织84过烧铸件在高温热处理过程，由于加热温度过高或加热时间过久，使其表层严重氧化，或晶界处和枝晶间的低熔点相熔化的现象。过烧使铸件组织和性能显著恶化，无法挽救85巨晶由于浇注温度高，凝固慢，在钢锭或厚壁铸件内部形成的粗大的枝晶缺陷86亮皮在铁素体可锻铸铁的断面上，存在的清晰发亮的边缘。缺陷层主要是由含有少量回火碳的珠光体组成。回火碳有时包有铁素体壳87偏析铸件或铸锭的各部分化学成分或金相组织不均匀的现象88反偏析与正偏析相反的偏析现象。溶质分配系数K1且凝固区间宽的合金缓慢凝固时，因形成粗大枝晶，富含溶质的剩余金属液在凝固收缩力和析出气体压力作用下沿枝晶间通道向先凝固区域流动，使溶质集中在铸锭或铸件的先凝固区域或表层，中心部分溶质较少89正偏析溶质分配系数K1的合金凝固时，凝固界面处一部分溶质被排出到液相中，随着温度的降低，液相中的溶质浓度逐渐增加，导致低熔点成分和易熔杂质从铸件外部到中心逐渐增多的区域偏析90宏观偏析铸件或铸锭中用肉眼或放大镜可以发现的化学成分不均匀性。分为正偏析、反偏析、型偏析、带状偏析、重力偏析。宏观偏析只能在铸造过程中采取适当措施来减轻，无法用热处理和变形加工来消除91微观偏析铸件中用显微镜或其它仪器方能确定的显微尺度范围内的化学成分不均匀性。分为枝晶偏析（晶内偏析）和晶界偏析。晶粒细化和均匀化热处理可减轻这种偏析92重力偏析在重力或离心力作用下，因密度差使金属液分离为互不溶合的金属液层，或在铸件内产生的成分和组织偏析93晶间偏析（晶界偏析）晶粒本体或枝晶之间存在的化学成分不均匀性。由合金在凝固过程中的溶质再分配导致某些溶质元素或低熔点物质富集晶界所造成94晶内偏析（枝晶偏析）固溶合金按树枝方式结晶时，由于先结晶的枝干与后结晶的枝干及枝干间的化学成分不同所引起的枝晶内和枝晶间化学成分差异95球化不良在铸件断面上，有块状黑斑或明显的小黑点，愈近中心愈密，金相组织中由较多的厚片状石墨或枝晶间石墨96球化衰退因铁液含硫量过高或球化处理后停留时间过长而引起的铸件球化不良缺陷97组织粗大铸件内部晶粒粗大，加工后表面硬度偏低，渗漏试验时，会发生渗漏现象98石墨粗大铸铁件的基体组织上分布着粗大的片状石墨。机械加工后，可看到均匀分布的石墨孔洞。加工面呈灰黑色，断口晶粒粗大。有这种缺陷的铸件，硬度和强度低于相应牌号铸铁的规定值。气密性试验时会发生渗漏现象99石墨集结在加工大断面铸铁件时，表面上充满石墨粉且边缘粗糙的部位。石墨集结处硬度低，且渗漏100铸态麻口可锻铸铁的一种金相组织缺陷。其断口退火前白中带灰，退火后有片状石墨，降低铸件的力学性能101石墨漂浮在球墨铸铁件纵断面的上部存在的一层密集的石墨黑斑。和正常的银白色断面组织相比，有清晰可见的分界线。金相组织特征为石墨球破裂，同时缺陷区富有含氧化合物和硫化镁102表面脱碳铸钢件或铸铁件因充型金属液与铸型中的氧化性物质发生反应，使铸件表层含碳量低于规定值二、 铸件缺陷分析与防止铸件缺陷的种类很多，对于铸件缺陷的分析是铸件生产工艺过程控制的重要环节。经过检验发现铸件缺陷后，首先要从铸件缺陷的特征分析入手，借助多种检测手段，准确定位缺陷类型，这是分析的重点，也是难点。在此基础上，根据车间现场生产工艺条件，查找缺陷发生的具体原因，提出改进方案和措施。（1）气孔和针孔1）产生原因。气孔可根据产生的机理分为侵入气孔和析出气孔及反应气孔三种。在金属液中溶解的气体，当浇注温度较低时，析出的气体来不及向上逸出；炉料潮湿、锈蚀、油污和带有容易产生气体的夹杂物；出铁水槽和浇包未烘干；型砂中水分超标、透气性差；涂料中含有过多的发气材料；型芯未烘干或固化，存放时间过长吸湿返潮、通气不良；浇注时有断流和气体卷入现象。2）防止方法。炉料要烘干、除锈、去油污；焦炭块度适中、固定碳含量高、含硫量低、灰分少，以提高出炉液的温度；孕育剂、球化剂和所使用的工具要烘干；防止熔炼过程中过度氧化，熔炼球墨铸铁时，尽量降低原铁水中的含硫量；型砂混制要均匀，严格控制型砂中的含水量；在保证强度的前提下，尽量减少粘土的加入量，以提高型砂的透气性；尽量减少型砂中发气物质的含量；在烘干型、芯的过程中，要控制其烘干程度；制造型砂时舂砂要均匀，型、芯排气要通畅；浇注系统设计要合理，增加直浇道高度，以提高液态金属的静压力；出气冒口要放在型腔的最高处和型腔中气体不易排出的地方。（2）缩陷、缩孔和缩松。1）产生原因。合金的液态和凝固收缩大于固态收缩且在液态和凝固收缩时得不到足够的金属液补充；浇注温度过高时易产生集中缩孔，浇注温度过低时易产生分散缩松；浇注系统和冒口与铸件连接不合理，产生较大的接触热节；铸型的刚度低，在液态金属压力和析出石墨时膨胀力的作用下，型壁扩张变形。2）防止方法。正确设计内浇道、冒口、冷铁的位置，确保铸件在凝固过程中不断有液态金属补充；改进铸件结构，使铸件有利于补缩；保证铸型有足够的刚度，对较大的铸件采用干型，防止型壁向外扩张。（3）冷裂1）产生原因。铸件壁厚相差悬殊，薄厚壁之间没有过渡，突然变化，致使冷却速度差别大，收缩不一致，造成铸件局部应力集中；金属液中含磷量高，增加了脆性；铸件内部的残留应力大，受到机械作用力时而开裂。2）防止方法。力求铸件壁厚均匀，使铸件各部分的冷却速度尽量趋于一致；尽量不使铸件收缩受阻；提高合金的熔炼质量，减少有害元素和非金属夹杂物；提高型、芯砂的质量，改善砂型、砂芯的退让性；延长铸件开箱时间，使铸件在型内缓慢冷却；对铸件进行时效处理，减少残余应力。（4）热裂1）产生原因。铸件壁厚变化突然，在合金凝固时容易产生应力集中；金属液中含硫量高，使金属材料产生热脆性；浇注系统阻碍了铸件的收缩；铸型和砂芯的退让性差，芯骨结构不合适，吃砂量太小等。2）防止方法。铸件设计要尽量避免厚度突然变化；铸件转角处做成适当的圆角，铸件中容易产生拉应力的部位和凝固较迟的部位可采用冷铁或工艺肋；单个内浇道截面不宜过大，要尽量采用分散的多个内浇道，内浇道与铸件交接处应尽量避免形成热节，浇冒口与铸件交接处要有适当的圆角，浇冒口形状和安放位置不要妨碍铸件的收缩；粘土砂中加入适量木屑或采用粘结剂，以改善型砂芯的溃散性；型砂和砂芯不宜舂得过紧；改用合适的芯骨，芯骨外部要有足够的吃砂量。（5）冷隔1)产生原因。金属液浇注温度低，流动性差；浇注系统设计不合理，内浇道数量少、断面面积小，直浇道的高度太低，金属液压头不够；金属液在型腔中的受到阻碍。2)防止方法。提高浇注温度，改善熔炼工艺，防止金属液氧化，提高流动性；改进浇注操作，防止大块熔渣堵塞塞口，浇注过程中不能断流；合理布置浇注系统，增大内浇道截面积，增多内浇道数量或改变其位置，采用较高的上箱或浇口杯加强对合型、紧固铸型的检查，防止分型面和砂芯出气孔等处跑火；改变铸件浇注位置，薄壁大平面尽量放在下面或采用倾斜浇注；铸件壁厚不能过小；提高型砂透气性，适当设置出气冒口。（6）夹砂和结疤1）产生原因。造型时紧实不均匀；型砂的抗夹砂能力差；浇注位置不合适。2）防止方法。从减少型砂膨胀力入手，在型砂中加入煤粉、沥青、重油、木屑等，使型砂膨胀时有缓冲作用；湿型使用优质膨润土，以提高湿强度；型砂的粒度适当粗一些，以提高型砂的透气性，上砂型多扎气眼；造型时力求紧实度均匀，避免砂型局部紧实度过大；严格控制型砂水分，水分不宜过高；在易产生缺陷的型砂处可插钉加固，避免表层剥落；适当降低浇注温度，缩短浇注时间，使金属液快速均匀地充满型腔。（7）粘砂1）产生原因。粘砂根据形成机理可分为机械粘砂和化学粘砂。铸件表面金属氧化，氧化物与造型材料作用生成低熔点化合物。浇注时金属液压力过大渗入砂粒间隙；当金属液温度过高并在砂型中保持液态时间较长时，金属液渗入型砂的能力强，并容易与造型材料发生化学反应，造成粘砂；造型材料的耐火度低。2）防止方法。湿型在保证有足够透气性的前提下，尽可能选用颗粒度细的原砂；提高砂型的紧实度，尤其是高大砂型下部的紧实度；铸铁件湿型砂中可以加入煤粉、重油和沥青；适当降低浇注温度；减少吃砂量以提高粘砂层的冷却速度；避免型、芯局部过热；选用耐火度高或冷却能力强的造型材料。（8）夹渣1）产生原因。浇注前金属液上面的浮渣没有扒干净，浇注时挡渣不好，浮渣随着金属液进入铸型；浇注系统设计不合理，挡渣效果差，进入浇注系统的渣子直接进入型腔而没有被排出。2）防止方法。浇注系统要使金属液流动平稳，设置集渣包和挡渣装置；尽量降低金属液中硫的含量；尽量提高金属液的出炉温度；浇包要保持清洁，最好用茶壶式浇包；浇注前可加入除渣剂，如稻草灰、冰晶石等。（9）冲砂、砂眼、掉砂1）产生原因。砂型、砂芯的强度低，型、芯烘烤过度；金属液流速太快，对型芯的局部表面冲刷时间过长；分型面不平整，芯头间隙小；下芯、合型操作时型、芯局部被压破，在紧固铸型过程中受冲击碰撞，型、芯局部掉砂；型砂的水分过高且透气性差，浇注时有沸腾现象产生；砂型内散落的砂子没有清理干净，造成有散沙形成的砂眼。2）防止方法。提高型、芯的强度；防止型、芯烘烤过度；防止内浇道正对型壁或转角处；受金属液强烈冲刷的部位，使用专门配置的耐冲刷及耐火材料制品；大的干型要预留合适的分型负数；型砂在合型、紧固铸型、放压铁和运输过程中，操作要小心，防止冲击碰撞；型、芯修补处和薄弱部位要采取加固措施（如插钉等）；下芯、合箱前要仔细检查，清理掉多余的砂子。