表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)

表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)

注：

1.牌號中的"DT"和" GT"，分別為“低碳"和“高碳"的拼音字母的字母，表示含碳全的高低。

2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見GB/T8263-1999。

3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補(bǔ)焊。

一，消失模鑄造的夾渣缺陷

夾渣缺陷是指干砂粒、涂料及其他夾雜物在澆注過程中隨著鐵水進(jìn)入鑄件而形成的缺陷。在機(jī)加工后的鑄件表面上，可看到白色或黑灰色的夾雜物斑點，單個或成片分布,白色為石英砂顆粒，黑灰色為渣、涂料、泡沫模型熱解后殘留物和其他夾雜。這種缺陷俗稱為“進(jìn)砂"或“夾渣"，在消失模鑄造生產(chǎn)中該缺陷是一種很常見的缺陷。幾乎采用消失模鑄造的工廠是普遍存在的，且很難。只有在每一道工序上采取多種措施且精心操作才能把“夾渣"降到很低，取得比較滿意的效果。 在消失模鑄件冷卻打箱后未清理前，根據(jù)鑄件及澆注系統(tǒng)表面狀況，即可以判定有沒有進(jìn)砂和夾渣缺陷。如果澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道和澆口表面或連接處以及鑄件表面粘砂嚴(yán)重或有裂紋狀粘砂存在，則基本可以肯定鑄件有夾渣和進(jìn)砂缺陷。砸斷澆道棒或澆道拉筋，可看到斷口上有白色斑點，嚴(yán)重時斷口形成一圈白色斑點。這樣的鑄件，特別是板狀、圓餅狀鑄件機(jī)加工后加工面上就會有白色、黑灰色斑點缺陷。如果工序操作規(guī)程控制不嚴(yán)格，生產(chǎn)的鑄件嚴(yán)重的影響了鑄件質(zhì)量和定單完成的進(jìn)度。
二，造成夾渣和進(jìn)砂缺陷的原因
經(jīng)過我們在生產(chǎn)實踐中長期觀察證明，從澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道至鑄件，所有部位都有可能造成進(jìn)砂，特別是澆注系統(tǒng)與鑄件的結(jié)合部位。在整個生產(chǎn)過程中，澆注系統(tǒng)白模表面的涂料脫落開裂、白模結(jié)合部位的涂料脫落開裂、泡沫塑料白模表面的涂料脫落開裂、直澆道封閉不嚴(yán)密等因素是造成夾渣、進(jìn)砂缺陷的最主要原因。其次，工藝參數(shù)的選擇，如澆注系統(tǒng)凈壓頭大小、澆注溫度高低、負(fù)壓度大小、干砂粒度等因素，以及模型運(yùn)輸過程及裝箱操作情況等都對鑄件夾渣和進(jìn)砂缺陷有很大影響。只有在這些環(huán)節(jié)采取系統(tǒng)的措施、精心操作，才能把鑄件的夾渣缺陷減少和基本，獲得優(yōu)質(zhì)鑄件?？朔A渣缺陷是一個系統(tǒng)工程。
三，減少和克服夾渣缺陷的方法和措施
進(jìn)砂問題、夾渣缺陷是消失模鑄造生產(chǎn)的一大難題。目前消失模鑄造生產(chǎn)很成功的主要是三類產(chǎn)品，即抗磨件、管件和箱體類鑄件，它們都是很少加工或不加工的鑄件。對于加工面多且要求高的鑄件，夾渣缺陷是一個關(guān)鍵需要解決的問題。我們的經(jīng)驗是從以下幾個方面采取措施可以減少和夾渣缺陷：
1，涂料
消失模涂料的作用是：1），提高鑄件表面光潔度、使鑄件粗燥度降低2－3個等級，提高鑄件表面質(zhì)量和使用性能。2）減少和防止粘砂、砂孔缺陷。 3），有利于清砂、落砂。 4），將澆注時消失模融熔的液體和氣體順利通過涂料層排出到鑄型砂中去，而且防止金屬液滲入砂型，防止鑄件產(chǎn)生氣孔、金屬滲透和碳缺陷。 5），提高模樣強(qiáng)度和剛度，防止在運(yùn)輸、填砂震動造型時產(chǎn)生變形和破壞，有利于提高鑄件尺寸精度和成品率。 消失模鑄造用涂料要求具有強(qiáng)度、透氣性、耐火度、絕熱性、爆熱抗裂性、耐急泠急熱性、吸濕性、清理性、涂掛性、懸浮性、不流淌性等一系列性能，防止夾渣缺陷首先要求涂料具有高的強(qiáng)度和耐火性能。要求涂掛于白模表面的涂料層在烘干和運(yùn)輸過程中不產(chǎn)生裂紋和開裂，即涂料應(yīng)具有足夠的室溫強(qiáng)度；而在澆注過程中，在高溫金屬的長時間沖刷作用下涂料層也要不脫落、不產(chǎn)生裂紋開裂，即有高的高溫強(qiáng)度。在液態(tài)金屬進(jìn)入鑄型時直澆口封閉嚴(yán)密、鑄件和澆注系統(tǒng)表面的涂料層不脫落、不產(chǎn)生裂紋和開裂是防止夾渣缺陷的首要條件，如果澆道密封不嚴(yán)密，涂料層產(chǎn)生脫落、裂紋和開裂，大量砂粒、涂料和夾雜物就會進(jìn)入金屬形成夾渣缺陷。強(qiáng)度和透氣性是涂料的兩個重要的性能，有時候要求澆注系統(tǒng)用的涂料要比鑄件涂料具有更高的耐火強(qiáng)度，以抵御高溫金屬長時間的沖刷作用而不脫落開裂。操作工在涂刷過程必須涂料的均勻性。
2．裝箱操作
在裝箱時模樣組（模型+澆注系統(tǒng)）表面的涂料層不允許有任何脫落、裂紋和開裂，特別是在直澆道與橫澆道結(jié)合處、橫澆道與內(nèi)澆道結(jié)合處、內(nèi)澆口與鑄型結(jié)合處，只要有松動、裂紋、連接不牢靠就有可能進(jìn)砂。這就要求結(jié)合處強(qiáng)度要高、涂料要比較厚，澆注系統(tǒng)要有足夠的剛性，必要時需設(shè)置拉筋或加固套。模樣組放置于砂箱底砂上時應(yīng)平穩(wěn)，不允許懸空放置時即開始撒砂震動造型，以避免震裂涂料層。不要正對模樣猛烈加砂，應(yīng)先用軟管加砂，震動振實時再用雨淋設(shè)備撒砂。開始震動造型時震動要輕微、震幅要小，等干砂埋住模樣再大幅震動。在震動造型時澆注系統(tǒng)特別是直澆道時不允許掰、彎，以免涂料層破裂，要嚴(yán)密封閉直澆口以免進(jìn)砂。整個裝箱、撒砂、震動、造型操作過程要非常仔細(xì)小心，一定要在澆注前模樣組涂料層沒有任何脫落、開裂和裂紋。在澆注前應(yīng)再次把澆口杯清理沒有浮砂、塵土和雜物。
3，澆注壓頭、溫度和時間
澆注時壓頭越高對澆注系統(tǒng)和鑄型的沖刷越大，沖壞涂料造成進(jìn)砂的可能性也越大，對不同大小的鑄件壓頭要有所不同。要選擇容量合適的澆包，澆包要盡可能降低澆注高度，包嘴盡量靠近澆口杯，應(yīng)避免用大包澆小活。 澆注溫度越高，對涂料性能要求就越高，就越容易產(chǎn)生粘砂夾渣等缺陷，應(yīng)選擇合適的澆注溫度。對于灰鑄鐵件，出爐溫度可在1480℃左右，澆注溫度為1380－1420℃；球鐵鑄件出爐溫度應(yīng)在1500℃以上，澆注溫度為1420－1450℃；鑄鋼件澆注溫度為1480－1560℃。一箱需鐵水300－500公斤的鑄鐵件澆注時間可控制在10－20秒左右。
4，負(fù)壓
消失模鑄造的澆注過程一般都是在真空條件下進(jìn)行的，負(fù)壓的作用是緊實干砂、加快排氣、提高充型能力，在真空密封條件下澆注改善了工作環(huán)境。 負(fù)壓度的大小對鑄件質(zhì)量有很大影響，過大的負(fù)壓度使金屬液流經(jīng)開裂、裂紋處時吸入干砂和夾雜物的可能性增加，也使鑄件的粘砂缺陷增加。過快的充型速度增加了金屬對澆道和鑄型的沖刷能力，易使涂料脫落進(jìn)入金屬，也容易沖壞涂料層造成進(jìn)砂。對于鑄鐵件，合適的負(fù)壓度一般0.025－0.04MPa
5，設(shè)置擋渣、撇渣和集渣冒口
在澆注系統(tǒng)設(shè)置擋渣、撇渣和鑄件上設(shè)置集渣冒口和采取擋渣、撇渣措施有助于改善進(jìn)砂和夾渣缺陷。
6，型砂 型砂粒度過粗、過細(xì)都影響夾渣和粘砂缺陷的產(chǎn)生，粒度過粗使粘砂夾渣缺陷增加。鑄鐵件一般采用粒度30/50的干石英砂（水洗砂）即可。
7，采用鐵水凈化技術(shù) 消失模鑄件的整個成型過程都要考慮鐵水凈化問題，這是消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一。包括從鐵水熔煉、過熱、直至澆入鑄型的全過程均要考慮凈化問題，過濾技術(shù)是其中之一。

、 熱量。砂型內(nèi)的白模澆注系統(tǒng)（直、橫、內(nèi)澆道）和連接鑄件，必須融解、裂解、分解、氣化掉，其整個空位讓合金液注入。一般合金液的澆注溫度比砂型鑄造提高30---50℃，薄壁件至80℃，使其提高溫度，有足夠的熱量來融化掉所有白模。以提高50℃澆注溫度1500℃高錳鋼液澆注篩板為例，頂注（直、橫、內(nèi)澆道合一），如喉管澆口杯下接直、橫、內(nèi)澆道，澆道偏大、偏多，則進(jìn)入型腔的鋼液溫度過高、過快，使腔內(nèi)過熱，而產(chǎn)生的缺陷有：粘砂、化學(xué)粘砂、涂層開裂、剝落造成脹砂、結(jié)疤、鼓凸、多肉等，塌砂、腔內(nèi)鋼液進(jìn)入過速過猛沖擊力過大，溫度又過高，使局部砂型潰崩、塌散，使鑄件報廢；同樣的過熱澆注溫度，而采用底注，直、橫、內(nèi)澆道截面過小、偏少，使鋼液進(jìn)內(nèi)腔時速度變緩變慢，時間又過長，促使溫度降低過甚，以致局部地方白模干凈融化，而產(chǎn)生的缺陷：皺皮、積碳、里皮、粘砂、物理機(jī)械粘砂，鋼液、砂、白模分解殘余液、固物光亮碳和焦油，粘結(jié)在一起，難以清理，澆不到、缺肉、重皮、夾渣、夾雜、夾氣---等等。所以必須要考慮對鑄件相適應(yīng)的澆注系統(tǒng)，直、橫、內(nèi)截面積，以控制進(jìn)入型腔的適當(dāng)?shù)乃俣?，溫度和熱場的分布，才能獲得合格鑄件。

2、 渣、雜的排除。白模受合金液提供熱量后熱解形成一次氣相、液相和固相。氣相主要由CO、CO2、H2、CH4和分子量較小的苯乙烯以及它們的衍生物組成；液相由苯、甲苯、乙烯和玻璃態(tài)聚苯乙烯等液態(tài)烴基組成；固相由聚苯乙烯形成的光亮碳和焦油狀殘留物組成。其光亮碳、氣相、液相形成熔膠粘著狀；液相二次分解形成二次氣相和固相，液態(tài)中二聚物、三聚物及再聚物，會出現(xiàn)粘稠的瀝青狀粘液態(tài)，這些物質(zhì)在整個澆注系統(tǒng)流動過程中，會隨著合金液進(jìn)入型腔而形成夾渣、夾雜。因此在進(jìn)入內(nèi)澆道前設(shè)法直、橫、內(nèi)澆道中端頭或兩端留有集渣坑（包），以利集中，因此內(nèi)澆道截面能扼制流速、流量，使渣檔在橫澆道二端俘集；進(jìn)入型腔的合金液溫度具有一定流動性，以便讓渣上浮，同時留出一定時間使渣能浮至液面；內(nèi)澆口截面的大小、分布、角度，使進(jìn)入型腔的合金液不產(chǎn)生紊流，不利浮渣，而要平靜和穩(wěn)定的上升，利于浮出渣，將這些渣雜納入冒口或設(shè)置集渣包中，所以澆注系統(tǒng)設(shè)計時必須仔細(xì)考慮集渣排渣等工藝措施。
3、 排氣。白模在高溫合金液的作用下進(jìn)而熱解反應(yīng)，尤其1350℃---1550℃急劇裂解，析出H2可達(dá)48%，聚苯乙烯熱解時析出氣體（CnH2n,H2,CH4等），800℃時165---175cm3/g，1000℃時500---518cm3/g，1200℃時738---689cm3/g，不同合金澆注溫度下的EPS發(fā)氣量：鋅合金450℃時，25cm3/g，銀合金750℃時，40cm3/g，鑄鐵1300℃時，300cm3/g,，鑄鋼，1550℃時500---600cm3/g。白模在澆注系統(tǒng)和模型中的量（大小、結(jié)構(gòu)、形狀、重量及布置）起著決定性作用，加上澆注溫度、澆注速度，直接影響發(fā)氣量，由于發(fā)氣量在不同溫度區(qū)間是不一樣的，首先控制好在澆注過程中的白模發(fā)氣量，澆注溫度過高、速度又快，尤其是直澆道短粗，極易發(fā)生氣體爆發(fā)，再加上真空泵吸氣偏小，造成反噴，危及，設(shè)計控制白模量（密度、大?。?，使發(fā)氣平穩(wěn)有序；在平穩(wěn)有序的澆注下，白模產(chǎn)生氣體和砂型中出來氣體和合金液析出氣體，及時由真空泵吸出或通過澆注系統(tǒng)的冒口（出氣冒口）、集渣冒口逸出。必須協(xié)調(diào)好真空泵從砂箱中的上、中、下、底部吸氣方向，和熱氣上升的規(guī)律，使氣體吸排干凈，否則，砂箱底下吸氣，真空泵吸氣偏小，同時產(chǎn)生的氣體并不少，這樣就出現(xiàn)鑄件某處斷面，熱氣上升，吸氣向下二者相持而產(chǎn)生大量氣孔。
4、 型腔溫度場。澆注系統(tǒng)尤其是內(nèi)澆道的斷面積大小分布、多少，內(nèi)澆道進(jìn)合金液方向，位置側(cè)面四壁（上、中、下、頂、底等六面的）內(nèi)澆口，都直接影響著型腔內(nèi)溫度場的分布均衡，對于要求均衡化凝固的鑄件比如低牌號鑄鐵、球墨鑄鐵和小中件錳鋼（無特別力學(xué)性能要求），其內(nèi)澆口務(wù)必在鑄件的壁薄處均布進(jìn)入（鑄件重量大小、壁厚結(jié)構(gòu)差異、尺寸、體積等情況，使整個型腔合金液的溫度場分布，左右、前后、上下均衡，便于同時結(jié)晶凝固（時間不拉長）；對于要求順序凝固鑄件如碳鋼、低合金鋼、中大高錳鋼、中大鑄鐵球鐵件等，內(nèi)澆口的選擇要由頂注或底面進(jìn)入，再設(shè)中、上的階梯澆注橫、內(nèi)澆口進(jìn)入，這樣使型腔的合金液下面溫度低、上面溫度高，有冒口處溫度，便于順序凝固和補(bǔ)縮；也可設(shè)置鑄件型腔中---側(cè)內(nèi)澆口進(jìn)入，分布時使一端（斷面大小、多少）溫度低，另外一端溫度高，再在高溫時設(shè)置集渣包、出氣冒口、冒口，以便順序凝固，高溫端向低溫端鑄件補(bǔ)縮。總之，內(nèi)澆口設(shè)置是決定型腔溫度場的關(guān)鍵，要獲得合格鑄件，必須遵循合金的凝固特征。