知识篇——消失模铸件炭黑、与皱皮缺陷怎样消除？

在消失模生产中，炭黑缺陷往往与皱皮同时产生，产生的原因有很多相同的地方。

白模材料、浇注温度、抽负压值不当都造成消失模铸件出现炭黑、皱皮缺陷。

所以，我把这两项缺陷的资料合并到一起，让做消失模的老铁们有对照和对比。

下面我们先来一张具有炭黑和皱皮特征的消失模铸件照片

一、炭黑缺陷产生的原因及解决方法

消失模铸件缺陷中炭黑是一类常见的缺陷，该类缺陷在铸铁件上尤其是球墨铸铁件生产中很容易产生。由于造成铸件炭黑缺陷的因素是多方面的，在生产中企业应该尽可能得控制好所有影响铸件产生炭黑缺陷的条件，谨防炭黑缺陷影响铸件整体质量。

一般情况下，消失模铸造过程中会采用EPS或StMMA模样的消失模，即白模，白模易产生炭黑缺陷，造成铸件表面出现积碳、炭黑、黑渣状杂物。除了这方面原因，炭黑的产生还与浇注温度和浇注系统及浇注工艺、消失模涂料性能、砂型的紧实度和透气性，真空泵抽气操作等皆有很大的关系，以下是影响铸件产生炭黑缺陷的具体原因分析：

（1）由于白模材料EPS本身的C/H质量比为92/8，其本身不含O元素，碳元素含量高，因此，EPS的白模容易产生炭黑。

（2）消失模涂料性能和质量欠佳，没有达到充分排气。生产实践中球墨铸铁比灰铸铁更易铸型炭黑，液态的EPS对涂层的润湿性更易出现炭黑，EPS是固——液——气态的转变，当液态的热解产物来不及裂解为气体时，在高温下烘烤就形成固态炭黑。

（3）浇注温度和浇注系统及浇注工艺。白模没有完全分解，裂解，气化EPS，StMMA，导致出现焦化状的夹渣，从而形成炭黑，尤其是使用EPS白模，球墨铸铁薄壁和冲天炉熔炼处理的球墨铸铁的铁液，更易产生炭黑。鉴于此，建议企业在选择白模时尽量采用StMMA。

（4）砂型的紧实度和透气性，真空泵抽气。砂型紧实度太高会阻碍EPS的分解，裂解气体和抽出，液态的EPS在抽气时不能被渗溢出，也会产生炭黑。　

炭黑缺陷虽说不像其他类严重缺陷一样可导致铸件报废，但是炭黑缺陷的存在给铸件外观质量造成了严重的影响，企业在了解到产生炭黑缺陷的原因之后应该谨慎生产，避免铸件产生炭黑缺陷。

二、皱皮缺陷产生的原因及解决方法

1．铸铁件表面皱皮(积碳)

铸件表面有厚薄不同的皱皮，有波纹状、滴瘤状、冷隔状、渣状或夹气夹杂状等。波纹状较浅，其余皱皮则较厚、较深。其表面常呈轻质发亮的碳薄片(光亮碳膜)，深凹沟陷处充满烟黑、碳黑等。皱皮的厚度为0.1一1.0mm，甚至超过10mm，导致铸件报废。这种缺陷往往在铁液最后流到的部位或液流的“冷端”部位。大件出现在上部;15-20mm现在侧面或铸件的死角部位，这与浇注系统(顶注、底注、侧注、阶梯注)有关。当1350-1420℃的铁液注人型内时，EPS或STMMA料模急剧分解，在模样与铁液间成气隙，料模热解形成一次气相、液相和固液气相主要由CO,CO2,H2,CH4,和分子量较小的乙烯及其衍生物组成;液相由苯、甲苯、乙烯和璃态聚苯乙烯等液态烃基组成;固相主要是由聚苯乙烯热解形成的光亮碳和焦油状残留物组成，因固相中的光亮碳与气相、液相形成熔胶粘着液相也会以一定速度分解形成二次气相和固液态中的二聚物、三聚物及存在再聚合物，这当中往往会出现一种粘稠的沥青状液体，这种液分解物残留在涂层内侧，一部分被涂层吸收分在铸件与涂层之间形成薄膜，这层薄膜在还原(CO)气氛下形成了细片状或皮屑状、波纹状的结晶残碳即光亮碳，此种密度较低(疏松)的光碳与铁液的润湿性很差，因此在此铸件表面形成碳沉积(皱皮)。

A．影响因素

(1)泡塑模样:模料EPS比EPMMA,STMMA更容易形成皱皮，因为EPS含碳量比后二者高，其中EPS含碳92% , STMMA(苯乙烯—甲基丙烯酸甲脂共聚树脂)含碳69.6% , EPMMA(可发性聚甲基丙烯酸甲脂)含碳60.0%;此外，模样密度越高体积越大，分解后液相产物越多，越容易产生皱皮。

(2)铸件材料成分的影响:含碳低的铸铁件(合金铸铁)，模型分解产物中的碳可以部份溶解其中，不易产生皱皮;含碳高的铸铁(球铁)最易形成皱皮缺陷。

(3)浇注系统影响:浇注系统对铁液充型流动场及温度场有着重大影响，直接决定着EPS(EPMMA,STMMA)模料的热解产物及其流向;加大直、横、内浇道截面积，易产生皱皮(模料量增多)。顶注要比底注出现皱皮几率小，顶部冒口有利于消除皱皮。

(4)铸件结构影响:铸件的体积与表面积之比(模数)越小，越有利于模型热解产物排出，皱皮缺陷产生倾向越小。

(5)浇注温度的影响:随着浇注温度的提高模料热解更彻底，气相产物比例增加，液、固相产物减少，有利于减少或消除皱皮现。

(6)涂料层及型砂透气性的影响:涂层及型砂透气性越高，越有利于模型热解产物的排出，减少了形成皱皮倾向，因此，涂层越薄、涂料骨料越粗，型砂粒度越粗，越有利于排气，减少皱皮出现。

(7)负压度影响:实践证明，随铸型负压度提高，皱皮缺陷减少或消除。因为负压度越高，充型速度越快，浇注时间变短，致使低粘度的液相产物来不及转变为高粘度液相分解产物，光亮碳出现减少;负压度越高，越有利于模样热解产物通过涂料层进人砂层，越有利于减少皱皮形成或出现。

(8)工艺参数配合的影响:浇注温度，浇注速度，真空度等工艺参数配合不当会引起皱皮。当浇注速度加快时，流股变粗，如果没有相应提高真空度，常会出现皱皮。

B．防止措施

(1)采用低密度EPS或EPMMA作模样材料;较大的铸件或直浇道，可采用空心的模样和直浇道以减少发气量，模料密度0.016~0.022 gcm3为宜。

(2)浇注系统应保证铁液流动平稳、平衡、迅速地充满铸型，以保证泡沫塑料残渣和气体逸出型腔外或被吸排入涂层和干砂空隙中，尽量减少浇注过程中铁液流热量的损耗，以利加速模料气化。采用顶注和侧注虽不易出现皱皮，但会产生内部富碳缺陷(因为下落的铁液流易将模样分解后的残留物卷入);底注能减少铸件内部富碳缺陷，但易在顶面，特别是厚大部位造成皱皮。对于高度不大的小铸件宜采用顶注，大件宜采用阶梯式侧注，并保证内浇道由下而上逐层进铁。在顶端或残余物挤至死角处设置集渣冒口，或加大切除量，将皱皮集中去除。

(3)提高浇注温度和浇注速度，使铁液有充分热量将模料气化，减少其分解物中的固相、液相及玻璃态成分。铁液浇注温度宜比砂型铸造高30-80℃，或再高些，对于负压干砂消失模铸造铁液浇注温度以1 420~ I 480℃为佳。浇注液流股由细、小，变粗、大，再转细、小。收包时，冒口要补浇。

(4)合理地控制负压度，由于负压缺氧，浇注时模料将主要发生气化，而很少燃烧，使发气量大为降低104 g泡沫塑料模在空气中1 000℃燃烧时生成1000 L气体;在缺氧条件下只产生100L气体。并且，气体产物能及时通过干砂型被抽去，铁液与模样之间的间隙压力降低，铁液充型速度加快，有利于模样分解。

(5)提高涂层的透气性。涂料的透气性取决于涂料中耐火材料的粒度、配比及涂层厚度，好的涂料涂层在0.5~1.0 mm已具有足够强度并有良好的透气性。涂层过厚会使透气性下降，逸气通道受阻，易产生气孔、皱皮等缺陷。球墨铸铁件涂料不能加入有机物将其烘干而提高透气性，因为涂料中存在着有机物的残余，增加了C,H2含量反而易致气孔或皱皮。

(6)降低铸铁碳当量，减少自由碳数量，配料时尽量按标准化学成分下限熔炼铁液。型砂可采用具有氧化性能脱碳的702砂。

影响皱皮缺陷的因素是多方面的，应紧紧抓住有利于泡沫塑料模气化这个中心因素，综合考虑各方面影响问题。制定出最佳工艺来保证获得无皱皮的优质消失模浇注铸铁件。

文章来源：铸造网络平台