第卷第期洛阳工业高等专科学校学报16 1 Vol.16 No.1年月 20063 Journal of Luoyang Technology College Mar. 2006
使用消失模生产铸件，铸铁件的含碳量接近于饱和，气相和铸件之间碳的浓度梯度很小，气相中的游离碳不易迁移扩散到铸件表面。因此浇注铸铁件时很少产生表面增碳。
对铸铁件来说，表面皱皮是最常见缺陷。因为游离碳不容易渗入铸件表层，而是沉积在铸件和铸型的表面。这些高温碳局部堆积过多，引起铸件表面粗糙，这就是皱皮
缺陷。如图所示。
1
）波纹状皱皮
）滴瘤状皱皮
a b
）冷隔状皱皮）夹渣状皱皮
c d 图皱皮缺陷
1 皱皮缺陷按外观可分为：波纹状皱皮、滴瘤状皱皮、冷隔状皱皮和夹渣状皱皮，一般波纹状皱皮深度较浅，而后三种较深。其深度轻者～，严重的达左右0.1 1 mm 10 mm [1]
。这类缺陷表面常覆盖有轻质发亮的碳薄片，在缺陷的凹陷处充满有烟黑、碳，为表面碳缺陷。皱皮缺陷常出现在金属液最后流到部位或液流的“冷端”部位。
皱皮缺陷的产生机理1
皱皮的产生是一个复杂的过程，涉及模型的受热分
解、液态金属释放热量降温以及模型的分解产物与铸型和液态金属的相互作用等。
浇注时，模型和金属液接触，分解成气态、液态和EPS 固态三种成分。气相主要由、CO CO 2、H 2、甲烷和苯乙烯及其衍生物组成；液相主要由苯、甲苯、苯乙烯和玻璃态聚苯乙烯等液态烃基组成；固相主要由聚苯乙烯热解形成的光亮碳和焦状残留物组成[2]。
）金属液面与铸型间的残留固相碳形成皱皮缺陷1[3]固 相中的光亮碳与气相、液相形成熔胶黏着状，液相也会以一定速度分解形成二次气相和固相。液态中的二聚物、三聚物及再聚合物往往会出现一种粘稠的沥青状液体。这种
液态分解物残留在涂层内侧，一部分被涂层吸收，一部分在铸件与涂层之间形成薄膜，这部分薄膜在还原（）CO 气氛下形成细片状或皮屑状的结晶残碳，即形成了皱皮。其中部分聚集在铸件表面，并呈不规则的粗粒状，形成滴瘤状皱皮。夹渣状皱皮即主要是在浇注过程中，金属液内卷入未及气化的聚苯乙烯固态产物，在铸件冷却凝固后这些烟黑状碳灰夹杂在铸件的表面形成不规则夹渣状皱皮缺陷。
）金属液流的“冷端”部位，残留液相由于表面张力
2收缩形成皱皮缺陷 在产生裂解产物或焦油状残渣的过EPS 程中，软化收缩，使原来泡沫塑料中很薄的蜂窝状组织隔膜增厚好几千倍，破坏了泡沫状组织，形成很厚的硬膜。这种液态状或硬膜状的聚苯乙烯残渣呈玻璃态漂浮在金属液面上或粘附在铸型型壁上 [3]。于是，这些在边界上保持下来的液态，在铁水冷凝过程中来不及气化，因表面张力EPS 与铁水不同，引起收缩，在金属液冷却凝固后使它形成不连续的波纹状皱皮缺陷和冷隔状皱皮。
）脉动式的流动过程产生皱皮缺陷3
和液态金属EPS 接触后迅速气化，产生大量的气体。在浇注初期，金属压头较大，液态金属充型顺利。但是随着浇注进行，由于涂料和铸型透气性一定，气隙处的压力逐渐增大，这样，必然在某一时刻金属压头与气隙处压力达到平衡，此瞬间金属流动受阻。当气体逸出部分后，气隙压力下降，液态金
消失模铸铁件的皱皮缺陷研究
朱春熙，邱晓嘉，韩静
（洛阳工业高等专科学校，河南洛阳）
471003摘要 : 从消失模铸铁件表面产生皱皮缺陷的机理入手，残留固相碳、残留液相表面张力收缩和液态金属脉动式的流动过程均可引起皱皮缺陷，而模样气化不完全是铸铁件产生皱皮缺陷的根本原因。分析了影响铸铁件产生皱皮的几种主要因素：模样材料、合金的成分、浇注的温度和速度、浇注系统形式、涂料和型砂的透气性及铸件本身形状影响等。据此提出防止皱皮缺陷应该采取的措施。关键词: 消失模；皱皮缺陷；铸铁；机理
中图分类号:TG21+3 文献标识码:A 文章编号: 1008-8814(2006)01-0016-03
第期
1朱春熙等消失模铸铁件的皱皮缺陷研究 17
属重新流动，直到下一次平衡。如此反复，即是脉动式的流动[2]。
如图所示，）为金属液压头与气隙压力平衡，金属2a
液瞬间停止流动状态，）为气隙压力下降，金属继续流动
b
状态。在浇注系统的末端，如果金属液前端温度低于液相线温度，在停止流动的瞬间，液态金属前端将凝固产生一层薄壳，随后恢复继续流动，薄壳被金属液冲破，同时被挤向型壁。由于此薄壳已有一定强度，不能完全与型壁贴
合，冷却后即形成波纹状皱皮。
液态金属凝固薄壳气隙液相产物
1. 2. 3. 4. 5.EPS
图脉动式流动产生皱皮
2
对于灰铸铁，在温度℃～℃时，产生波纹状
11501170
皱皮缺陷。可以看出，皱皮产生于温度低于液相线而略高于共晶温度范围，此时，金属液已不能重熔表层薄壳。由此可知，皱皮的产生与金属液停止流动时刻的温度分布有关，可以证明上面机理的作用，普通砂型铸造发生皱皮时，也有类似机理存在。
不过，脉动式流动理论只是在铸件充型的末端，液态金属过冷状态下才产生一定的作用。铸铁件产生皱皮缺陷的根本原因还是模样气化不完全，产生残余固相碳或者残余的呈玻璃态的液相，并与金属液面作用的结果。
影响皱皮缺陷的因素
2
从上述分析可以看出，影响铸铁皱皮缺陷的因素很多，分析如下。
）模样材料的影响
1泡沫塑料的液态（或固态）高温分解产物愈少，产生缺陷的可能性也就愈小。模样密度
EPS
≤0.02 g/cm3时，铸件几乎没有皱皮缺陷，随着密度增加皱皮也随之增加[4]。
）合金的影响
2生产实践发现，可锻铸铁比灰铸铁缺陷少，高牌号铸铁比低牌号铸铁缺陷少。在上述各类合金中，除浇注温度和型砂不同外，最大区别就是含碳量的多少。合金中碳含量愈多，缺陷就愈越严重；反之，则有所减轻。
）浇注温度和速度的影响
3在型内受高温金属液
EPS
作用主要是气化的吸热反应，这样势必降低金属液的温度和流动性，影响其充型能力。所以提高金属液的浇注温度和速度可弥补它的热损失，减少分解产物中的固、液相和玻璃态成分，有利于泡沫塑料的气化和改善金属液的充型能力。
）浇注系统的影响
4浇注系统的设置对金属液的流动和温度场均有重大影响。消失模铸造的特点要求金属液比一般铸造法更平稳、迅速地充满铸型，保证泡沫塑料残渣和气体逸出型外或被挤入型砂中；同时，还应尽量减少浇注过程中金属液流的热损失，有利于泡沫塑料模的气化。
顶注和侧注不易出现皱皮缺陷，但下落的金属液易将模样分解产物卷入，产生内部缺陷；底注可实现层流和的
EPS 有序气化，但易在顶部，特别是在厚大部位造成皱皮缺陷。
）涂料、型砂透气性的影响
5的气化速度主要取
EPS
决于气体渗入型砂并逸散的速度。提高型砂的透气性有利于增大气隙的距离，从而使气体能够在更大的面积内透过型砂而逸散。这样金属液充型所受阻力较小、充型快，大大减小了脉动式流动所产生的皱皮缺陷。
）铸件形状的影响
6铸件的体积与表面积之比V/S（模数）愈大，或上表面愈大，则铸件的上表面就极易产生皱皮缺陷。这是因为铸件的模数越大，相对表面积就越小，不利于分解产物的排出
EPS[6]。
消除铸铁皱皮缺陷的措施
3
消除铸铁皱皮缺陷应该尽量使模型和液态金属后直
EPS
接转变为气体而逸出型外。据此，提出以下几点消除缺陷的措施。
选择适宜的泡沫塑料
3.1
）根据铸造合金的种类、铸件形状以及型砂的特点，1
选用密度低的铸造用作模型材料，对一些大型厚壁模样
EPS
还可以采用空心结构，保证泡沫塑料的残渣少、烟雾少、气化速度快，尽量减少与金属液接触时焦油状液体残渣
EPS
和固相分解产物的生成。
）向内加入促进气化和阻止燃烧裂解的物质，如2EPS
对苯醌、甲基紫、三氟化硼等添加剂，帮助泡沫塑料在接触高温金属液时能尽快地气化。
提高浇注温度和浇注速度
3.2
将铸铁的浇注温度比砂型铸造时提高℃～℃，并加
3080
快浇注速度（以保证金属液流动平稳为原则）。对于负压干砂实型铸造，铁液浇注温度一般采用℃～℃。
14201470设计合理的浇注系统
3.3
对于高度不大的小型铸件采用顶注；对于大面积或高大的铸件，应尽量采用分散多道或分层阶梯浇注，避免浇道过于集中，这样有利于金属液平稳、迅速地充满铸型，对改善铸件质量起到较好的作用。
在顶端或死角处设置集渣冒口或加大切除量，将皱皮集中。
提高铸型的透气性
3.4
）提高型砂的透气性，选用粗砂（＞目）、控制粘120
结剂加入量、控制其水分不超过％；
6
）多扎气眼或多设出气冒口；
2
