铸件常见缺陷及防止方法

在铸造生产过程中，铸件受到型砂质量、砂型烘干质量、金属液质量、铸件结构、浇冒口位置与大小、铸造工艺方案等因素的影响，会产生各种缺陷。在铸件质量检查过程中，如果能比较准确地判断出铸件产生缺陷的原因，并采取相应的防范措施，则可减少铸件的缺陷，提高铸件合格率和质量等级。

1.孔洞类缺陷的特征、产生原因及防止方法

（1）气孔缺陷 气孔的孔壁光滑，大气孔形状多为梨形、圆形或椭圆形，常孤立存在，并不露出铸件表面。小气孔多成群出现在铸件表面，又称为针孔。有的针孔出现在铸件皮下1～2mm的位置，通常在机械加工或热处理后才能被发现。气孔多出现于铸件表面或靠近砂芯、冷铁、芯撑或浇冒口附近，如图6-12～图6-14所示。

气孔按其产生原因的不同，可分为析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔三大类。

1）析出性气孔。这种气孔尺寸小，多以针状或球状分散在铸件各个断面内，往往出现在同一炉或某一类铸钢件和非铁合金铸件中，铸铁件不易产生这种气孔。

①析出性气孔产生的原因：在金属熔炼过程中，铁能够大量溶解氢、氮、氧。铁在凝固时，氢和氧被析出，由于CO不溶于铁液中，在金属凝固过程中被析出构成气泡萌芽，随着金属凝固温度的不断降低，溶解在铁液中的氢和氮扩散到气泡萌芽中并使其长大。炉料中的锈蚀、水分、油垢等在金属熔炼过程中都会产生大量气体，如果金属在熔炼的过程中过分氧化或溶解过多的气体，就容易形成析出性气孔。

图6-12 铸件中常见气孔位置

a）上表面 b）内表面 c）最后凝固部位

②防止产生析出性气孔的方法：对于质量要求比较高的铸件，应对炉料进行烘干和防锈处理；熔炼金属时加入适量的熔剂，在金属液面上形成熔渣保护层隔离空气，避免金属液吸收大量气体；铸钢熔炼时进行脱氧处理，烘干浇包及浇注工具，对金属液进行镇静处理，采用高温出炉低温浇注或真空熔炼和压力浇注等措施，可以防止铸件产生析出性气孔。

2）侵入性气孔。气孔形状大多呈椭圆形或梨形，气孔尺寸较大，孔壁被氧化。侵入性气孔一般出现在铸件的某一局部。由于形成气孔的气泡能够在金属液中上浮，因此有的气孔出现在铸件上方表面，通常铸铁件出现这类气孔较多。

①侵入性气孔产生的原因：砂型中的水分、粘结剂、附加物等造型材料在浇注过程中受热产生气体，特别是水分在浇注过程中产生大量的蒸汽，蒸汽的体积比水分的体积大了上千倍，并且膨胀速度相当快，如果砂型含水量过多，则浇入铸型的金属液会产生“沸腾”现象。

砂型在浇注过程中产生的气体侵入金属液内的过程如图6-13所示。金属液浇入砂型中，在砂型表面层附近形成气压中心点，当气压达到临界压力时，在砂粒间隙间的出口处产生气泡的泡芽，鼓出很小的气泡，如图6-13a所示；随着气体的不断增加，气泡逐渐长大并与邻近的小气泡形成蘑菇状压入金属液面内，如图6-13b所示；气体不断地聚集并在金属液阻力较小的方向上向里凸起并拉长，如图6-13c所示；当气泡长到一定大小时开始收尾呈梨形，如图6-13d所示；最后气泡尾部闭合成一个独立的气泡离开砂型孔隙，向金属液的上方升去，如图6-13e所示。如果砂型这一部位的砂粒间隙中还存在足够的气压，孔隙未能被金属液润湿，则会产生新的泡芽及气泡。如果梨形气泡形成的气孔尖端指向下方，则气体来自下方砂型。

图6-13 侵入性气孔形成过程

②防止产生侵入性气孔的方法：选用粒度较大的原砂配制型（芯）砂，减少旧砂中灰分和失效粘结剂含量，不要使用生锈或潮湿的冷铁和芯撑；在保证型砂强度和表面质量的前提下，控制型砂中粘结剂和附加物中发气量大的材料的加入量，如减少重油、粘土、煤粉的使用量；在造型、制芯过程中加入焦炭、草绳、木屑等改善砂型（芯）的透气性；设置的铸型通气孔、砂型（芯）紧实度要合适；湿型浇注的铸型在修型过程中应少喷水和少刷水，湿型含水量不能太高；对干型和表干型要保证烘干质量，烘干后的铸型要早浇注，不可久放；从多方面提高铸型的排气能力，使铸型排气通畅；浇注时适当提高浇注温度，使金属液中的气体有充分的时间排出。

3）反应性气孔：浇入铸型中的高温金属液与铸型材料、冷铁、芯撑之间因化学反应而生成的气体在铸件内部造成的气孔。反应性气孔分为内生型反应性气孔和外生型反应性气孔。

①反应性气孔产生的原因。内生型反应性气孔产生的原因是：存在于液体金属中的金属氧化物与金属中的其他元素发生化学反应，生成的CO在金属液中相互扩散并形成气泡。内生型反应性气孔与析出性气孔形成的原因仅是形成气孔的气体来源不同，但其形成过程是相同的。铸铁件的内生型反应性气孔为球形小孔，在湿型铸造球墨铸铁件时最易产生。铸钢件产生的内生型反应性气孔在皮下呈圆柱形或圆锥形，又称为针孔。

外生型反应性气孔是因金属液与型壁、冷铁、芯撑等产生化学反应而形成的。这种反应通常在型壁、冷铁与金属液的界面上进行。冷铁、芯撑或其他嵌入物表面的油垢遇热分解，在铸件内形成白色发亮的气孔。若凝固的水珠遇热分解成水蒸气侵入金属液，则形成暗灰色（氧化）气孔，如图6-14所示。

壁厚在15mm以下的薄壁铸钢件凝固快，化学反应不剧烈，不易生成外生型反应性气孔。壁厚为20～40mm的铸钢件热作用大，凝固时间较长，形成的气泡还来不及逸出钢液界面外钢液已出现硬皮，故在皮下形成气孔。厚壁件虽然在界面上化学反应剧烈，但是界面附近产生的气泡有充分的时间逸出钢液界面，因此厚壁铸钢件不易产生外生型反应性气孔。

②防止产生反应性气孔的方法：用去气和脱氧方法降低金属液中溶解的氢和氧；对芯撑表面进行镀锡处理，对芯撑、冷铁和其他嵌入物采取除锈和除油垢处理，并保持表面干燥，避免浇注前凝集水珠；降低砂型水分，增加砂型排气能力，加入适量的煤粉、沥青、重油等物质造成还原性气氛。

（2）缩孔、缩松缺陷 缩孔是铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。其形状极不规则，孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位。缩松是铸件断面上出现的分散而细小的缩孔，在气密性试验时可能渗漏。图6-15所示为常见缩孔形式。出现于铸件表面能直接看见的称为外缩孔；出现在铸件肥厚或热节部位不能看见的称为内缩孔；缩孔较集中并且尺寸较大的称为集中缩孔；缩孔尺寸较小且分布在铸件壁内的称为分散缩孔；在较大的外缩孔下面还有稍小的内缩孔，称为一次缩孔和二次缩孔。有的在缩孔下面还有缩松，在缩孔上方出现缩陷。

图6-14 反应性气孔存在的位置

a）源于冷铁 b）源于芯撑

图6-15 常见缩孔形式

a）外缩孔 b）内缩孔 c）分散缩孔 d）集中缩孔 e）一次缩孔和二次缩孔 f）缩松 g）缩孔下面出现缩松 h）缩陷

1）铸件缩孔和缩松产生的原因。铸件在凝固和冷却过程中得不到充分补缩便会产生缩孔和缩松。铸件产生缩孔或缩松的主要原因如下：

①铸件结构引起缩孔或缩松。铸件结构出现下列情况会出现缩孔或缩松：

a.铸件壁局部肥厚，厚壁部位最后凝固，无法得到补缩，产生缩孔或缩松，如图6-16a所示。

b.砂芯尺寸太小，金属液快速加热砂芯，使这一部位较长时间处于高温状态，造成砂芯附近部位滞后凝固或最后凝固，得不到补缩而产生缩孔或缩松，如图6-17a所示。

c.铸件转角尺寸不合理，转角位置形成太大的热节，在转角处产生缩孔或缩松，如图6-18a所示。

图6-16 铸件局部肥厚

a）改变前 b）改变后

图6-17 砂芯尺寸太小

a）改变前 b）改变后

②工艺设计引起铸件缩孔或缩松：工艺设计中的加工余量、补贴量、浇冒口、冷铁等的设置不当都会导致铸件产生缩孔或缩松。

a.铸件加工余量偏大，铸件的轴线缩松或缩孔位置向加工面方向偏移，切削加工后缩松或缩孔外露。

b.铸件所需补缩部位没有补贴或补贴太小，未能实现顺序凝固而出现缩孔，如图6-19a所示。

图6-18 铸件转角尺寸不合理

a）改变前 b）改变后

图6-19 应用补贴

a）改变前 b）改变后

c.浇注系统的内浇道开设不当，铸件不能实现自下而上的顺序凝固，在下方肥厚部位产生缩孔或缩松，如图6-20a所示。

d.冒口大小、高低、数量、补缩区域不合适，使铸件产生缩孔，如图6-21a所示。

图6-20 内浇道开设不当

a）改变前 b）改变后

图6-21 冒口设计不当

a）改变前 b）改变后

e.冷铁放置位置、大小、数量不合适使铸件产生缩孔或缩松，如图6-22a所示。

③砂型（芯）质量引起的铸件缩孔：型（芯）砂耐火度不够，浇注后出现软化或烧结现象，以及砂型（芯）紧实度不够，浇注后在金属液静压力作用下产生型腔扩大，铸件局部得不到良好补缩，都会导致铸件产生缩孔或缩松。

④金属液质量和浇注因素引起铸件缩孔或缩松：金属液质量差，金属液中气体含量过高，金属液流动性差，补注冒口不及时，抬型跑火等，都会导致铸件产生缩孔或缩松。

图6-22 冷铁设置不当

a）改变前 b）改变后

2）铸件缩孔或缩松的预防方法。缩孔和缩松主要是由于补缩不充分造成的。如果使铸件顺序凝固并得到充分补缩，避免在凝固过程中产生新的热节，是可以防止铸件产生缩孔的。具体防止方法如下：

①调整铸件结构：设计的铸件壁厚要比较均匀，使铸肋或壁交叉分布以减少热节（见图6-16b）；适当减少小孔加工余量，增加孔的型芯尺寸（见图6-17b），或减小凸台外径，或在凸台上方设置冒口或浇道；尽量避免两壁夹角为小锐角，改善传热条件；设计均匀的过渡圆角，消除热节（见图6-18b）。

②改进工艺设计方案：为防止产生缩松，可适当减少铸件加工余量，或使加工的大平面在铸型中处于垂直位置，以便减少加工余量；为防止缩孔，可设置充足的补贴量实现铸件顺序凝固（见图6-19b）；为促使铸件顺序凝固，可以采用阶梯式浇注系统或顶注式浇注系统等（见图6-20b）；为防止缩孔，还可以采取分段设置冒口的措施，增加冒口数量，加大冒口尺寸（见图6-21b）。

为防止铸件产生缩孔，所设置的冷铁数量和厚度要合适，冷铁要与铸件接触，促使铸件顺序凝固。当铸件壁厚大于150mm时，应采用内冷铁（见图6-22b）。

③提高铸型质量：选用较粗粒度和适当耐火度的原砂和粘结剂，提高铸型高温强度；控制好砂型（芯）的紧实度，选择的箱带和芯骨与型壁距离不要太大，选用刚度好的砂箱；合型时紧固好铸型，防止抬型现象造成缩孔。

④提高金属液质量和浇注质量：控制好金属液化学成分，降低金属液中气体含量；把握好熔炼温度和浇注温度，及时点注浇冒口，以保证浇注系统和冒口充分补缩。

2.表面缺陷的特征、产生原因及防止方法

铸件表面的缺陷，有的能直接看见，有的在切削加工后才能被发现。对于浅表面缺陷，通过切削加工可以消除，不会使铸件报废；切削加工后仍存在于铸件加工表面并影响使用的缺陷，有可能导致铸件报废。有的表面缺陷会给切削加工增加难度。

（1）粘砂缺陷 铸件表面或内腔粘附着一层难以清除的砂粒称为粘砂缺陷。粘砂缺陷一般不致使铸件报废，但会影响铸件外观质量，给机械加工带来困难。粘砂分为机械粘砂和化学粘砂两大类。机械粘砂是在铸件的部分或整个表面上粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，清铲粘砂层时能看到金属光泽。化学粘砂是在铸件的部分或整个表面上牢固地粘附一层由金属氧化物、砂子和粘结剂相互作用而生成的低熔点化合物，硬度很高，只能用砂轮磨去。

1）产生粘砂的原因。粘砂是金属液与型壁表层之间产生热物理作用或热化学反应的综合结果。凡是加剧热物理作用或热化学反应的各种因素都会造成铸件的部分表面或整个表面产生不同程度的粘砂。

①铸件的厚壁或大热节处易产生粘砂。铸件厚壁部位和热节部位，以及铸件的小圆角、锐角、凹槽、小孔等部位，由于金属液冷却散热条件恶化，热作用的时间过长，易形成严重粘砂。冒口尺寸太大，会增大金属液压力，使金属液向型壁砂粒之间的孔隙渗透，易产生机械粘砂；冒口周围型壁被严重加热，烧结型壁表面砂层，在冒口周围的铸件表面易产生严重的化学粘砂。

②砂型（芯）质量引起铸件粘砂。型砂偏细、型砂灰分过高、粘结剂用量过多、型砂材料耐火度偏低等因素都会导致金属液严重烧结型壁，使铸件产生化学粘砂。混砂不均匀，砂型含水量太高，湿型湿度过大，干型烘干不透或浇注前返潮等，均会使金属液严重氧化或因水蒸气爆炸而产生铸件粘砂。面砂层太薄或不均匀，使型壁耐火度和化学热稳定性较差，将产生局部化学粘砂。砂型或砂芯紧实度不够使砂粒间空隙增大，型砂粒度太粗或不刷涂料使砂粒间空隙偏大，都会导致铸件产生机械粘砂。

③金属液质量差或浇注温度太高导致铸件粘砂。金属液中存在着大量的氧化物或气体，熔炼温度太高或炉渣熔点太低，导致熔渣与金属液难以分离而同时注入铸型形成粘砂。金属液浇注温度太高加重型壁热负荷，使铸件产生严重粘砂缺陷。

2）防止产生粘砂缺陷的方法

①在不影响铸件使用性能的前提下，将铸件壁厚设计得尽量均匀，并适当加大圆角半径，尽量减小热节圆；在不过多增大热节的情况下，可考虑不铸出小孔和凹槽；缩减冒口大小和数量，采用冷铁减少热节。

②根据铸件厚度和金属液浇注温度，正确选择原砂粒度，面砂和粘结剂的耐火度要适当高一些；在不影响铸型强度的情况下，减少粘结剂的加入量，采用发气量和膨胀量小一些的粘结剂；在面砂中减少旧砂加入量，对旧砂进行清洗处理，去除旧砂中的烧结物和水分；对涂料要求涂刷性强、附着力大，保证涂层耐火度高和热化学稳定性好；制备型（芯）砂时要掌握好水分含量，混匀型砂；在造型操作中掌握好砂型紧实度；修型过程中尽量减少刷水量，干型浇注的铸型在修型后要进行再烘干处理；认真检查砂型烘干质量，浇注前严重返潮的铸型，必须进行再烘干后才可以浇注。

③提高金属液质量，降低金属液中气体的含量，对铸钢件进行脱氧处理；控制好金属液熔炼温度，炉温不宜过高，金属液出炉后要尽量除渣，浇注时挡好渣；在不影响金属液除渣和流动性的条件下，适当降低浇注温度；在不影响铸件凝固和产生冷隔的情况下，适当降低浇注速度。

（2）砂眼缺陷 铸件内部或表面带有砂粒的孔洞称为砂眼。铸件表面砂眼能直接看见，内部砂眼只有机械加工后才能被发现。

1）砂眼产生的原因。产生砂眼的主要原因是铸型中存在砂粒。铸型中存在砂粒的具体原因如下：

①砂型结构：砂型存在窄槽、深沟或尖角，这些部位强度低，起模斜度小，起模时易碰裂型壁；金属液冲击出现型壁脱落现象；铸件壁太薄；下芯困难，在下芯操作过程中碰落或擦落型壁表面砂粒。

②造型与造型材料：造型过程中型壁未压光，易脱砂；型壁紧实度不够，金属液侵入型壁表层砂粒空隙中会引起脱砂；型壁紧实度过高，型壁表层压应力太大，易造成表层脱落现象；造型材料热膨胀系数太大，涂料粘性不够，型（芯）砂强度不够等因素都会导致型壁掉砂。

③浇注系统与浇注：浇注系统截面积偏小，浇注时间被延长，对上方型壁热辐射的时间过长，使其产生膨胀开裂；浇注温度太高，对上型壁热辐射作用强烈，使上型壁膨胀脱落；内浇道位置不正确，浇注速度太大，浇包口离浇口杯距离太大等，造成金属液冲击型壁过猛，易产生型壁掉砂现象。

④合型操作：合型前型腔内散落的砂粒未能清除干净，合型不准确或不平稳而碰坏或压坏砂型与砂芯，导致铸型内存在砂粒或砂块。

2）防止产生砂眼的方法。

①修改工艺：适当增大铸型中砂型尖角部位的圆角半径，对狭窄沟槽在允许的条件下可不铸出，或用高强度型芯铸出；对于起模深度大和起模斜度小的铸件，适当加大起模斜度；对于下芯困难，或因型腔窄小而使下芯困难的铸型，考虑加大铸件壁厚或改变下芯工艺方案。

②提高造型材料和造型质量：选用较高热强度和粘性较好的粘结剂，铸钢件尽量不用膨胀量大的膨润土作粘结剂，其他造型材料也要求杂质少和热膨胀量小；造型时尽量使砂型紧实度适中，修光铸型表面以防止型壁脱落。

③改进浇注系统和控制好浇注操作：改进内浇道位置和内浇道形状，防止金属液猛烈冲击型壁或直接冲刷型壁（见图6-23）；大型铸件采用耐火砖制作浇注系统，能有效地防止浇注系统内砂粒脱落；适当加大浇注系统截面积，缩短浇注时间，控制好浇注温度和浇包口高度，都能有效地减小热辐射作用和金属液对型壁的猛烈冲击。

图6-23 改进内浇道位置

a）改变前 b）改变后

④提高合型操作质量：合型前认真检查砂型（芯）烘干质量和强度，测量砂芯高度及芯头尺寸，避免上型压坏砂型（芯）；合型操作中应用压力风管吹尽散落在型腔中的砂粒，或用吸尘器吸出；合型要平稳准确，防止碰撞挤压，一旦出现挤碰现象，就要开型检查并修补损坏部位，修补合格后再合型。

（3）夹砂结疤缺陷 夹砂结疤是在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有砂层（见图6-24d）。

图6-24 鼓胀破裂夹砂结疤缺陷

a）水分集结 b）产生鼓胀 c）鼓胀破裂 d）夹砂结疤缺陷铸件

1）产生夹砂结疤的原因。铸件产生夹砂结疤缺陷与铸件结构和造型方法，型砂、芯砂质量和浇注等因素有直接关系。

①强烈热辐射作用：铸件大平面处于水平面位置（见图6-24a），金属液进入铸型后，上型大平面长时间受热辐射作用，在图中点画线区域出现水分凝集区，但点画线以下表层在热辐射直接作用下为干燥层，干燥层与水分凝集区脱离而产生鼓胀现象（见图6-24b）；如果鼓胀层破裂，金属液进入图6-24c所示的裂口，凝固后得到图6-24d所示的夹砂结疤铸件；如果干燥层严重碎裂，碎裂砂块下落（见图6-25a），最后得到图6-25b所示夹砂结疤铸件；如果干燥层的鼓胀层并未破裂（见图6-26a），将得到图6-26b所示的凹陷缺陷铸件；当干燥层鼓胀破裂，但裂口未进入金属液时，得到的是图6-26c所示的沟槽缺陷铸件。

铸件在铸型中，其下方是大平面结构，浇注时金属液不能及时覆盖平面砂型底面，液流下面产生图6-27a中点画线所示水分凝集区，同时在金属液流下形成干燥层，热作用时间过长，砂型产生图6-27b所示的翘裂，后期金属液进入裂口就形成图6-27c所示的夹砂结疤铸件。

图6-25 鼓胀碎裂夹砂结疤缺陷

a）鼓胀碎裂 b）夹砂结疤缺陷铸件

图6-26 凹陷与沟槽缺陷

a）鼓胀未破裂 b）凹陷缺陷铸件 c）沟槽缺陷铸件

图6-27 翘裂夹砂结疤缺陷

a）水分集结 b）翘裂 c）夹砂结疤缺陷铸件

②砂型（芯）质量：型（芯）砂中粘结剂的加入量不够或粘结性差，型（芯）紧实度不够，涂料层粘附性差，烘干质量未达到要求，湿型浇注含水量偏高等，都易在金属液浇入铸型后使铸件产生型壁开裂现象，铸型浇满后产生结疤；铸型在修补过程中有撞坏或掉落砂块现象，如果未能将其清理干净，那么浇注后也会使铸件产生夹砂结疤缺陷。

③金属液质量与浇注速度：对于型腔底面是大平面的铸型，金属液流动性太差，金属液不能较快覆盖型腔底面，使铸件产生图6-27所示的底部夹砂结疤缺陷；浇注速度太慢，使型腔底面未能及时覆盖，而且型腔上方长时间受热辐射作用，铸型下方或上方都有可能开裂并产生夹砂结疤缺陷。

2）防止铸件产生夹砂结疤的方法。只要使铸型与金属液的表层不破裂和不垮塌，一般也就不会产生夹砂结疤缺陷。

①减小水平方向上、下型壁的平面面积：由于铸型上下水平方向型壁过大，受热辐射作用时间长，易产生开裂，因此可以在上、下型壁的大平面上附设肋的结构，把大平面划分成不连续的较小平面；或把水平方向有大平面的铸型倾斜浇注（见图6-28），也可在砂型大平面上插钉加固。

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图6-28 倾斜浇注大平面铸件

②提高砂型（芯）质量：在型（芯）砂中适当增加粘结剂用量，少用收缩性大的粘结剂，检查粘结剂粘结性能，不用粘结性能差的粘结剂；对于易垮塌的部位，可增加芯骨或吊砂钩，或者插入适量的铁钉加固；降低湿型含水量，增加铸型湿强度，多开通气孔，使水蒸气排除方便；对于干型浇注铸型，要认真检查烘干深度，保证铸型干强度；在铸型修补后或合型前将型腔内的砂块清理干净，测量好砂芯正常高度，合型时不要碰撞和压坏铸型，保持铸型干净完好。

③保证金属液熔炼质量和浇注速度：减少金属液杂质含量，使金属液有较好的流动性；控制好浇注温度，适当增多或增大内浇道，加大浇注量，以得到较大的浇注速度，缩短金属液对型壁热辐射作用的时间。

3.裂纹类缺陷的特征、产生原因及防止方法

铸件产生的裂纹分为热裂纹和冷裂纹两种。热裂纹呈散裂状（见图6-29），断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，裂口外形曲折而不规则，裂口表面宽度较大。冷裂纹呈长条形，裂口较窄且宽度均匀，常穿过晶粒延伸到整个断面。冷裂纹有时有轻微氧化现象，有时呈金属光泽。

（1）裂纹产生机理

图6-29 热裂纹形状

1）热裂纹产生机理。金属液在型壁传热作用下，从铸件表面开始凝固。如果在凝固收缩过程中铸件能自由收缩，则在铸件内部不会产生应力；如果在收缩过程中枝晶层收缩受到型（芯）阻碍，枝晶层的收缩出现拉应力，当拉应力大于液膜强度极限时，枝晶之间就会被拉开，此时若周围有足够的金属液流入拉裂处，则铸件不会产生热裂纹，否则就出现热裂纹。裂纹出现后，一般拉应力也就随之消失。铸钢件和可锻铸铁件最易产生热裂纹。

2）冷裂纹产生机理。铸件在冷却过程中，如果收缩受到阻碍，则会产生应力并发生弹性变形。若各部分冷却速度不均匀，则将产生热应力；若产生相变而导致体积改变，则会形成相变应力；若收缩受到阻碍，则将产生收缩应力。当这些铸造应力超过金属的强度极限时，铸件就会产生冷裂纹。

（2）铸件产生裂纹的原因

1）铸件结构引起裂纹。若铸件存在图6-30所示的断面厚度不均匀的结构，则肥厚的凸台最后凝固，产生较大的凝固冷却收缩应力，在凸台之间薄弱处产生裂纹。若铸件存在图6-31a所示的刚性轮辐结构，则厚大的轮毂最后凝固，使轮辐承受很大的拉应力，在轮辐上产生裂纹。

图6-30 断面不均匀产生裂纹

图6-31 刚性结构阻碍铸件收缩

a）钢性结构 b）弹性结构

2）浇注系统和冒口引起裂纹。如图6-32a所示，内浇道阻碍铸件收缩而产生裂纹。冒口尺寸过大，使冒口下部的铸件凝固更加缓慢，该部分收缩时受拉应力作用而产生裂纹。冒口尺寸太小，对铸件厚大部位不能起补缩作用，反而形成一个较大热节，在不能补缩的冒口下产生缩孔，缩孔处壁较薄，在拉应力作用下使缩孔外表被拉裂。

图6-32 浇注系统引起裂纹

a）内浇道阻碍铸件收缩产生裂纹 b）改内浇道为弹性结构

3）冷铁引起裂纹。内冷铁与铸件材料收缩特性有差异，产生拉应力引起铸件内裂纹。内冷铁尺寸偏大，在未完全熔接处产生内裂纹。外冷铁尺寸过大，对铸件激冷作用太强烈，冷铁附近的铸件形成很厚的柱状晶层，在冷铁附近削弱了铸件强度，在应力作用下铸件产生裂纹。

4）收缩肋引起裂纹。收缩肋设置不合理或收缩肋方向不正确，不但不能起预防裂纹作用，反而阻碍铸件收缩，增大产生裂纹的可能性。

5）砂型（芯）退让性差引起铸件裂纹。砂型或砂芯强度过高，退让性差，或者箱带离铸件太近及箱带刚度太大，芯骨刚度太大并且离型壁太近等，都会使砂型退让性差，阻碍铸件收缩，导致铸件产生裂纹。

6）金属液质量差和浇注温度不当引起裂纹。金属液气体含量高，夹渣多，化学成分不合格，熔炼温度过高，使金属液的内生晶核大量熔化而减少，造成晶粒粗大，从而降低铸件的强度，可能导致铸件产生裂纹。浇注温度过高也会使晶粒粗大，导致铸件强度低而产生裂纹。

7）其他原因产生裂纹。铸件落砂时间过早，铸件在高温状态下强度低，在外力作用下易产生裂纹。铸件在清理过程中受到过重的锤击和重压也会产生裂纹。切割冒口和焊补铸件时未能良好保温，缓慢冷却，水爆清砂入水温度太高，都会使铸件产生裂纹。

（3）裂纹的预防方法 铸件裂纹产生的主要原因是铸造应力大于金属强度极限。裂纹方向与应力方向垂直，根据铸件结构特点和应力方向，在可能产生裂纹的部位采取相应措施，可预防铸件产生裂纹。

1）设计合理的铸件结构。设计铸件时要尽量使铸件结构符合顺序凝固或同时凝固原则，减少热节直径，减少热应力。例如，将图6-31a所示的铸件刚性结构改为图6-31b所示的弹性结构，将图6-33a所示的十字肋壁改成图6-33b所示的交错肋壁，能有效地减小热节。

图6-33 肋壁热节

a）十字肋壁 b）交错肋壁

2）选择恰当的浇冒口系统和安放位置。把冒口设置在不阻碍收缩的地方，例如图6-34a所示的铸件水平浇注时，砂型会阻碍冒口与铸件一起收缩而产生裂纹，改为图6-34b所示的立浇位置后，铸件与冒口按从下至上的顺序凝固，冒口能按顺序与铸件一起收缩，不会出现较大应力。

对于图6-32a所示的内浇道阻碍铸件收缩的情况，可将内浇道改为图6-32b所示的曲线形，内浇道由原来的刚性结构变为弹性结构，可降低对铸件收缩的阻碍作用。

3）正确安放冷铁。如果型壁两侧都要安放冷铁，为了不阻碍铸件收缩，则应将冷铁在铸件两侧交错排列。所放置的冷铁要求平滑、干净、无裂纹。如果因冷铁激冷过度而导致铸件裂纹，则可将冷铁改薄或用内冷铁。

4）正确设置收缩肋。在铸件易裂部位设置收缩肋，收缩肋厚度要小于铸件该部位的厚度，以使收缩肋先于铸件凝固，由收缩肋承受该部位产生的应力，能有效地预防铸件裂纹。大平面上的收缩肋长度方向要与铸件收缩方向一致。铸件转角处收缩肋的设置如图6-35所示。

图6-34 板状铸件

a）水平浇注 b）立式浇注

图6-35 铸件转角处收缩肋的设置

5）保证型砂、芯砂良好的其退让性。预防薄壁铸件裂纹的主要措施之一就是降低型砂、芯砂的高温强度，提高其退让性。在不引起胀砂的情况下，适当降低型砂、芯砂紧实度，降低芯骨强度，使浇冒口与箱带保持足够的距离，都能有效地增加型砂、芯砂的退让性，保证铸件基本能自由收缩。

6）提高金属液的质量。尽量降低金属液中气体含量，预防金属液过度氧化，熔炼铸钢时进行脱氧处理。严格控制金属液化学成分，控制熔炼温度和过热温度，对金属进行孕育处理等，都能细化金属晶粒，提高铸件强度，从而减少或消除铸件裂纹。

7）控制好浇注温度和速度。对于薄壁件，应采用较高的浇注温度和速度，以达到铸件同时凝固的目的，使各处收缩一致，凝固过程中铸件强度一致。对于厚壁铸件，应采取低温慢速浇注，保证铸件定向凝固、充分补缩，以增加铸件强度，同时降低金属液对型壁的热负荷作用，从而保证型壁强度，减少铸件裂纹。

8）其他预防裂纹的措施。如果落砂过早使铸件各部位冷却速度不一致而产生裂纹，则要控制好落砂温度。通常铸件在砂型中冷却到250～450℃时落砂，尤其对水爆清砂的铸件更要控制好落砂温度。铸件落砂时间取决于铸件壁厚、重量、化学成分、水爆清砂实际情况等。当然，早落砂可以降低砂型对铸件收缩的阻碍作用。

对于切割冒口和焊补铸件引起的裂纹，在切割和焊补之前应对铸件进行预热，或趁铸件落砂后处于较高温度状态时切割冒口和焊补，切割和焊补后对铸件进行保温或热处理。热处理过程中加热不宜过快，以免产生温差应力使铸件产生裂纹。

在清砂或搬运过程中，对能对薄壁铸件进行重击，滚筒清砂的铸件壁厚相差不要太大，以防薄壁铸件被厚壁铸件撞裂。

4.其他缺陷的特征、产生原因及防止方法

（1）冷隔类缺陷 冷隔是在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的缝隙。冷隔多出现在远离内浇道的宽大上表面或薄壁处、金属液流汇合处、激冷部位等。

1）产生原因：开始浇入铸型中的金属液流前端呈圆弧状，两股金属液流的接触界面上将因金属液温度过低，不能相互融合而产生冷隔。金属液温度过低和流动性差而产生冷隔的具体原因如下：

①金属液的熔炼温度或浇注温度低，或者金属液的化学成分不正确，夹渣物偏多，碳当量太高或太低，含硫量偏高等，都会降低金属液的流动性。

②铸型温度低或湿型浇注的砂型水分高，型壁吸收掉金属液大量热量，或金属液产生沸腾，型壁析出大量的水蒸气没有及时排出；型砂、芯砂发气物太多，在浇注时产生大量气体，砂型透气性差，在型腔内存积过量气体而产生气压；砂型型壁太薄，箱带和芯骨离型腔太近，使铸型传热和散热过快；型壁过于粗糙，造成金属液流动阻力加大等。这样因素都会降低金属液温度和充型能力。

③浇注系统截面积小，直浇道高度不够，都会延长浇注时间，使金属液流动速度缓慢；内浇道过于集中，使金属液流程太长，或因型腔内部分金属提前凝固等。这些因素都使铸件产生冷隔。

④浇注时间太长，或在浇注后期过早降低浇注速度；或因金属液准备不足，浇包内的金属液不够浇满一个铸型，在第二次补浇时第一次浇注的金属液已凝固。这些使金属液进入型腔不连续的因素都易造成铸件产生冷隔，还有可能产生浇不到或未浇满缺陷。

2）防止方法

①在金属液熔炼过程中，严格控制其他元素的加入量，以保证化学成分合格；认真除渣，用稀土元素处理钢液，减少钢液中夹杂物含量，降低钢液粘度和表面张力；控制好熔炼温度和浇注温度，保证金属液在铸型中有合适的温度和较好的流动性。

②减少型（芯）砂中发气物加入量和粘结剂用量，减少旧砂加入量，适当选用粒度大一些的新砂，控制型（芯）砂水分含量，提高铸型的透气性；在选用砂箱时不要使吃砂量太小，箱带和芯骨都要与型腔保持较大的距离，预防箱带和芯骨传热太快等，都可以适当减缓铸型中金属液凝固速度，提高金属液的充型能力；修型过程中应修光型腔表面，减小型壁对金属液的流动阻力。

③对于薄壁、大平面铸件，可以将铸型倾斜浇注，或加大浇注系统截面积，加高直浇道，以增加金属液压力；对于流程过长的浇注系统，可改变内浇道位置和数量，缩短金属液流程；增大浇注速度，提高金属液浇注温度。

④认真核实铸型所需金属液重量，准确估计浇包中金属液重量，要求浇包中金属液重量至少大于铸型所需金属液重量的10%。

（2）残缺类缺陷

1）跑火。铸件分型面以上的部分产生的严重凹陷称为跑火。有时会沿未充满的型腔表面留下类似飞翅的残片。

①产生原因。

a.砂箱内框尺寸偏小，型腔周围吃砂量偏小，合型抹缝质量不高，出现缝隙；或者分型面修理得不平整，披缝大，合型后出现缝隙，在浇注时跑火。

b.紧固上、下型时各紧固点预紧力不均匀，使上、下型出现翘曲现象；或者各紧固点紧固力不够，以及铸型自身高度大，或浇冒口太高，浇注速度太快，使型腔内金属液压力太大，造成抬型跑火。

②防止产生跑火的措施。应根据跑火原因采取相应措施：

a.根据模样选用大小适中的砂箱，保证型腔边缘与砂箱内框有较大距离，降低跑火的可能性；修型操作中尽量恢复分型面原样，使分型面披缝尽量小；在合型时检查分型面缝隙大小，可用石棉绳或封箱泥条垫平分型面，认真抹好分型面缝隙。

b.用压铁紧固铸型时，在考虑压铁总重量的同时还要注意四角对称配重。用箱卡或螺栓紧固铸型时，要按一定顺序分几次预紧，使各点预紧力均匀，并达到紧固力大小的要求，防止铸型翘曲和抬型；对于铸型高大和浇冒口位置很高的铸型，要控制浇注速度，当金属液充型至分型面附近时要降低浇注速度，减小金属液对铸型的抬型力，防止抬型跑火。

2）型漏。铸件内有严重的空壳状残缺称为型漏。有时铸件外形虽然较完整，但是内部的金属已漏空，铸件完全呈壳状，铸件底部有残留的多余金属，如图6-36所示。

①产生原因。型漏主要与砂型底部砂层强度有关，具体原因如下：

图6-36 型漏缺陷

a.砂型底部太薄或砂型紧实度不够，导致型腔底部和芯座强度不够；砂床不平整和砂型硬度不均匀，下砂型与砂床接触面积太小，型腔底部经不起金属液压力的作用而破裂形成型漏。

b.铸型自身高度大，浇冒口太高，型腔内金属液对型腔底部压力过大，造成型腔底部破裂形成型漏。

②防止方法。选用较高的下砂箱，保证下型底部型壁厚度，提高下砂型紧实度，用干砂和石棉绳填满下型芯座与芯头间的间隙；使通气孔与型腔保持一定距离，防止金属液外漏；在砂床制作过程中，去除砂中的块状物，砂床要平整、均匀并有一定硬度；在不影响铸型浇满和补缩的条件下，适当降低浇冒口的高度，减轻金属液对铸型的压力。

（3）几何误差缺陷

1）拉长缺陷。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称为拉长缺陷。

①产生原因。制作模样使用的收缩率大于铸件实际收缩率，起模前模样被过重地敲击引起整个型腔尺寸增大；砂型或砂芯紧实度高，芯骨或箱带离型壁太近，使铸件收缩受到阻碍；分型面上放置的石棉绳、封箱泥条等防漏材料增加了合型高度，使铸件产生拉长缺陷。

②防止方法。在工艺设计时多参阅与该铸件化学成分和零件结构相似合金的自由收缩和阻碍收缩的收缩率，重要铸件和大批量生产的铸件有必要进行收缩率试验，测定符合工艺要求的收缩率；减少型（芯）砂中粘结剂的加入量，在型砂的背砂中加入少量木屑；选用砂箱时考虑箱带与模样间的距离大一些，芯骨不宜过粗，芯骨与砂芯表面保持合适距离，掌握适度的砂型（芯）紧实度；工艺设计中考虑加大分型负数，合型时放置的防漏材料高度要适当。

2）超重缺陷。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称为超重缺陷。铸件重量偏差见表6-7。

表6-7 铸件重量偏差

①产生原因。起模过程中模样松动量偏大，修型时砂型压下量偏多，修补尺寸不到位，砂型水分含量高使砂型（芯）严重收缩，砂型（芯）紧实度不够产生胀砂等，增大了型腔尺寸，导致铸件厚大而超重。

②防止方法。造型前在模样上涂脱模剂，以便于起模时脱模；模样在砂型中放置时间不宜过长，防止模样吸湿严重使模样尺寸外胀，并且不利于起模；起模过程中摇动幅度要小一些；修补砂型时要尽量保证砂型形状和尺寸复原；控制型砂的水分含量，砂型、砂芯紧实度不能太低，以免胀砂，使铸件超重。

3）变形缺陷。铸件在铸造应力和残留应力作用下发生的变形及由于模样或铸型变形引起的变形称为变形缺陷。

①产生原因。铸件结构存在过大的铸造应力，会使铸件产生变形缺陷，如图6-37所示的铸件在铸造应力作用下向外撑开。图6-38a所示的铸件，上方较薄部分先凝固收缩，下方厚大部分后凝固收缩，其收缩量大于上方较薄部分的收缩量，使铸件上凸变形。图6-39所示铸件上方厚度大于下方厚度，上方厚大部分最后凝固冷却，上方收缩量大于下方收缩量，使铸件下凹变形。

图6-37 铸造应力导致变形

a）铸件变形方向 b）合铸防止变形 c）加拉肋防止变形

模样材质、制作质量和模样结构都会导致砂型和铸件变形。模样或模板以及砂箱刚度和强度不够，模样和砂箱在造型操作中放置不平稳，造型后会导致砂型和铸件变形。铸型装配时紧固不均匀或压铁分布不均匀，也会导致铸件变形。热处理过程中铸件放置不平稳，在高温作用下，铸件在受重压和自身重量的作用下也会产生变形。

②防止方法。对于图6-37a所示的变形铸件，可以采用合铸或设置拉肋的方法阻止其变形，如图6-37b和图6-37c所示。对于凝固时铸件各部分收缩不均匀引起的变形，可采用增加反变形量的方法使铸件获得正确的形状和尺寸，如图6-38b和图6-39b所示。

图6-38 T形断面结构铸件变形

a）变形方向 b）加反变形量防止变形

图6-39 槽形断面结构铸件变形

a）变形方向 b）加反变形量防止变形

采用优质模样材料和合理的模样结构提高模样质量，改进模板结构增加其刚度和强度，选用强度较高的砂箱等，可防止铸件变形。造型时将模样、砂箱、芯骨放置平稳可防止铸件变形。合型操作中均匀紧固铸型或均匀分配压铁重量，也可防止铸件翘曲变形。

热处理过程中装炉时要将铸件放置平稳，对不抗压的铸件和重量大的铸件要摆放和支撑平稳，保证铸件不受重压或在重压下不变形。

4）错型缺陷。由于合型时错位，铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开的现象称为错型缺陷，如图6-40所示。

①产生原因。上、下模样或上、下模板定位不准以及定位销与定位销孔间隙太大，砂箱定位销与销孔的配合过松，定位销长度不够等，都会产生错型缺陷。手工造型时起模敲击过重，定位装置移位或合型后铸型受撞击产生位移，也会产生错型。

图6-40 错型缺陷

②防止方法。检查模样和模样上下对准状况及定位销松紧程度，在大批量生产中重点检查首批铸件合型情况；造型前检查砂箱定位孔与定位销的配合情况，要求销的长度足够，销与孔配合松紧适度；对于起模难度大的铸件，可考虑加大起模斜度；对于大中型铸件，可在起模位置镶上钢板，或者安放起模螺栓，起模时从各个方向敲击钢板，但不能敲击销钉和销孔，用起模螺栓向上起模；如果在砂箱外打箱号合型，则要求砂箱四周各记号线不一致，并且清楚易认。

5）错芯缺陷。由于砂芯在分芯面处错开，铸件孔腔尺寸不符合铸件图要求的缺陷称为错芯，如图6-41所示。

①产生原因。芯盒定位销与定位孔的配合太松，或两半砂芯组合时错位，没有进行修整，两半芯结合面粘结不好，都会产生错芯；芯头与芯座之间间隙太大，浇注时在金属液的冲击下使两半砂芯相对移位而错芯。

②防止方法。芯盒的定位销与孔配合太松时要对芯盒进行修理；两半砂芯的粘结应小心细致，修光砂芯的粘结部位；砂芯装配操作时应保证芯头间隙适度，并将间隙填充满，使芯头无法移位。

图6-41 错芯缺陷

6）偏芯缺陷。由于型芯在金属液作用下漂浮移动，使铸件内孔位置、形状、尺寸发生偏错，不符合铸件图的要求，称为偏芯缺陷。

①产生原因。垂直方向安放的型芯，芯头两端的间隙大，芯座上方未能压住芯头或型芯顶面，在金属液作用下产生图6-42a所示的偏斜；水平方向安放的型芯，芯头间隙大或芯座上方未压住，在金属液冲击和浮力作用下产生图6-42b所示的型芯水平位移缺陷；采用芯撑定位的型芯，由于芯撑个数不够或芯撑过早熔化而产生偏斜；芯盒磨损，芯座砂型紧实度不够，修型使芯座或芯头几何尺寸不正确等，也会产生偏芯。

图6-42 偏芯缺陷

②防止方法。在铸型装配过程中认真检查芯头与芯座间隙，间隙大的可采用干砂、泥条、石棉绳等材料垫、填，消除间隙；对于悬臂芯和一端固定的型芯，要仔细检查上型压芯情况，采用石棉绳等材料垫好芯头，保证上型牢固地压住芯头；如果芯盒磨损过量，则应进行修补或更新；适当增加砂型芯座紧实度，对修补过的芯座与芯头，要检查其形状和尺寸是否正确。