夹杂类缺陷及预防措施

在铸件内部或表面存在着化学成分、物理性能不同于基体金属的组成，这种组成物称为夹杂。按尺寸大小分类，可分为宏观夹杂物和微观夹杂物。按夹杂物来源分类，可分为内生夹杂物和外来杂物。内生夹杂物主要是氧化物、硫化物、氢化物和低熔点渗出物，外来夹杂物主要是渣滓、型砂、芯砂、涂料等。

1.豆类夹杂物

铸件内部或表面有孔洞（气孔或缩孔），孔洞中有金属珠；或铸件表面有金属珠，这些金属珠类夹杂物，形似豆，统称为豆类夹杂缺陷，俗称“铁豆”。主要类型有：冷豆、内渗豆、外渗豆等。

（1）冷豆 铸件内部或表面有气孔，孔中有金属珠粒，豆与铸件本体不熔合但相连，如图1-23所示。

其形成的原因为：浇注充型时，发生飞溅，形成金属液珠，液珠表面氧化有氧化膜；再发生反应：Fe＋C→Fe＋CO，形成包围着液珠的气孔，液珠凝固后，成为气孔中的金属豆。

正确设计浇注系统，避免浇注温度过高，浇注时不发生飞溅等，可克服冷豆缺陷。

（2）内渗豆 铸件的内部孔洞类缺陷（气孔、缩孔）的孔壁上，有金属珠即金属豆附壁而生。其目视特征与冷豆相似，主要差异是：内渗豆的化学成分与铸件本体不一致，是一种低熔点的熔体成分。灰铸铁件最容易产生内渗豆缺陷。

图1-23 冷豆和豆痕

a）湿型，灰铸铁件内部的冷豆 b）铸件表面的冷豆，专称为豆痕1—气孔 2—金属豆

其形成的原因，同冷豆的形成相反。它是铸件内部在凝固时期，先形成孔洞类缺陷（如气孔、缩孔等）；再在铸铁件凝固时，共晶团晶间的磷含量高的低熔点共晶成分熔体，在铸铁内、外压力作用下，被挤入气孔或缩孔的孔洞中渗在孔壁上，形成金属豆。

消除铸铁件凝固时形成内部自由表面的孔洞类缺陷，如气孔、缩孔等，可以防止内渗豆缺陷。

（3）外渗豆 铸件外表面上有渗出物，形成数目众多的金属珠，称为外渗豆。锡青铜铸件最易产生外渗豆缺陷，犹如铸件外表面上的“汗粒”，故称为“锡汗”。

形成的主要原因是区域偏析中的一种反向偏析缺陷。用金属型代替砂型可以提高铸型冷却能力，防止反向偏析，不易产生外渗豆缺陷。

2.夹杂缺陷

夹杂缺陷可分成：金属夹杂物、夹渣、砂眼、氧化膜夹杂等。

（1）金属夹杂物 主要是指熔炼时中间合金未熔尽以小颗粒形式存在于合金熔液中；或炉前孕育或变质处理用的中间合金颗粒，未熔化浇注随着液流进入型腔而形成金属夹杂物。图1-24所示为灰铸铁件断口中的金属夹杂物。

图1-24 灰铸铁件断口中的金属夹杂物(www.xing528.com)

非铁金属铸件中，常出现金属夹杂物缺陷。主要防止措施是：保证金属炉料的纯净度，防止混入外来金属。

（2）夹渣 夹渣是指铸件内部或表面有外来的非金属夹杂物，统称为渣滓。

夹渣的目视特征是：形状极不规则的孔穴内，包容着渣滓。

按形成时间的先后，有一次渣滓和二次渣滓两类。一次渣滓是指合金冶炼或熔炼时的冶金熔渣（氧化渣、还原渣、酸性渣、碱性渣等）或熔剂所形成渣滓；或金属液同炉衬、包衬相互作用生产的渣滓；或金属液炉前处理（孕育或变质等）生成的渣滓。二次渣滓是指金属液在浇包内挡住或除去一次渣滓后进行浇注直至充型过程中，由于金属液的二次氧化或其他各种原因而形成的渣滓。

图1-25所示为球墨铸铁曲轴的夹渣缺陷——黑渣。黑渣由多种氧化物（MgO、FeO、Al2O₃、SiO₂、稀土氧化物）组成，是一种二次渣滓的夹渣缺陷实际上是氧化膜的夹杂类缺陷。

图1-25 球墨铸铁曲轴的夹渣缺陷——黑渣

防止夹渣缺陷的措施如下：

1）金属液进行过滤，净化金属液。

2）在熔炼工艺方面，控制金属炉料，尽量少带入夹杂物

3）合理设计浇注系统，使之具有挡渣功能，使金属液平稳充型。

4）提高浇注温度，良好地挡渣，可有效地防止球墨铸铁黑渣的产生。

（3）砂眼 铸件表面或内部包容着砂粒的孔穴，称为砂眼，如图1-26所示。

图1-26 铸件在下砂型的表面上有砂眼

砂眼缺陷形成的主要原因是：金属液充填型腔的冲击力和紊流液流的冲刷作用。砂型的紧实度和砂粒间的结合力是形成砂眼的重要条件。砂型的紧实度不足，砂粒间的孔隙大，金属液就易钻入；砂粒间结合力弱，钻入砂粒间的金属液就会把砂粒挤出来形成砂眼。

（4）氧化膜夹杂 铸件表面或内部有金属液充型时形成的氧化膜，称为氧化膜夹杂。易生成氧化膜的有铝合金、纯铜、球墨铸铁（二次渣滓）。

防止措施为：浇注时，金属液应避免液流表面发生二次氧化；对于球墨铸铁，过高的残余镁量，会增大氧化膜夹杂形成的倾向，因此，应尽量降低残余镁量。