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铸件夹杂类缺陷及其防止措施

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。

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所示。

图1.冷豆和豆痕

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。

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。

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2所示为灰铸铁件断口中的金属夹杂物。

图2.灰铸铁件断口中的金属夹杂物

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。

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3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3.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4所示。

图4.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。