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铸造实践课堂：阀门铸件的常见缺陷分析与改善

1.气孔
这是金属凝固过程中未能逸出的气体留在金属内部形成的小空洞，
其内壁光滑，内含气体，对超声波具有较高的反射率，但是又因为其
基本上呈球状或椭球状，亦即为点状缺陷，影响其反射波幅。钢锭中
的气孔经过锻造或轧制后被压扁成面积型缺陷而有利于被超声检测所
发现。
2.缩孔与疏松
铸件或钢锭冷却凝固时，体积要收缩，在最后凝固的部分因为得
不到液态金属的补充而会形成空洞状的缺陷。大而集中的空洞称为缩
孔，细小而分散的空隙则称为疏松，它们一般位于钢锭或铸件中心最
后凝固的部分，其内壁粗糙，周围多伴有许多杂质和细小的气孔。由
于热胀冷缩的规律，缩孔是必然存在的，只是随加工工艺处理方法不
同而有不同的形态、尺寸和位置，当其延伸到铸件或钢锭本体时就成
为缺陷。钢锭在开坯锻造时如果没有把缩孔切除干净而带入锻件中就
成为残余缩孔（缩孔残余、残余缩管）。
3.夹渣
熔炼过程中的熔渣或熔炉炉体上的耐火材料剥落进入液态金属中，
在浇注时被卷入铸件或钢锭本体内，就形成了夹渣缺陷。夹渣通常不
会单一存在，往往呈密集状态或在不同深度上分散存在，它类似体积
型缺陷然而又往往有一定线度。夹杂4.
熔炼过程中的反应生成物（如氧化物、硫化物等）-非金属夹杂，
或金属成分中某些成分的添加料未完全熔化而残留下来形成金属夹杂，
如高密度、高熔点成分-钨、钼等。
5.偏析
铸件或钢锭中的偏析主要指冶炼过程中或金属的熔化过程中因为
成分分布不均而形成的成分偏析，有偏析存在的区域其力学性能有别
于整个金属基体的力学性能，差异超出允许标准范围就成为缺陷。
6.铸造裂纹
铸件中的裂纹主要是由于金属冷却凝固时的收缩应力超过了材料
的极限强度而引起的，它与铸件的形状设计和铸造工艺有关，也与金
属材料中一些杂质含量较高而引起的开裂敏感性有关（例如硫含量高
时有热脆性，磷含量高时有冷脆性等）。在钢锭中也会产生轴心晶间
裂纹，在后续的开坯锻造中如果不能锻合，将留在锻件中成为锻件的
内部裂纹。
7.冷隔
这是铸件中特有的一种分层性缺陷，主要与铸件的浇铸工艺设计
有关，它是在浇注液态金属时，由于飞溅、翻浪、浇注中断，或者来
自不同方向的两股（或多股）金属流相遇等原因，因为液态金属表面
冷却形成的半固态薄膜留在铸件本体内而形成一种隔膜状的面积型缺
陷。
8.翻皮
这是炼钢时从钢包向锭模浇注钢锭时，因为浇注中断、停顿等原
因，先浇入的液态金属表面在空气中迅速冷却形成氧化膜，在继续浇
注时新浇入的液态金属将其冲破翻入钢锭体内而形成的一种分层性
（面积型）缺陷，它在后续的钢锭开坯锻造中是无法锻合消除的。
9.各向异性
铸件或钢锭冷却凝固时，从表面到中心的冷却速度是不同的，因
而会形成不同的结晶组织，表现为力学性能的各向异性，也导致了声
学性能的各向异性，亦即从中心到表面有不同的声速与声衰减。这种
各向异性的存在，对铸件超声波检测时评定缺陷的大小与位置会产生
不良影响。
三、改进措施
(1)熔化设备对铁液成分的保障能力较差和混砂设备的稳定性不好。
铁液成分受焦炭、炉型、风量、原料状况等多种因素制约；树脂砂受
温度、树脂和酸加入量等因素影响。如砂子经常不经过再生和冷却床，
使砂子温度很高，严重影响了砂型强度，导致铸件胀砂严重，增加了
铸件产生缩孔、缩松缺陷倾向。
(2)型腔中的散砂和浇注过程中铁液的冲击直接导致砂眼和夹砂缺
陷。
(3)铁液在熔化设备中总会有渣生成，浇注时铁液中的固态和液态
渣随铁液一起进入型腔形成渣孔。
(4)在生产过程中，铁液中的氮含量随着温度的升高而增加，随着
碳当量的提高而降低，当氮和氢在一起时，便容易形成气孔，这是气
孔的主要来源。
(5)模底板刚性较差，造型前放置不平而变形，导致砂型分型面不
平，合型时上下型分型面处间隙较大，造成分型面处尺寸、形状不良。
(6)2.2m阀体支脚处砂芯在浇注过程中向下漂移，是支脚处上下壁
厚不均的主要原因。
根据阀门铸件缺陷的成因，我们主要从以下几个方面采取了改进
措施：
(1)适当提高铁液碳当量，利用石墨化膨胀增强材质的自补缩能力。
(2)舂箱时保证型砂的紧实度，提高砂型强度，促进铸件自补缩能
力。
(3)合型前将型腔内的散砂吹干净，并对型腔内进行仔细检查。
(4)现场浇注后遗留下未浇注的阀体砂型，其浇口杯和出气孔要盖
严实，防止散砂进入。
(5)浇注前将铁液表面的固态渣清干净；提高铁液初始浇注温度，
降低铁液产生二次氧化渣的倾向；阀门铸件尽量安排在开炉后初期浇
注，减少包衬在多次使用后产生大量的稀薄渣；针对610mm(24in)F
体阀门，对于横浇道搭接处，结合浇注时的其他参数，在进出口处均
安置过滤网，并将多片搭接式纤维过滤网改进为单片式，以提高浇注
系统的挡渣效果。
(6)原料尽量使用碳