采用消失模铸造工艺生产高质量碳钢铸件

消失模铸造具有铸件质量好、成本低；材质不限、大小皆宜；尺寸精度高、表面光洁；内部缺陷少、组织致密；可实现大规模、大批量生产；可以大大改善作业环境、降低劳动强度、减少能源消耗等诸多优点，并已在很多铸造厂得到广泛的应用。

1 存在的问题与EPC工艺特有缺陷

由于EPC工艺与其他铸造工艺有所不同，相应地也会出现一些特有缺陷，如增C、增H等，同时还包括其他工艺方法也存在但在消失模铸造过程中其产生机理及外观表征有所不同的缺陷等。

1.1 增C、增H及C成分偏析

EPS模样在高温作用下发生裂解反应，在彻底裂解过程中，C-H键被打开，形成活性的或游离态的C和H，这部分物质在整个充型过程中主要存在于模样与金属液间的“气隙”内，一是通过涂层及型砂以气体或液体微滴状态排出铸型；另一个是残留在铸件内部或表面形成非金属夹杂物缺陷；三是在气压作用下向金属液内扩散并为金属液所吸收，从而污染金属液，使其C、H增高。

1.2 白色缺陷

白色缺陷是在消失模铸造过程中铸造干砂在负压作用下进入铸件形成的。

1.3 气孔

消失模铸造过程中所产生的气孔缺陷在外观表征上与其他铸造工艺过程中产生的气孔缺陷无明显差别，但形成机理有所不同，①模样材料及粘接剂型气孔。②空气卷入型气孔。③水分及发泡剂型气孔。

1.4 模样热解产生的夹杂物

由于模样材料在裂解过程中出现了部分液相、固相产物，如不能及时排除并集中分布，就有可能在铸件内部形成消失模铸造特有的夹渣缺陷。

1.5 其他缺陷

因变形、溃箱、浇不足、尺寸及表面不良、粘砂等这些缺陷分析判定比较容易，一般在工艺合理、防止措施得力的情况下，多为意外或操作失误产生。

2 特有缺陷的影响因素及防止办法

随着消失模技术的不断发展，可能会出现更多的缺陷种类。在未来的研究工作中，不仅要对常见缺陷掌握如何判别并分析产生的原因，更重要的是提出行之有效的方法来消除这些缺陷。 

2.1 模样因素

消失模铸造工艺与其他铸造工艺最根本的差别在于：EPC工艺浇注过程在其他工艺的“型腔”位置充满了待气化掉的模样，不取出模样是EPC工艺最大的魅力所在，但也恰恰是诸多问题的根源，因为模样气化过程对于整个浇注过程所产生的影响是无法预测的。

2.1.1 模样的质量评价与控制

影响铸件质量的诸多因素中，模样质量占50%，30%取决于涂料及相关技术，20%取决于造型及浇注工艺。①模样的密度越小，与铸件重量之比例越大，这种增碳等缺陷产生的可能性就越小，因而控制合适的尽量低的模样密度是最重要的；②采取合理的工艺措施，工艺布局，使增碳尽可能地均匀分布于铸件中，增碳所引起的铸件成分，性能变化将较小，并可通过调整熔炼过程、化学成分得以控制；③人为地控制铁液和模样间气隙压力，使其降到尽量低，并提高浇注速度，可使裂解产生的碳分子被铁液吸收比率大量下降；④PMMA和共聚树脂在与EPS等密度使用时增碳比例更小，但当选用密度较EPS更高的PMMA模样时，增碳的比例明显上升；⑤大幅度提高温度，使模样裂解充分，因为温度高，碳吸收快，且量增多，同时气体增加，压力增大。

2.1.2 对模样的分析得到的结论

模样的低密度和采用合理的工艺措施，有效地控制浇注过程中最佳流场和温度场分布是解决增碳问题的最有效、最基本的途径。

2.2 涂层及型砂等因素

2.2.1 涂料的研究成为第一热点的原因

模样材料经过一段时间的研究已取得一定进展；涂料成本在总成本中所占比例很高，选用一种好用且成本低廉的涂料对铸造企业影响重大。涂料质量与铸件质量密切相关。

2.2.2 提高涂料性能的一些经验

工艺细节或关键附料的加入量，这是阻碍消失模铸造发展的一个重要因素。①选用颗粒结构为多孔网状的骨料，硅藻土、铝钒土等；②选用颗粒形状为纤维的配料，可以显著提高涂料的触变性能；③复合骨料种类和粒度分布；④尽量低的无机粘结剂含量，适当增加有机粘结剂含量；⑤选用高耐火度涂料并降低涂层厚度；⑥降低涂料的密度；⑦纳米新技术在消失模涂料中的应用。

2.3 浇注方案因素浇注方案的重要性是每个铸造工作者都能了解和理解的，一个好的浇注方案首先是能获得优质铸件，其次是更高的工艺出品率。消失模铸造与传统铸造有一定差别的工艺设计原则：①保证足够的压头，使金属压头超过金属液与EPS间气隙的压力才能确保充型，不发生呛火；②尽量采用封闭式浇注系统，以减少充型过程中形成紊流，并保证金属液流供应充足，防止塌箱；③尽量简化浇注系统组成，能实现直-内结构最好。

2.4 负压因素

负压通常情况有如下几个作用：①增强铸型强度与刚度，防止冲砂与溃型；②加速气体排出，并可改善车间环境；③提供金属液充型能力。负压也带来诸多问题：①造成铁液紊流，使充型过程部分气化产物卷入铁液中形成非金属夹杂物或气孔缺陷；②金属液极易向型壁附近移动并且型壁表面冷却过快，极易形壳，使部分位置充型反而更困难，并形成球铁、灰铸铁表层白口，甚至部分铸件浇成“空壳状”；③负压易使铁液向型壁外移动，对涂层的高温强度有更高要求，并使铸件出现机械粘砂。

2.5 温度因素

消失模铸造通常需采用较砂型铸造高30~50℃的浇注温度，但温度的控制应是适当的，温度过高的不利因素主要有以下几点：①过高的温度往往使金属冶金质量下降，造成晶粒粗大，铸铁白口倾向加大等问题；②对涂层和型砂的耐火度要求增高，易形成粘砂等缺陷；③成本增高，熔炼费用加大，合金元素烧损严重。