1 消失模鑄鋼件夾渣缺陷的普遍性

消失模鑄鋼件生產(chǎn)難度很大，目前多為一些不加工或少加工的耐磨、耐熱、耐蝕鑄件，或一些其他薄壁鑄件。而低碳鋼鑄件的不均勻增碳、厚大件的夾渣缺陷是造成鑄鋼件缺陷的主要原因。對(duì)于具有一定厚度的鑄鋼件，以及大部分低碳鋼鑄件，增碳、夾渣或氣孔缺陷所占比例高達(dá)60%以上，致使消失模低碳鋼和厚大鑄鋼件成為消失模鑄造工藝的難題，甚至認(rèn)為消失模鑄造工藝不適合鑄鋼件。

1.1 消失模鑄鋼件缺陷的形態(tài)

消失模鑄鋼件缺陷多為夾渣、氣孔和增碳。缺陷的形態(tài)無一定規(guī)則，缺陷邊緣無規(guī)則，缺陷密度分散性很大，表現(xiàn)在金相圖上的顏色深淺程度不一。缺陷的積聚形態(tài)多為團(tuán)簇狀，邊界模糊，顏色深淺分散，很難通過加工去除。

1.2 消失模鑄鋼件缺陷所占比例

消失模鑄鋼件缺陷所占比例很高。包括不加工、少加工的耐磨、耐熱、耐蝕鑄件，或其他薄壁及厚壁鑄鋼件。對(duì)于薄壁鑄鋼件，缺陷多為存在于澆口或冒口根部位的氣孔、渣孔類缺陷；對(duì)于厚壁鑄鋼件，缺陷多為皮下夾渣類缺陷；對(duì)于低碳鋼鑄件，缺陷多為表層不均勻增碳缺陷。

1.3 消失模鑄鋼件缺陷易出現(xiàn)的部位

消失模鑄鋼件極易出現(xiàn)缺陷的部位，鑄件壁厚和含碳量不同有一定的規(guī)律。對(duì)于薄壁的三耐鑄件，主要出現(xiàn)在鑄件與澆口或冒口連接的部位。與鑄件連接的部位在澆注充型過程中，過流時(shí)間較長(zhǎng)，保持高溫的時(shí)間也較長(zhǎng)，鋼水使鑄型材料過熱，部分熔融鑄型材料、鋼水中吸收較多氣體、夾渣通過受阻而積聚、鋼水降溫及凝固收縮，冷卻凝固后易造成這些部位形成氣孔、渣孔、縮孔的混合缺陷。

2 消失模鑄鋼充型的特殊性

鑄件缺陷都是在鑄造充型凝固過程的瞬間形成的，一般中小鑄件的充型時(shí)間很短，大型鑄件充型時(shí)間也較短。不同于普通的空腔鑄造，消失模鑄件充型的特殊性是造成消失模鑄鋼件夾渣缺陷形成的主要原因。

 2.1消失模鑄鋼件的充型形態(tài)

關(guān)于消失模鑄造金屬液充型過程，多數(shù)研究都基于鋁合金消失模鑄造充型過程，同時(shí)多數(shù)為無負(fù)壓作用下充型。在這樣的條件下，金屬液充型的形態(tài)是，從內(nèi)澆道進(jìn)入鑄件“型腔”后，金屬液前沿呈扇形形態(tài)向前推進(jìn)，在重力作用下，金屬液充型前沿發(fā)生向下的變形，但總體趨勢(shì)都是向著遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的方向推進(jìn)，直至“型腔”被充滿。金屬液與模樣接觸的邊界形態(tài)，與金屬液溫度、模樣材料性質(zhì)和充型速度有關(guān)，金屬液溫度高、模樣密度小、充型速度快，則金屬液整體推進(jìn)速度就快。隨合金類型、澆注溫度、直澆道面積、澆注速度、模樣密度、涂料高溫透氣性及負(fù)壓大小不同而變化。對(duì)于鋁合金無負(fù)壓澆注的條件下，液態(tài)金屬與模樣界面的形態(tài)，根據(jù)不同情況分為4種模型：接觸模式、間隙模式、潰散模式和卷入模式。

2.2 液態(tài)金屬充型的湍流形態(tài)及附壁效應(yīng)

在消失模鑄鋼、鑄鐵件生產(chǎn)過程中，我國(guó)企業(yè)均在澆注過程中對(duì)干砂鑄型施加負(fù)壓，以緊固干砂砂型，使鑄型具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以抵御液態(tài)金屬的沖擊和浮力，保證鑄型在澆注及凝固整個(gè)過程中完整有效，以獲得結(jié)構(gòu)完整的鑄件。負(fù)壓使得消失模鑄造黑色合金鑄件，在不增加砂箱高度的情況下，干砂鑄型具有足夠的強(qiáng)度和剛度，使鑄造過程得以進(jìn)行，在消失模鑄造工藝發(fā)展中，發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。

3 鋼水中夾渣來源及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析

鋼水中夾渣及氣體的來源有幾個(gè)方面，包括模樣氣化的熱解產(chǎn)物殘?jiān)皻怏w、鋼水熔煉過程中產(chǎn)生的渣滓及氣體，以及鋼水被氧化形成的氧化物渣滓，還有高溫鋼水對(duì)某些氣體的溶解等。這些渣滓及氣體由于密度較小，在充型過程和未凝固前液態(tài)降溫過程中將緩慢向上浮動(dòng)，同時(shí)在負(fù)壓作用下向著橫向壓力較低處浮動(dòng)。

4 減少消失模鑄鋼件夾渣的途徑和建議

4.1直接減少鋼水中原始夾雜物

減少澆注前鋼水中的夾雜物是減少消失模鑄鋼件產(chǎn)生夾渣缺陷的主要途徑之一。鋼水的凈化有多種方法，可以使用聚渣材料，依靠?jī)艋瘎?duì)夾雜物的吸附作用，將較小顆粒的夾雜物吸附在加入的凈化劑大顆粒上，形成體積較大的夾雜物顆粒，有利于上浮的動(dòng)力學(xué)條件得到改善。

4.2 通過工藝措施減少鋼水中夾雜物，加強(qiáng)夾雜物排出

(1) 合理設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)。盡量少用一箱多鑄，盡量減少鋼水在澆注系統(tǒng)中存在的時(shí)間，即減少或取消橫澆道；一箱多鑄必然使?jié)沧⑾到y(tǒng)過長(zhǎng)，鋼水通過澆注系統(tǒng)充型時(shí)，在澆注系統(tǒng)的多彎道、多變截面的通道中極易產(chǎn)生湍流和飛濺，降低鋼水溫度，導(dǎo)致鋼水氧化，沖刷澆道側(cè)壁，增大鋼水中的原始夾雜物。

(2) 減少模樣粘接縫。過多的模樣粘接縫隙，極易造成縫隙中用膠量變化過大，導(dǎo)致粘接縫處膠外凸或內(nèi)凹。外凸的粘接膠由于密度較大，氣化后產(chǎn)生的氣體和殘留的渣滓較多，造成總渣量增多; 內(nèi)凹的粘接膠形成縫隙，在涂敷涂料時(shí)，滲透性極強(qiáng)的涂料極易進(jìn)入內(nèi)凹縫隙。

(3) 適當(dāng)降低負(fù)壓。負(fù)壓是造成鋼水充型加重湍流的重要原因。湍流的加劇導(dǎo)致鋼水對(duì)澆注系統(tǒng)和“型腔”壁沖刷，鋼水加劇飛濺，形成流動(dòng)漩渦，極易卷入夾雜物和氣體。適當(dāng)?shù)淖龇ㄊ?，在滿足干砂鑄型適當(dāng)強(qiáng)度和剛度、保證澆注充型過程中鑄型不塌箱的前提下，負(fù)壓度越低越好。