摘要：本文分析了两种常见的铸造缺陷的形成基理，铸造缺陷对组织以及性能的影响，以及预防的措施.

关键词：缩孔 铸造包层 熔渣 晶界

铸造过程中，会产生一些缺陷，这些缺陷导致机械零件发生损坏事故.比如，铸型或者金属型结构不合理而产生缩孔，铸型中所含的水份引起金属吸收气体，金属型表面涂料不均匀导致铸件表面缺损，浇注温度偏高或者浇注速度偏快导致工件形成热裂纹.反之，浇注温度偏低或者浇注速度偏慢会使工件形成冷隔.如果后续的液体金属流过凝固的工件表层，则会形成包层.

1缩孔

与其它金属或者合金一样，铁和钢从液态凝固成固态时，体积会非连续性地减小.这种收缩产生的孔洞称为缩孔.当缩孔位于铸件的上部时，缩孔作为一种缺陷，可以随同钢锭头部一起切除.获得这种头部缩孔的方法是：选用形状恰当的冷铁，或者采用合适的浇注方法，或者保持头部不致先期冷却，或者保持液体金属适当的上升速度等.在铸件中，残存于头部的敞口缩孔多数脱碳，且表明附着有氧化皮，缩孔周围的金属纯度也下降，因此，这部分也要随着头部一起切掉.

铸造过程中，由于散热快，所以凝固也快.后面的液态金属被狭窄的金属铸型阻隔，从而使铸件内部产生孔洞，也被称为二此缩孔.锻造或者轧制时，这样的空洞若与大气隔开，就可以被焊合.当然，这样的二次缩孔往往伴有偏析产物.

凝固的骨架形成以后，由于液态金属的补给中断，形成的缩孔，称为晶间缩孔.观察金相组织，这种缩孔存在于枝晶各晶体之间，很容易识别它的存在.

下面是钢锭头部缩孔造成损坏的几个实际例子.某吊车钢轨在长度方向上出现了破损.破损处有纤维组织，横断面上有裂纹，裂纹起点是一个孔，孔的表层有氧化皮，并有脱碳.该孔具有缩孔的典型特征.缩孔的存在，降低了钢轨的承载能力，导致了损坏事故的发生.

某锻造车间购入了扁钢.该扁钢被纵向墩锻时产生了开裂.在墩锻部分可以看到孔洞，横断面上可以看到孔洞被氧化物填满，孔洞表面有脱碳，因此判断该孔是缩孔.缩孔引起了墩锻时的开裂.

某联轴器头部发生了破坏，破损处为枝晶组织，钢水最后凝固处产生了缩孔，最后凝固的这个区域，杂质硫和磷的含量明显偏高，进一步降低了联轴器的力学性能.

2铸造包层

重大的圆柱形铸件，如果浇注速度过快或者浇注温度太高，会产生纵向裂纹.这样的铸件在切完黑皮之后就会直接报废.另一方面，重大的铸件，也可能进行缓慢的浇注.在上升的钢液表面将出现已经凝固的皮膜，这种皮膜受钢液冲击有可能会沉入铸件下部，如果这个皮膜附着于锭模壁上时，会被上升的钢液面包住，形成铸造包层.

这种铸造包层，其成分和组织与周围部分没有什么区别.但是由于凝固过程中种种条件的差异，导致会形成不同的枝晶.这些枝晶中如果混有偏析夹杂物或者氧化物，可以将其切掉.其原因是因为这个物质在沉进钢水之前，上部裸露在空气中，下部被氧化物和偏析夹杂物所支持.还有类似的产物，比如浇口渣壳.它的形成是浇包中已经凝固了的物质或者外来物，随着液体金属的流动，在浇注时进入到铸型中.它们未必能与后来凝固的金属很好地融合，所以必须加以清除.否则，它们一粗大熔渣或者条状熔渣残留在钢中，会造成损坏事故的发生.这种铸造包层，可以采用超声波探伤检查加以发现.例如，某曲轴在加工过程中，表层发现有粗大夹杂物，用超声波进行探伤检查，证实内部存在缺陷.对相应部位进行金相检查，显示其组织是具有细小枝晶的铸造包层.进行硫印检查，这一部分与周围存在明显的界限.用显微镜进行观察，在铸造包层部分，尤其是在晶界处，发现粗大的氧化物夹杂物.它们是成为熔渣的氧化物，与铸造包层一起下沉而形成的.具体组织是珠光体加铁素体.与政策的钢的组织，没有本质的差别.铁素体呈网状，被熔渣的氧化物覆盖，相当于初始晶界，铸造包层则为细小的晶粒组织.

车削某铁道车辆轮毂，内部裂纹暴露出来，裂纹的起点是列状夹渣，列状夹渣紧连铸造包层，铸造包层中又包裹其它的粗大熔渣.而铸造包层的晶体组织与正常凝固的母材组织相反，为非常细小的晶粒.

某不锈钢制作涡轮叶轮，在进行精加工时，发现长达八毫米的裂纹，采用磁粉探伤，显示深层的缺陷比表层更严重，覆盖更大的范围.采用超声波斜向探测，证实是铸造包层的缺陷.出现在钢锭的下部.采用金相检查，该铸造包层呈三角形4断面，其上方顶端含有粗大的熔渣性质的夹杂物，从显微镜检查的试样研磨面上可以看到，铸造包层中含有大量细小的圆形硅酸盐夹杂物，和相当粗大的尖晶石夹杂物.铸造包层的化学成分与涡轮叶轮相同.

铸造包层对于材料的强度究竟会产生多大的影响？可以进行专门的试验.从铸造包层部位沿切线方向取直径为Φ16的拉伸试样，拉伸试验结束后，进行对比，与没有缺陷的式样，几乎具有相同的屈服点和抗拉强度.从试验结果看，铸造包层于母材融合良好，各项机械性能指标没有本质上的降低.

通过上述的调查及其试验可以知道，通过超声波探伤进行非破坏性检查，可以查明开放裂纹的大小和位置，并且搞清楚缺陷的性质和来源.如果更进一步，还可以分析确定熔渣的成分，查清楚熔渣生成的原因.例如，某渗碳钢淬火齿轮，铸造包层中有两种不同的熔渣，一种呈绿色的粗大组织，另一种呈黑色的玻璃状黑色熔渣与周围的碳有化学反应，而绿色熔渣与周围的碳没化学反应.通过化学分析可以获得两种熔渣各自的化学成分.绿色熔渣含有硅酸和多量的氧化铝，这是完全可以预料到的，反之，黑色熔渣，其成分中，硅，铁，铬，锰的氧化物大致各占四分之一，两种熔渣都不含石灰，所以，熔渣不来源于碱性转炉.绿色熔渣是有浇道中的耐火砖产生的，黑色熔渣是铸造包层所含的金属成分与空气中的氧化学反应而生成的.随同铸造包层一起沉入钢液中.

小结：当代的工业化生产中，铸造是一种非常常见的毛坯生产方式，由于多种因素的影响，铸件中会或多或少地出现一些缺陷，比如缩孔，铸造包层等.这些缺陷会影响铸件的成分分布，组织，以及机械性能.会缩短产品的寿命甚至直接导致产品的报废.