一、表面皺皮缺陷的形成與防止
皺皮缺陷常出現(xiàn)在金屬液最后流到的部位或液流的“冷端”，一般出現(xiàn)在鑄件頂部、垂直側(cè)壁或死角部位。這類缺陷表面常覆蓋有輕質(zhì)發(fā)亮的碳薄片，以及在缺陷的凹陷處充滿有煙黑碳。其形式按外觀區(qū)分主要有波紋狀、樹枝狀、滴溜狀和夾渣狀4種皺皮缺陷。
1.形成機理
皺皮缺陷主要是因為模樣材料在高溫下裂解時，并在有氧的條件下，模樣劇烈燃燒析出大量的游離碳，由于金屬液與游離碳的密度相差懸殊，使游離碳在高溫下上浮到金屬液表面或被積聚于某個死角部位，在凝固過程中未能及時排出而造成的。
2.影響因素
(1)泡沫塑料模樣模料FPS(可發(fā)性的聚苯乙烯)比EPMMA(可發(fā)性的聚甲基丙烯酸甲脂)， STMMA(苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂共聚樹脂)更容易形成皺皮，因為FPS含碳量比后兩者高。FPS含碳92 % ， STMMA含碳69.6%，EPMMA含碳60.0%；另外，模樣密度越大，分解后液相產(chǎn)物越多，也越容易產(chǎn)生皺皮。
(2)鑄件化學成分的影響含碳低的鑄鐵件，模樣分解產(chǎn)物中的碳可以部分溶解其中，不易產(chǎn)生皺皮；含碳高的鑄鐵件(球墨鑄鐵)最易形成皺皮缺陷。這是因為在球墨鑄鐵的澆注溫度下，泡沫模樣氣化產(chǎn)生大量含碳氣體，約有占模樣重量50%左右的裂解碳析出，加之球墨鑄鐵自身碳當量和含碳量較高，這些碳分就排出在鑄件表面或鐵液流前沿，從而形成皺皮。
(3)澆注系統(tǒng)的影響澆冒口系統(tǒng)對鐵液充型流動場及溫度場有著重大影響，直接決定著模料的熱解產(chǎn)物及其流向。加大直、橫、內(nèi)澆道截面積后，易產(chǎn)生皺皮(模料量增多)。頂注要比底注出現(xiàn)皺皮的機率小，因此設置頂部冒口有利于減少皺皮。
(4)鑄件結構的影響鑄件的體積與表面積之比即模數(shù)越小，越有利于模樣熱解產(chǎn)物排出，皺皮缺陷產(chǎn)生的傾向也越小。
(5)澆注溫度的影響澆注溫度不僅影響模樣材料熱解產(chǎn)物的類型，而且影響金屬液的充型速度。當澆注溫度低于某一臨界溫度時，模樣材料液態(tài)熱解產(chǎn)物占優(yōu)勢，充型速度隨澆注溫度的提高而增大；當澆注溫度高于某一臨界溫度時，熱解產(chǎn)物主要為氣態(tài)產(chǎn)物，充型速度隨澆注溫度的提高而降低。
(6)涂料層及型砂透氣性的影響型砂透氣性越高，越有利于模樣熱解產(chǎn)物的排出，減少形成皺皮傾向。涂層越薄，以及涂料骨料和型砂粒度越粗，越有利于排氣，減少皺皮缺陷。
(7)負壓度的影響提高鑄鐵的澆注真空度，有利于排煙、排氣，從而改善了泡沫塑料的氣化條件，并有利于金屬液迅速充滿鑄型，促使殘留物和氣體逸出。但過高的真空度易產(chǎn)生粘砂缺陷。
(8)工藝配合的影響視鑄件大小，應適當控制澆注速度，同時配合真空度。如果配合不當，當澆注速度加大時，流股變粗，沒有相應提高真空度，常會出現(xiàn)皺皮缺陷。
3.防止措施
在整個澆注過程中，力求避免泡沫塑料的熔融與燃燒，以防止泡沫塑料高溫分解產(chǎn)物的形成，希望它從接觸高溫金屬發(fā)生體積收縮開始，立即像升華一樣，直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w而溢出鑄型外，這是消除鑄鐵件皺皮的有效途徑。
(1)選擇適宜的鑄造用泡沫塑料針對球墨鑄鐵件含碳量高，易產(chǎn)生皺皮這一特點，選用低密度的鑄造專用泡沫塑料模樣材料，如EPMMA共聚材料。
(2)提高澆注溫度和澆注速度提高澆注溫度，可以減輕皺皮缺陷。由于球化處理過程中要降溫50-100℃，因此為了保證澆注溫度，鐵液必須有較普通灰鑄鐵高得多的出鐵溫度，至少應達1400-1420℃以上，國外生產(chǎn)企業(yè)的出鐵溫度甚至高達1500 ℃。
加快澆注速度(以保證金屬液流動平穩(wěn)為原則)，可彌補泡沫塑料燃燒、氣化在鑄型內(nèi)流動的熱損失，并具有足夠的熱能以保證泡沫塑料的氣化，從而改善泡沫塑料的氣化條件，有利于金屬液迅速充滿鑄型，促使殘留物和氣體溢出。
(3)增加抽氣量和鑄型真空度實踐證明，隨鑄型負壓度的提高，有利于皺皮缺陷的減少或消除。因為負壓度越高，充型速度越快，澆注時間變短，致使低粘度的液相產(chǎn)物來不及轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒扯纫合喾纸猱a(chǎn)物，光亮碳出現(xiàn)減少；負壓度越高，模樣熱解產(chǎn)物通過涂料層向型砂中吸排，有利于減少皺皮缺陷。推薦真空度控制為-0.06~-0.09Mpa。
(4)選擇適宜的澆注系統(tǒng)根據(jù)泡沫塑料模樣在型內(nèi)氣化的特點，消失模鑄件的澆注方式可選用底注、階梯澆注、頂注和雨淋式。但必須注意，應保證金屬液流平穩(wěn)、迅速地充滿鑄型。
(5)提高鑄型的透氣性鑄型具有良好的透氣性是確保獲得優(yōu)質(zhì)真空消失模鑄件的重要條件。實踐證明，提高鑄型透氣性的主要途徑是選用粗砂，提高澆注時的抽氣量和真空度，以及選用合理的涂料和涂層厚度。
(6)其他使用易氣化的EPS模樣粘結劑。涂料中加入少量冰晶石(Na3AlF6)，使其在高溫下形成活性高的NaF， AlF3等，這些高活性物質(zhì)可對模樣熱分解出的碳產(chǎn)生吸附作用，使之不沉淀在鑄件表面，從而消除皺皮缺陷。另外，涂料中加入一定量高錳酸鉀，可減少球墨鑄鐵件的皺皮缺陷，保證鑄件的外觀品質(zhì)。
二、碳黑的形成和防止
1.形成機理其機理
聚苯乙烯泡沫塑料在高溫金屬液的熱作用下首先熔為液態(tài)聚苯乙烯，再由液態(tài)聚苯乙烯裂解為液態(tài)聚合物，其主要成分為苯乙烯、苯等，并在進一步熱作用下裂解為小分子氣態(tài)化合物。在澆注過程中，這些產(chǎn)物都要通過涂層逸出型腔。液態(tài)產(chǎn)物首先對涂層進行潤濕，鋪展在涂層表面上，然后對涂層的毛細孔隙產(chǎn)生滲透，在真空負壓及金屬液靜壓力作用下，滲透作用加強。由于金屬液充型速度很快，液態(tài)熱解產(chǎn)物來不及充分裂解氣化，在高溫和缺氧的狀態(tài)下生成固態(tài)碳黑。研究認為，鑄鐵成分中碳含量高是碳黑產(chǎn)生的直接原因，而液態(tài)聚苯乙稀對涂層的潤濕性是碳黑形成的主要原因。
2.影響因素及相應防止措施
(1)涂料中耐火填料對碳黑形成的影響耐火填料的種類、粒形、顆粒大小及分布都會影響液態(tài)聚苯乙烯對涂層的潤濕性。液態(tài)聚苯乙烯對鋁礬土涂料的潤濕性要好于對硅石粉、滑石粉涂料的潤濕性，這主要是由耐火填料的結構特性和表面物理特性所決定。鋁釩土顆粒較圓整，堆積孔隙較大，且有多孔性的結構特點，外露的微孔可實現(xiàn)對液體的毛細虹吸作用，增強了液體對它的潤濕性；而硅石粉顆粒為多角形，顆粒堆積相互穿插，使其孔隙變小，從而對液態(tài)產(chǎn)物的毛細虹吸作用降低。
(2)粘結劑對碳黑形成的影響涂層中有機粘結劑在高溫金屬液的熱作用下，幾乎同時與聚苯乙烯泡沫塑料一起熔化。若有機粘結劑與液態(tài)聚苯乙烯有親合作用，則有利于液態(tài)聚苯乙烯對涂層的潤濕與滲透。同時，有機粘結劑在高溫金屬液的作用下氣化，使耐火填料間的孔隙增大，提高了液態(tài)產(chǎn)物的滲透能力，可使液態(tài)聚苯乙烯快速逸出涂層，鑄件表面產(chǎn)生碳黑則少。
(3)涂層的高溫透氣性對碳黑形成的影響實踐證明，涂層的高溫透氣性對碳黑的形成有重要影響，涂層的透氣性高，則顆粒間的孔隙大，有利于液態(tài)聚苯乙烯及其裂解產(chǎn)物快速逸出，鑄件表面產(chǎn)生的碳黑則少。
(4)泡沫塑料模樣材料對碳黑形成的影響有關文獻指出，不同模樣材料其熱解機制不同，產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物也不同。從模樣材料的組成來看，EPMMA分子中碳、氫原子數(shù)之比為5：8，重量比為60：8；而EPS的碳、氫原子數(shù)之比為8：8，重量比為92：8。因而可知EPMMA碳含量少，裂解得到的碳質(zhì)殘留物僅為EPS的5/8。因此，使用EPMMA材料產(chǎn)生的碳黑較少，可減少球墨鑄鐵件碳黑的形成。
三、縮孔和縮松的防止
1.影響因素
提高碳當量，有利于石墨化，當鑄型的剛度足夠時，增大石墨化膨脹可減少縮孔和縮松。此外碳當量還可以提高球墨鑄鐵的流動性，有利于補縮。因此阻止石墨化的合金元素都會增大縮孔、縮松傾向。
2.防止措施
由于在實際生產(chǎn)中單純的提高球墨鑄鐵的碳當量并不適用，所以我們提出以下防止措施：
(1)球墨鑄鐵件可采用無冒口設計由于球墨鑄鐵件在共晶轉(zhuǎn)變過程中會析出石墨，而石墨的比容比鐵大，因此會引起體積膨脹。負壓干砂消失模鑄造造型的剛度大(超過粘土砂和樹脂砂型)，石墨化膨脹可轉(zhuǎn)化為內(nèi)壓形成自補縮，解決凝固末期的二次收縮，避免內(nèi)部縮松、縮孔缺陷。
因此，只要正確選擇澆注溫度和設計內(nèi)澆道，可以對球墨鑄鐵件實行無冒口補縮。推薦的澆注溫度如下：薄小件為1420~1450℃；中等壁厚件為1400 ~1420℃；厚大件應<1380 ℃。球化處理溫度控制>1500 ℃，鐵液從鑄件細薄處進入鑄型，內(nèi)澆道采用薄壁梯形截面，使?jié)沧⑼戤吅蟊M早凝固并封閉通道，保證鑄件內(nèi)部具有足夠的內(nèi)壓，實現(xiàn)自補縮。
(2)在條件不具備時，要合理地設計冒口和冷鐵。
四、結語
綜上所述，影響消失模球墨鑄鐵件缺陷的因素是多方面的，決不是單獨改變一種泡沫塑料或是幾種鑄造工藝就能奏效的，而應圍繞如何有利和加速泡沫塑料模樣的氣化和產(chǎn)物排出這一中心問題，全面考慮各方面的影響因素，才能制定出最佳的工藝方案；同時采用無冒口設計消除縮孔和縮松缺陷，從而保證獲得優(yōu)質(zhì)的消失模球墨鑄鐵件。
產(chǎn)品介紹
鄭州睿義德新材料有限公司研發(fā)生產(chǎn)的水基消失模涂料,選用高品質(zhì)耐火骨料和本公司生產(chǎn)的消失模涂料粘結劑配比而成,適用于鑄鐵、鑄鋼等鑄造產(chǎn)品。經(jīng)全國各地生產(chǎn)廠家使用后，反應良好，涂料的脫殼率高，鑄件表面光潔度好，不粘砂，為客戶取得了良好的工作效率和經(jīng)濟效益。
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產(chǎn)品特點
（1）透氣性好。能將澆鑄時產(chǎn)生的氣體及時排出，使鑄件不易產(chǎn)生皮下氣孔；
（2）涂掛性好。屈服值高，塑性變形能力強，流淌性好；
（3）高溫強度好。熱膨脹系數(shù)低，經(jīng)得住高溫金屬液體的沖刷，不會脫離鑄型而導致鑄件粘砂；
（4）干燥速度快。涂料在正常工作溫度下干燥速度快，不龜裂，能形成堅固的耐火涂層；
（5）脫殼效果好。澆鑄后形成易于自動剝落的涂料殼，鑄件表面光潔度好，光滑度好，鑄件成品合格率高；
（6）運輸使用便捷。水基消失模涂料加水攪拌即可使用，有效節(jié)省涂料配置工序和工人工時。
使用方法
（1）干粉涂料與加水比例為1:0.7，攪拌2小時左右即可。根據(jù)使用情況，適當調(diào)節(jié)濃度；
（2）根據(jù)鑄件大小決定涂料厚度，一般50公斤以下小件應在1.2毫米左右；大型及特大型鑄件在1.5~2MM、2~3MM為宜；
（3）白模鑄型需要等第一遍涂料完全干透才可進行下一遍涂刷，否則容易造成鑄件粘砂起皮現(xiàn)象；
（4）上好涂料后將模型放進烘干房或置于陽光好的室外進行烘干或風干，去除水分，提高表面強度。若晚上濕氣大，須及時將置于室外的模型拿回室內(nèi)，避免返潮。
注意：
●消失模涂料對人體無害，屬環(huán)保產(chǎn)品，皮膚可直接接觸；
●運輸、貯存應避免環(huán)境潮濕，以防變質(zhì)；
●消失模涂料含有的消失模涂料粘結劑成分保質(zhì)期1年以上，請盡快使用，避免失效。
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