液态模锻件缺陷的特点、成因及对策

1、模腔填充不满

制件棱角处未充满，甚至不成形，头呈光滑圆弧状。产生的原因有:

1)模温和浇注温度低，挤压力不足或加压太迟，液态金属加压前已凝固成厚壳，随后加压无法使其变形，以填充棱角处; 

2) 涂料涂敷不均匀，或棱角处涂料积聚太多，阻碍了金属的充填: 

3)模膛边角尺寸不合理，不易填充。 

防止对策:

1)适当提高模具预热温度和挤压力; 

2) 尽快施压: 

3)改进模膛设计，便于金属流动: 

4) 涂料采用喷涂，切忌堆积。 

2、高向尺寸偏差

产生原因是，定量浇注不准确，浇注的液态金属过量或量不足，产生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺，或在浇法勺、凹模内做好标记，尽可能控制浇注液态金属的量；有时在凹模上开条溢流槽，当模具闭合时，将多余的金属液挤出，从而达到定量，保证制件的高度尺寸。

3、精度差

产生原因是模膛设计不合理或加工装配不好，不能保证制件的形状和尺寸;组成模膛的零件被磨损，变形或活动零件未恢复原位。

其改进措施:正确设计和制造模具，保证试模后的制件与设计的一致性；加强生产过程中制件精度检查，一旦超差，即对模具进行修复或更换。

4、冷隔

冷隔的外观特征是在制件表面有不规则的明显下陷线形纹路(有穿透的和不穿透的两种)，形状细小而狭长，在外力作用下有发展趋势。 

其形成原因: 

1)多浇包多点同时浇注，使两股金属流对接，但未完全熔合面又无夹杂存在其间，两层金属结合极弱; 

2)多浇包顺序浇注，前后两包断流时间太长; 

3) 模具温度低。 

改进措施:

1)适当提高模温和挤压力; 

2)多泡按序浇注时，两泡间避免断流。 

5、挤压冷隔

金属液在模膛中停留较长时间才合模施压，而且金属液上挤充模，使这部分金属与原浇注液面之间形成一圈冷隔。模膛中金属表面有一层较厚的氧化皮，挤压成形后，外圈的氧化皮基本上仍在原来位置，导致这一部位的金属与金属间没有熔合，即出现冷隔。 

挤压冷隔形成，与制件成形方法相关。即凸式冲头加压中，这种冷隔在所难免。其防止措施:提高模温和浇注温度；工艺节拍许可时，尽量缩短加压前停留时间，选择不易氧化的合金等。这些措施，只能降低冷隔的危害程度，但无法根本消除，倘若不许可存在，只能改变成形方法: 

1) 设计模具时，将制件位置倒过来，以便用平冲头加压代替凸式冲头加压； 

2) 采用先合模、挤入液态金属，紧接着施压。 

6、表面起泡

制件表皮下被压扁的气孔，在制件脱模或热处理加热时，因热胀将表面鼓起气泡。产生原因有: 

1)凹模中未燃尽、未挥发的涂料过多，或模膛排气不好，使浇注中产生气体浸入液态金属内部; 

2)挤压速度过快，使液态金属填充模膛时产生涡流而卷入大量气体; 

3)液态金属含气体量太多，加压前析出的气泡来不及逸出，被压扁在表皮下。 

改进措施:

1)适当提高模温，并采用喷涂方法，使涂料在浇注前已干固; 

2)施压要慢而平稳； 

3)注重液态金属除气操作; 

4)模具设计应考虑排气措施。 

7、表面夹渣

表面夹渣是在液态模锻过程中，部分涂料或氧化皮被挤入制件表层，在淬火时呈现皱皮或氧化渣麻点。产生原因有: 

1)涂料过多或未干固就进行浇注，使涂料带入液态金属中，有的还与金属液发生作用形成化合物夹杂。例如，高锡青铜制的“硬质点”就是这样： 

2)冲头加压时，使已自由凝固的结晶硬壳发生大的皱褶变形，将涂料、氧化皮等挤入制件表层中。 

防止对策:

1)适当提高模温，涂料必须喷涂均匀、干固; 

2)加压前停留时间尽量短，保证加压时已凝固层不太厚且温度高，不易发生大的皱褶变形。 

8、表面粘焊与粒状溢出物

制件脱模时，在模芯表层留有 一层粘焊物，并使制件内表面粗糙，严重时在制件内孔表面有许多豆粒状金属粒溢出，其最大直径可达 2mm。 

产生原因是：浇注温度和模温过高，保压时间又不足，制件未凝固即开模取件。由于制件表层下未凝固金属液被吸出，轻者粘焊于模芯表面，严重时形成粒状物溢出，并分布于制件内表面。 

防止对策:保压时间应足够，即制件凝固结束后才允许脱模。 

9、塌陷

挤压过程中卷入的空气及从金属液中析出的气体造成的反压，有可能使制件的细小之处产生塌陷。防止的对策有: 

1) 加大模子与冲头的间隙，改善通气状态； 

2) 少涂些润滑剂，多了会堵塞通气孔; 

3)发现制件有塌陷，可在模具相应部位增加通气孔的数目: 

4)采用组合式模具。 

10、擦伤

制件表面沿出模方向拉伤痕迹称为擦伤。产生原因有: 

1)模具的脱模斜度太小，模膛表面粗糙或表面有伤残等，使制件脱模困难造成擦伤； 

2)浇注温度和模温过高、涂料不足或浇注时金属液流对模膛冲刷作用剧烈，造成金属与模膛粘焊，脱模时将制件擦伤、甚至撕裂。 

预防对策有:

1) 在固定部位擦伤时，要修复模具、修正脱模斜度，打光压痕:

2)擦伤无一定部位时，在擦伤部分相应的模具上增敷涂料;

3)对于因粘模造成的擦伤，采用降低浇注温度，控制模温，调整涂料品种和涂敷方法，修复易粘焊模膛部位。

11、气孔

金属在熔融状态时能溶解大量气体。在冷凝过程中由于溶解度随温度降低而急剧减小，致使气体从液态金属中释放出来。若此时尚未凝固的金属液被已凝固壳包围，逸出的气体无法排除，就包在金属中，形成一个个气孔。它具有光滑的表面，形状规则成圆形或椭圆形。 

形成原因：

1)由于炉料不干净或熔炼温度过高，使金属液含有大量的气体，在随后的结晶凝固中来不及浮至液面逸出，产生析出性气孔。气孔壁具有光亮的金属光泽; 

2) 挤压速度过快，液态金属充模流动时产生涡流而卷入大量气体，形成侵蚀性气孔。由于金属在高温时与空气中氧作用而发生氧化，致使气孔壁呈灰褐色或暗色; 

3)由于模温低、涂料积聚，致使浇注前涂料未干固。与金属液发生化学反应，形成反应性气孔; 

4)浇注至开始加压的时间间隔太长，由于液态金属表而结壳或粘度增加，使液态金属因冷却析出的气泡不能顺利逸出，在随后加压中，被保留或压扁在制件中；

5)压力能使气体在金属中溶解度增加。压力不足，无法抑制气泡形成，而使气孔形成机率增加。 

防止对策:

1)使用干燥而洁净炉料，不使合金过烧，并很好除气； 

2)涂料涂敷薄而均匀，严禁积聚；提高模温，保证浇注前涂料干固； 

3) 选取足以阻止气孔形成的比压值，并尽量缩短加压前停留时间。 

12、缩孔和缩松

缩孔和缩松是金属在凝固时体积收缩，而外壳又已经凝固得不到补缩所产生的。孔洞大的叫缩孔；细小分散的叫缩松。凡是液相与固相温差大的金属，产生缩松可能性大，对于共晶合金是在一定温度下结晶，易产生集中缩孔。区别缩孔与气孔，看孔的内壁光整与否。气孔内有气体存在，所以孔壁光滑圆整；缩孔因得不到补缩，孔壁被拉成不平的皱皮，而且集中在最后凝固部位。它们往往和气孔混合在一起。 

产生原因有:

1)施加压力低，未能保证金属液始终在压力下结晶凝固，直至过程的结束; 

2)浇注至开始加压的时间间隔太长，使液态金属与模接触面自由结壳太厚，减弱了 冲头的加压效果;

3)保压时间短，金属未完全凝固即卸压，使随后凝固部位得不到压力补缩； 

4)浇注温度过低或过高，降低了对制件的压力补缩效果; 

5)制件壁厚相差过大，挤压时冲头被凝固早的薄壁部位所支撑，使厚壁的热节部位得不到压力补缩; 

6)制件热节处离加压冲头过远，由于存在“压力损失”，面降低对该部位的加压效果。 

改进措施:

1)提高比压，选取合适的保压时间; 

2)降低浇注温度，使之刚刚高于合金的液相线温度，以减小厚壁部位金属液的过热程度； 

3)模具上与制件厚壁部位相对应区域，设法予以激冷，厚壁部位应离施压端最近； 

4)将冲头设计成可相互运动两部分，以便对不同凝固部位，施以不同压力: 

5)对制件重新设计，使其截面比较均匀。 

13、夹渣和夹杂

由于液态模锻条件下，无排渣和集渣冒口。如果金属液质量不高，含渣过多，浇注前渣的清除又不彻底，这时，在液态模锻过程中，渣有可能上浮到制件顶端，施压后就残留在制件表面内，就形成表面夹渣。如果渣来不及上浮，就已经合模和施压，结果渣必裹在制件内，成为内部夹渣。其外观特征是在制件上有不规则明或暗孔，孔内被熔渣充塞。与夹渣并存的，还有氧化夹杂。铝合金熔炼时生成 Al2O3、MgO这类固态氧化物，其密度与铝液很相近，它们会以悬浮状态保留在合金液中。凡进入模子的氧化夹杂肯定会留在制件中。其外观表现为在金属基体上有较硬的细小质点或块状物。形成原因有: 

1)由于炉料不干燥、不洁净，致使合金液一开始就有夹杂; 

2)熔化、保温、精炼或变质过程中，金属液被炉气污染，形成炉渣或氧化物夹杂; 

3)液态金属在其运输、浇注过程中，因操作不当而带入氧化皮、炉渣和炉衬等杂物; 

4)坩埚 、浇包及其它工具上带来的夹杂。 

14、挤压偏析

液态模锻的凝固速度快，故微观偏析比其它铸造方法要轻些，但是，凹陷较深的零件在液态模锻时，容易产生一种独特的宏观偏析——挤压偏析。液态金属浇入模膛后，首先在模壁处成核，长大，结成硬壳。随着已凝固层不断由模膛壁向前推进，与之相邻接的液相中的溶质元素越来越富集，一旦合模加压，这部分液体就会挤至制件的边缘部位。偏析部位溶质元素含量高，低熔点相也多。从钢平法兰液态模锻件宏观组织观察中得出，周边有一深深痕纹，就是证明。压力愈大，钢液质量愈低，这条痕纹愈明显。模温愈低，加压前停留时间愈长，痕纹离外壁距离愈大。控制挤压偏析的措施: 

1) 先合模，再将金属液经由浇口注入，然后加压，缩短了金属液在施压前模具中停留时间; 

2)提高模具温度，以减轻合模前合金凝固的程度及溶质元素的富集现象。 

15、异常偏析

分配系数 K0<1 的溶质元素在合金凝固时，由于选择结晶结果，此元素在先凝固的制件表层浓度总是低于制件心部，出现正偏析。液态模锻往往促使正偏析的产生，出现所谓“液态模锻异常偏析”，即在普通铸造方法不易出现的严重正偏析。对于某些结晶温度间隔宽的合金、如锡青铜、铅青铜、AL-Cu4%和 AL-Si2.5%等合金，和合金中偏析系数大的溶质元素，当合金浇注温度过高，温度梯度太大，外周呈现发达的柱状晶时，这种倾向尤甚。对于共晶的 Al-Si 合金和Al-Mg5%~10%合金，这种倾向不明显。 

“异常偏析”形成机理，某些研究者认为，这是制件在结晶过程中，树枝晶轴间未凝固的溶质元素富集的液态金属，在外部压力作用下，从树枝晶轴间挤出，排挤到最后凝固区，加压方向和凝固方向垂直， 易形成异常偏析。

防止对策为 :

1)降低浇注时液态金属的过热度，以便在接近液相线温度时进行施压: 

2)施压方向与凝固方向一致。 

16、枝晶偏析

液态模锻时，由于过程进行的速度很快，溶质来不及均匀扩散，有利于成分均匀，以获得无偏析制件，这是问题一方面。从另一方面，施压前凝固前沿已有溶质积聚，并在自然对流影响下，迅速扩散或沉积。一旦施压，这些低熔点溶质便挤入结晶前沿的枝晶中去，形成严重的枝晶偏析。虽然过程进行的很快，但选择结晶依然存在，熔点低的元素，在金属流动的带动下，也要作近程迁移，稍一积聚，就可能在压力作用下，挤入凝固前沿的枝晶间隙中去。周而复始，无论早期凝固，还是晚期凝固的组织，均不同程度存在枝晶偏析，钢质液态模锻中，碳的浓度沿原奥氏体晶界就偏高，因此，以后的组织转变就形成珠光体偏析。 

改进措施:

1)提高模具温度，降低金属浇注温度，以降低熔体的温度梯度； 

2）选取最佳的热处理工艺，是消除枝晶偏析切实可行措施。 

17、裂纹

制件的金属基体被破坏或裂开，形成细长的、不规则线形的缝隙，在外力作用下有进一步发展趋势，这种缺陷称裂纹，裂纹有热裂纹、冷裂纹和缩裂之分。热裂纹断面被强烈氧化呈暗灰色或黑色，无金属光泽，冷裂纹断面洁净，有金属光泽，缩裂是与缩孔、缩松并存的 一种内部缺陷，形成原因是：

1)制件厚薄过于不均，使截面急剧变化处冷却不均而产生内应力，将脆弱地方拉裂;

2)制件未凝固完毕就出模(保压时间不足)，未凝固部位出现自由结晶凝固，不仅产生缩孔和缩松，而且产生缩裂;

3)由于金属芯子没有退让性，制件脱模也不能太迟，否则模芯将对制件收缩产生阻碍， 使制件承受拉应力，脆弱部位将被拉裂；

4)模温低，尤其模芯温度过低，压力太小或加压太迟，使制件得不到压力补缩；

5)合金含脆性杂质太多，或合金易氧化，降低了制件金属的热塑性或降低了抵抗高氧化能力。

改进措施：

1)重新设计制件，使其厚薄相差不要太大，并加大过渡的圆角半径； 

2)保证制件始终在压力下结晶凝固，有足够的保压时间； 

3)提高比压值，使制件一旦产生热裂，能产生塑性变形，进行愈合; 

4)降低浇注温度，减轻偏析现象; 

5)带有模芯的制件，需及时脱芯，且脱芯操作应平稳； 

6)提高合金质量，注意熔炼操作。 

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