粘土砂铸件为什么有夹杂物有气孔是怎么产生的？

摘要：在铸造生产中，粘土砂造型因成本低、工艺灵活性高而被广泛应用，但铸件常出现夹杂物和气孔缺陷，严重影响产品质量。深入分析其成因，对优化工艺参数和提升铸件性能至关重要。

在铸造生产中，粘土砂造型因成本低、工艺灵活性高而被广泛应用，但铸件常出现夹杂物和气孔缺陷，严重影响产品质量。深入分析其成因，对优化工艺参数和提升铸件性能至关重要。

一、夹杂物的产生机制与来源

夹杂物是指铸件内部或表面存在的非金属或金属杂质，其形成与造型材料、熔炼工艺及浇注过程密切相关。
首先，型砂与芯砂的残留是主要来源之一。粘土砂中的石英砂颗粒、粘结剂（如膨润土）及附加物（如煤粉）在高温金属液作用下，可能因强度不足而脱落，形成砂粒夹杂。此外，粘结剂受热分解产生的碳化物或氧化物，若未及时排出，也会滞留于铸件内部。
其次，金属液的污染问题不容忽视。熔炼过程中，耐火材料与高温金属液发生化学反应，导致炉衬侵蚀剥落；合金元素（如铁、硅）氧化生成的氧化物（FeO、SiO₂）若未通过精炼去除，会以夹杂物形式存在。若浇包未清理干净，残留的炉渣或其他杂质也会随金属液进入型腔。
最后，浇注工艺的影响不可小觑。浇注速度过快会导致金属液湍流，卷吸浮渣；浇口设计不合理（如直浇道过短）则无法有效阻挡夹杂物进入型腔，最终形成可见或显微夹杂物缺陷。

二、气孔缺陷的成因与传播路径

气孔是铸件中常见的孔洞类缺陷，其形成与气体的产生、迁移及滞留密切相关。
气体的主要来源包括两方面：一方面，型砂与芯砂中的水分、有机物（如淀粉、树脂）在金属液高温作用下，会迅速分解产生 H₂O、CO₂、H₂等气体。例如，膨润土中的结晶水在 500℃以上会脱除并与金属液反应生成 H₂，若砂型湿度控制不当，气体生成量会显著增加。另一方面，金属液在熔炼过程中会吸收空气中的 O₂、N₂，尤其是铁水在冲天炉熔炼时，氮的溶解度随温度升高而增大，若未进行充分脱氧处理，冷却时气体溶解度下降，便会以气泡形式析出。
排气不畅是气孔形成的直接诱因。粘土砂型的透气性取决于砂粒粒度、紧实度及排气系统设计。若砂粒过细或紧实度过高，气体难以通过砂型孔隙排出；若芯砂未开设排气通道或分型面排气槽堵塞，气体易在金属液充型过程中被包裹，形成分散性气孔或集中性气坑。此外，浇注温度过低会导致金属液流动性不足，气体来不及上浮排出，最终在铸件表皮或内部形成气孔。

三、缺陷控制的关键方向

减少夹杂物与气孔需从全流程入手：优化型砂配方（如控制含水量、增加溃散性材料），强化熔炼精炼（如采用炉渣吸附、吹氩除气），改进浇注系统（如设置滤渣网、缓流浇口），并通过合理的工艺参数（如浇注温度、充型速度）平衡气体逸出与金属液凝固速率。

总之，粘土砂铸件的夹杂物与气孔缺陷是多因素耦合作用的结果，需结合材料特性、工艺设计及生产控制进行系统性改进，以实现铸件质量的稳步提升。