摘要：介绍了发动机缸体铸件脉纹缺陷及形成机理，归纳了脉纹缺陷产生的影响因素是砂子、粘结剂和金属液。根据大量研究和长期实践，提出了防止脉纹缺陷产生的多项措施。最终在其它材料性能、制芯、造型、熔炼和浇注工艺保持不变的情况下，在原整体挺杆室芯砂配方的基础上添加混砂总量5％的Vienseal 18抗脉纹剂，取消在整体挺杆室砂芯上涂刷绝热涂料，解决了脉纹缺陷，提高了铸件产品质量，并且减少了铸件挺杆室砂芯的清理工作量，提高了工作效率。
   
        关键词：缸体；脉纹缺陷；影响因素；抗脉纹剂

      脉纹是树脂砂铸件常见的铸造缺陷之一，在铸件表面圆角、平面及高温热节处出现的形状像锯齿状的不规则金属凸起物，轻时呈条状分布，严重时呈网状分布。铸件内腔一旦出现脉纹，尤其是发动机、阀门类复杂铸件难以清理，如不能去除，会影响主机工作性能，严重时还会出现重大质量事故。笔者公司在生产WD615型发动机缸体铸件时，挺杆孔和回油孔就存在脉纹缺陷，随着质量要求的不断提高，此问题需尽快解决 。
 
       1 、脉纹的形成机理
   
      多年来，普遍认为，砂芯受金属液的热作用，使表面的硅砂膨胀，由于砂芯表面与内层的膨胀时间、粘结桥强度及性状的变化先后不同而引起表层开裂，金属液钻入形成脉纹。然而Clifford、Morey和Thiel等人经过研究后，得出一种推论：脉纹的发生并非来自膨胀峰值，而是来自膨胀峰后面的收缩速率[1】。也就是说，不论膨胀峰值如何低，只要膨胀峰后出现收缩，铸件就有可能形成脉纹。

      2、影响因素及防止措施
 
      2.1 影响因素

     脉问的产生主要由3种材料性能共同影响：一是砂子，高温金属液在浇注过程中，砂芯从外表到内部产生了一个温度梯度(梯度的大小由砂子性能、砂芯壁厚、金属液温度及浇注工艺等决定)，由于温度梯度的存在，导致表层硅砂和内部硅砂膨胀、收缩不一致，促使表层开裂，形成脉纹；二是粘结剂，粘结剂的强度和塑性在高温作用下，能否抵抗硅砂在高温作用下产生的应力；三是金属液，高温金属液静压力大于金属液渗透阻力致使铁液渗人裂缝，形成脉纹。因此，降低脉纹缺陷的产生几率需考虑如下因素：(1)如何控制因硅砂受热膨胀和收缩产生的应力不一致性；(2)如何提高砂芯高温强度和高温塑性；(3)如何降低金属液静压力。
 
      2．2 防止措施
 
     根据大量研究和长期实践11-21，防止脉纹缺陷产生的措施主要是：(1)调控硅砂应用性能指标及采用膨胀率低的特种砂，主要目的是降低或减少砂芯在高温时的膨胀应力；(2)选用抗脉纹添加剂，市场上有多种添加剂，这些添加剂一般具有较低的熔点，可使砂芯在高温下变形能力较好，从而释放由硅砂膨胀引起的热应力；(3)合理控制树脂加入比例，选用热强度和热塑性好的树脂；(4)选用激冷和烧结型涂料，采用激冷涂料可以加快金属液冷却，使金属液在未完成“宏观膨胀”前就已凝固；或用绝热涂料降低砂芯加热速度，减少硅砂的热膨胀量，使砂芯不产生裂纹，防止脉纹缺陷；(5)优化制芯、熔炼和浇注工艺，原砂水分应≤0．2％，砂温应控制在15～40℃，主要目的是提高砂芯强度，在熔炼方面，一些人认为：灰铸铁成分中埘(P)量低于0．135％，可能形成脉纹和粘砂，提高伽(P)量，能显著减轻脉纹，国内铸造企业通过大量试验发现，脉纹是在凝固后期形成的，并受铸铁石墨膨胀力大小的影响，同时还发现铸铁的CE增加时脉纹倾向大。
 
     3 、生产情况
 
     为了满足制芯质量和提高生产效率，挺杆室砂芯采取整体制芯的生产工艺，采用特种砂和活性砂混配工艺（活性砂为焙烧后活性处理过的砂子），在满足砂芯强度（瞬时抗拉强度大于等于0.8MPa，24h抗拉强度大于等于2.0MPa）的基础上，大幅度简单树脂加入量，将树脂加入量控制在1.2%--1.4%，该工艺还减少了铸件气孔的产生。铸件脉纹缺陷
主要出现在挺杆孑L和回油孔处，如图1所示。理论上特种砂和活性砂的混配可以降低脉纹缺陷的产生，但挺杆孔处仍有长度超过70 mm、高度超过3 mm的脉纹。分析认为，在浇注过程中，挺杆芯处于型腔底部，长期处于高温金属液烘烤、并且处于高金属静压力下，所以更容易使得挺杆孔圆柱砂芯表面开裂，形成脉纹。虽然挺杆孔中的脉纹缺陷不能导致铸件报废，但是增加了清理工作量，降低了生产效率。
 
     4、抗脉纹剂在挺杆室芯上的试用
 
    曾尝试在脉纹缺陷处涂刷锆英粉涂料和保温隔热型涂料，后者好于前者，但不能完全消除铸件脉纹，保温隔热型涂料属于绝热涂料的一种，绝热涂料是用于保护金属型及防止铸件过快冷却，其目的是使刷有绝热涂料的砂芯部位在绝热涂料保护下减缓加热速度，使之不再产生裂缝，防止裂纹产生 。
 
     本次试验在原整体挺杆室芯配方的基础上添加混砂总量5％的Vienseall 8(以下简称“V 1 8”)抗脉纹剂，取消在整体挺杆室砂芯上涂刷绝热涂料，其它材料性能、制芯、造型、熔炼和浇注工艺保持不变。
  
     4．1 产品介绍
 
     V18抗脉纹剂是一种应用在铸造混砂过程中的芯砂添加剂，外观呈红黑色，粉粒状，震实密度1．98。2．20 g／cm3，水分<0．70％，灼烧减量<1．0％，主要成分由Fe：0，、无定形Si0：和其它添加剂组成，可以减少或消除树脂砂工艺中产生的热膨胀，从而有效防止铸件由此产生的脉纹缺陷。
  
  
   
    图l 气缸体挺杆孔脉纹缺陷
 
    4.2 混制过程
   
    开启MSC6B水平转子混砂机，混砂总量100 kg，将占混砂总量95％的配方砂(特种砂和活性砂按一定比例配合)以及5％的V18产品同时加入到正在运行的混砂机中，预混10 s，预混结柬后一定耍确保V1 8产品均匀分布．否则不但不会简单脉纹缺陷，反而会增加铸件砂孔缺陷。预混结束后，分别添加占混砂总量0.7%的冷芯盒树脂组分I和冷芯组分II,添加时间20S,树脂添加结束60s后出砂，特混制的芯砂经型砂实验室检验合格后制芯。
 
     4.3 试验结果
 
     经芯砂性能检验，整体挺杆室芯砂流动性为16g，透气性160，瞬时抗拉强度1.52MPa，24h抗拉强度3.10MPa，均满足检验标准。生产的100个整体挺杆室芯，其表面质量光洁，披缝少，无疏松部位，无需在原砂芯脉纹处涂刷其他涂料，节省人力，并且提高了工效。经浇注、冷却、粗抛后，铸件挺杆孔内腔表面光滑，脉纹缺陷消失，如图2所示。
  

    
  
     图2使用抗脉纹剂的铸件
 
     5、结束语

     通过对脉纹缺陷的形成机理及脉纹产生的影响因素进行分析，提出了多种解决脉纹缺陷的工艺措施，最终通过在芯砂中添加V18抗脉纹剂，解决了脉纹缺陷，提高了铸件产品质量，并且减少了铸件挺杆室砂芯的清理工作量，提高了工作效率。