在树脂砂生产中，如何预防铸件的脉纹缺陷?
吉祖明 教授级高级工程师
苏州兴业材料科技股份有限公司 215151
脉纹是树脂砂铸件常见的铸造缺陷之一，它是在铸件表面园角、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。铸件内腔脉纹一旦出现，尤其是发动机、阀门类复杂铸件难以清理，如不能去除，会影响母机工作性能，严重时还会出现重大质量事故。生产实残证明，树脂砂产生脉纹倾向大小的先后顺序是冷芯盒、酚醛尿烷自硬、热芯盒、覆膜砂、自硬呋喃工艺等。
大家知道：脉纹的产生必须有两个条件，一是石英砂在573℃发生相变体积膨胀致使砂型表面开裂成缝，二是高温金属液静压力大于金属液渗透阻力致使铁水渗入裂缝。即高温金属液在加热砂型的过程中，砂型从外表到内部产生了一个很大的温度梯度，其表面产生了热应力，当砂型的高温粘结强度小于此热应力时，砂型就会出现裂纹。而高温金属液能否进入砂型裂纹主要取决于裂纹的大小，金属液对砂型表面的润湿能力、表面张力和静压力。由此可见，如果能提升砂型的热强度和热塑性，克服因硅砂的膨胀和树脂的燃烧分解而产生的热应力和热变形，克服砂型表面开裂，或抑制金属液渗入裂缝，就可避免或减轻脉纹缺陷的产生。其主要方法与措施如下：
1）调控硅砂应用性能指标：硅砂的热膨胀和相变膨胀是砂型开裂的主要原因之一，但不同类别的硅砂因其SiO2、碱性氧化物(FeO、CaO、K0、NaO等) 含量、粒形、粒度及其分布、砂粒表面显微结构、砂粒与树脂亲和力等的不同，其热膨胀性呈现出很大的差异。大林砂其因SiO2含量适中，粒形园整，单位面积上树脂膜较厚，它的热膨胀应力较小；粒度分布相对分散的原砂，例如将三筛法变为四筛或五筛法，此时原砂粒径差异较大，它们发生热膨胀的时间有先有后，可减少砂型的“宏观膨胀”，减缓热开裂倾向；经过900℃左右焙烧的相变砂已发生了部分不可逆相变，热膨胀率降低，砂粒表面出现晶格畸变和晶格缺陷，活性增大，使树脂与砂粒间粘附强度提高，有显著的抗脉纹能力。
2）选用抗脉纹添加剂：抗脉纹剂是一种硅酸盐、金属氧化物经特别处理的多元复合化合物。在常温条件下，它既不影响混合料可使用时间、流动性、固化速度、仓储时向等常规使用性能，又不增加砂型的发气量。在高温条件下，它能和二氧化硅发生物理化学作用，形成低熔点的多元玻璃态物质，增加砂型的热强度和热塑性，吸收石英砂在573℃发生相变时的体积膨胀，减少砂型（型）热开裂的趋势，封堵裂纹，增加金属液渗透阻力，防止砂型气体向铸件内扩散，加入原砂重量的5～10％可有效解决脉纹缺陷。
3）选用膨胀率低的特种砂：锆英砂、铬矿砂、莫来石砂等非石英质原砂与石英砂相比具有热膨胀系数小，热导率和蓄热系数大，耐火度高，与铁及其氧化物的润湿性低等优点。可按不同砂型脉纹缺陷的严重程度，用25～5O%的特种砂，大多数使用铬铁矿砂来解决脉纹缺陷。但在实际应用时，要注意特种砂与石英砂存在着密度和粒形差异，因此必须考虑到密度和比表面积不同而调整树脂的实际加入量，一般按下式折算特种砂与石英砂的质量关系：m特=m石英×(p石英／p特)×(s特／s石英) 其中：m一质量 p一密度 s一比表面积
4）选用热塑性好的树脂：树脂是影响砂型常温及热强度、热塑性的关键重要因素。由于各种牌号树脂性能的差异，势必造成砂粒与树脂膜之间不同的界面现象，不同的树脂膜强度，不同的影响因素和实现条件。为量化不同树脂的热塑性，通常是用砂型在一定载荷和温度条件下保持不溃散的持续时间和变形量来表示，正变形量表明砂型抵抗变形能力，负变形量表示砂型在热作用下的膨胀应力，从变形量可以很方便地判断出不同树脂在同等工艺条件下的热强度和热塑性，这种试验可在树脂砂高温性能试验机上进行测定。
5）选用激冷和烧结型涂料： 采用激冷涂料加快金属液冷却，使金属液在硅砂尚未完成“宏观膨胀”前就已凝固，或用绝热涂料，降低砂型加热速度，减小硅砂的热膨胀量，使砂型不再产生裂纹，都可以达到防止铸件产生脉纹的目的。 常用的激冷涂料有锑涂料，在实际应用时，宜在激冷涂料上面再涂一层常规涂料，以避免铸件表面产生麻口组织，但这种激冷涂料仅对小型铸件的脉纹有效。对其中大型铸件而言，宜选用使用强度、韧性优良，导热性能好的烧结型涂料，这种涂料的膨胀系数应接近砂型热膨胀系数，增强砂型表面抗膨胀裂纹的能力。
6）优化造型、熔炼浇注工艺：在造型制芯工艺方面，控制优化好水份、温度、压力和时间等工艺参数，例如原砂水份要≤0.2%，砂温不能小于15℃大于40℃，混合料要在可使用时间内使用等，保证砂型有较高的强度、表面光洁、紧实度，无疏松；在金属熔炼方面，尽量降低磷（P）的含量；在浇注时，在保证能得到健全铸件而不产生气孔等缺陷的铁液充型温度下，尽可能采取较低的浇注温度和压头，以减轻砂型受热膨胀的程度和金属液的渗透压力，同时采用较快的浇注速度，以避免砂型长时间受到高温烘烤可能产生膨胀裂纹。
